新型礦井中央泵房自動化檢測系統的應用

李為行++解洋++王紅

摘 要：本檢測系統通過檢測水倉水位和排水量等參數，從而控制各水泵的工作狀態并適當啟動備用水泵泵，合理調配水泵工作，實時地反映水倉水位、各水泵工作狀態、排水管流量以及電機工作電流等參數。該系統的通訊模塊與綜控主機可實現數據互換，大大提升了礦井中央泵房自動化檢測系統的精度。

關鍵詞：自動化；水泵；觸摸屏；工作狀態；數據交換

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.175

礦井中央泵房是煤礦安全系統的重要組成部分，是保障煤礦生產安全運行的守護神。目前，我國礦山中央泵房的自動化檢測水平和發達國家還有較大差距，該新型自動化檢測系統應用可大大提高礦井運行的安全性和實效性。

1 系統組成

1.1 控制臺

控制臺負責整個系統的控制程序（PLC）的運行。本PLC帶有以太網口可直接與交換機相連。控制臺設有控制按鈕、數字顯示屏和報警信息，負責防爆電動執行閥的低壓配電，它與PLC共同實現對電動閘閥的各種智能控制。

1.2 傳感器和智能數字儀表

液位開關和超聲波液位計用來檢測電機定子和軸承的溫度、各水倉的液位深度等參數。遠傳負壓表用來檢測射流泵排真空時真空度是否達到設定值。遠傳正壓表用來檢測水泵出口的壓力是否達到設定值。采用渦街流量傳感器用來檢測整個水泵控制系統的排水能力。

系統運行的電流和電壓參數可以由微機保護裝置通過多功能口的交換機直接傳到PLC和上位機，以圖形或數字的方式顯示。

PLC通過通訊協議和通訊接口，與以太網交換機進行數據傳輸。礦用光纖將系統運行參數與工作狀態傳至地面，實現測得數據的動態顯示；操作人員可在地面將操作指令傳至井下交換機，控制泵房運轉。井下安全生產監控系統與地面生產調度監控中心可實現聯網，管理人員可實時掌握泵房主排水系統設備的工作狀態和檢測數據，監測監控主機可實時呈現主排水系統運行運行參數圖表、模擬圖、、記錄系統運行狀況和相關故障。

2 工作流程

礦井排水系統在中央泵房設置3臺泵，水倉設水位傳感器按照水位輸出4段開關量信號，傳感器輸出信號通過PLC，能夠實現自動開、關泵的功能。礦井發生水災時，全部泵必須都能開啟。射流泵與真空泵配套，以射流泵為主，真空泵為輔，分別配有電動響應閘閥、正壓表和負壓表。當水位到達預警值時，水位報警裝置立即報警，水位自動控制開關將射流泵電動閥門打開，當射流泵真空度達到設定值時，主排水泵自啟動并立即開始運轉。此時主排水泵電動閥導通，水泵開始排水，同時射流泵電動閥門截止，射流泵停止工作。待井中水位降到設定值時，低水位短時報警，水位控制開關控制主排水泵閥門進行關閉，停機。當射流泵出現故障不能正常工作時，自動切換到真空泵工作狀態。該系統與礦井安全監控系統聯網，礦井以太網系統建立的了面調度監控中心與水泵房控制室互通互聯的通訊機制，管理人員可隨時調取運行數據，實時研判主排水泵的運行狀態，可實現水泵房控制室與地面調度監控中心的遠程自動控制，如果水情異常可立即觸發聲光報警。

3 主要功能

PLC自動化控制系統可基于井下用電量的峰谷值、水倉水位的高低綜合供電部門所劃定的平段、谷段和峰段供電電價時間段等因素，建立數學模型，合理調度水泵運行，根據現場工況決定水泵的起閉順序和同時開啟水泵的數量，當現場出現險情時可及時報警，管理人員可依據險情程度啟動相應緊急預案。

本系統配置的水位傳感器為投入式模擬量信號輸出的高精度傳感器。用電負荷率可依據檢測到的井下供電電流值計算得出；控制程序將收集到的水位模擬量信號分成若干個水位段，可分別計算出不同水位段水位在單位時間內的上升速率，從而計算出礦井的涌水量，根據礦井用電負荷和涌水量，控制系統可在一天中電價最低和用電低峰時啟動水泵，用電高峰和電價高時停止水泵運行，以達到避峰填谷的節能目的。

4 控制方式

該系統通過設在井下集中控制臺上的轉換開關和調度中心遠程控制計算機實現操控方式的切換。操控方式分為井下集控、井上集控和就地控制。井下集控和井上集控還分為自動控制和手動控制。

就地控制方式，通過每臺水泵的就地控制箱和集控臺上的按鈕，實現對各個水泵和其他設備的控制，此控制方式在應急狀態和定期維護時使用，設備的起停沒有鎖閉裝置的限制。

地面集控+手動方式，即通過地面集中控制室內上位機的相應按鍵實現對每臺設備的控制。受閉鎖條件限制了每臺水泵的起停順序。

地面集控+自動方式，上位機又分為半自動和全自動兩種方式。半自動方式下，水泵所對應的各設備的起停狀態受控于地面控制室內上位機相應泵的起停按鍵，每臺水泵的起停順序受閉鎖條件的限制。處于全自動方式時，首先要選擇哪一臺泵投入全自動，選擇完成后該泵在滿足非低水位及“避峰添谷”時間或高水位時自動對該泵系統進行起停控制。閉鎖關系及起停順序與半自動方式下一樣。在設備啟動前首先要選擇設備控制方式，就地/地面集控/井下集控，就地/手動/自動。選擇排水管路，1#管路/2#管路。在自動方式下要選擇射流泵，1#射流泵/2#射流泵。

5 結束語

實踐證明該新型礦井中央泵房自動化檢測系統運行穩定、易于操作、自動化程度和可靠性高，可實現較高的社會效益和經濟效益，更重要的是為煤礦的安全生產提供了可靠的技術保障。

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作者簡介：李為行（1982-），男，山東棗莊人，工學碩士，講師，研究方向：數控加工技術。