基于射流控制的南梁礦主排水監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化

譚 成

（1．瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400037；2．中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶400037）

射流泵是利用工作流體來傳遞能量和質(zhì)量的流體輸送機(jī)械，它與離心泵組成供水用的深井射流泵裝置，由設(shè)置在地面上的離心泵供給沉在井下的射流泵以工作流體來抽吸井水。射流泵沒有運(yùn)動(dòng)的工作元件，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，無泄漏，也不需要專門人員看管，因此很適合在水下和危險(xiǎn)的特殊場(chǎng)合使用。此外，它還能利用帶壓的廢水、廢汽（氣）作為工作流體，從而節(jié)約能源。

基于射流控制的礦井排水監(jiān)控系統(tǒng)是專為煤礦井下排水設(shè)計(jì)的一套自動(dòng)排水系統(tǒng)，它既可以作為子系統(tǒng)融入全礦綜合自動(dòng)化平臺(tái)，也可作為一套獨(dú)立的自動(dòng)控制系統(tǒng)單獨(dú)使用[1-2]。系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)融為一體，根據(jù)礦井的實(shí)際情況，在原來的設(shè)施基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造，使設(shè)備在無人干預(yù)的情況下自動(dòng)運(yùn)行和自我診斷。

對(duì)陜西南梁礦業(yè)有限公司301 水泵房主排水監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造：水倉數(shù)量2 個(gè)、主排水管路2 趟DN250、水泵數(shù)量及型號(hào)共4 臺(tái)MD420-93×6（P）、閘閥數(shù)量12 個(gè)、球閥數(shù)量12 個(gè)。4 臺(tái)水泵均采用灌泵方式為射流；主排水系統(tǒng)有機(jī)械指針表監(jiān)測(cè)正壓、負(fù)壓；手動(dòng)方式控制閘閥及球閥。基于射流裝置的礦井主排水監(jiān)控系統(tǒng)，原射流控制設(shè)計(jì)程序能滿足一段時(shí)間的主排水監(jiān)控系統(tǒng)能正常判斷啟泵條件，但長時(shí)間的運(yùn)行，主排水系統(tǒng)存在射流管路漏氣、射流供水壓力不穩(wěn)定等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致無法有效判斷啟泵條件。針對(duì)這樣情況，提出了一種優(yōu)化的控制程序設(shè)計(jì)方法。

1 礦井主排水監(jiān)控系統(tǒng)組成

礦井主排水監(jiān)控系統(tǒng)能使礦井主排水系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，提高礦井自動(dòng)化監(jiān)控程度，降低事故率，減少故障處理時(shí)間，節(jié)約能源，為礦井生產(chǎn)減少運(yùn)行費(fèi)用，提高運(yùn)行效率，達(dá)到管控一體化[3-5]。礦井主排水監(jiān)控系統(tǒng)主要由：隔爆兼本安型可編程控制器、操作臺(tái)、液位傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、開停傳感器、一體式閘閥、球閥等組成[6]。

1）地面監(jiān)控部分。在監(jiān)控中心配置監(jiān)控主機(jī)上安裝組態(tài)軟件和監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)泵房數(shù)據(jù)的采集、顯示、分析、存儲(chǔ)以及泵房設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

2）傳輸網(wǎng)絡(luò)。在控制箱配置以太網(wǎng)模塊，通過網(wǎng)線就近與1 000 M 環(huán)網(wǎng)交換機(jī)相連，通過TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心與現(xiàn)場(chǎng)控制的數(shù)據(jù)交互。

3）控制箱。在泵房適當(dāng)位置，安裝控制箱和就地操作臺(tái)，完成傳感器數(shù)據(jù)采集顯示、邏輯運(yùn)算、就地集中控制和數(shù)據(jù)上傳。

4）水倉水位監(jiān)測(cè)。采用水位連續(xù)監(jiān)測(cè)和高低限水位開關(guān)量監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定的上限時(shí)，根據(jù)設(shè)定的控制邏輯自動(dòng)啟動(dòng)水泵排水，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定的下限時(shí)，根據(jù)設(shè)定的控制邏輯自動(dòng)停止水泵。

5）排水壓力監(jiān)測(cè)。在每臺(tái)水泵排水管安裝1 臺(tái)壓力傳感器，用于監(jiān)測(cè)和顯示水泵排水壓力。

6）吸水負(fù)壓監(jiān)測(cè)。在每臺(tái)水泵吸水管安裝1 臺(tái)真空壓力傳感器，用于監(jiān)測(cè)和顯示水泵吸水負(fù)壓，判斷水泵是否充滿水。

7）流量監(jiān)測(cè)。在每臺(tái)水泵吸水管安裝1 臺(tái)超聲波流量計(jì)，用于監(jiān)測(cè)和顯示水泵的排水量。

8）水泵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。在每臺(tái)水泵電機(jī)的電源線上安裝1 臺(tái)開停傳感器，通過感應(yīng)電流確定水泵是否運(yùn)行，并狀態(tài)指示。

9）水泵電機(jī)控制。控制器站可通過觸點(diǎn)控制配電開關(guān)的合分閘，實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的啟停控制。

10）電動(dòng)閥門控制。將現(xiàn)有的水泵出水閥（手動(dòng)閘閥）更改為電動(dòng)閘閥，每臺(tái)水泵1 臺(tái)，實(shí)現(xiàn)排水管道的電動(dòng)選擇。

11）抽真空設(shè)計(jì)。為每臺(tái)水泵配置3 臺(tái)電動(dòng)球閥，替換當(dāng)前射流管路中的手動(dòng)球閥，高壓水源選擇閥操作頻率較低，不進(jìn)行電動(dòng)改造。

12）泵房內(nèi)配置溫度巡檢儀，用于監(jiān)測(cè)電機(jī)軸承、繞組溫度（需電機(jī)預(yù)埋有Pt100 溫度探頭）。

2 系統(tǒng)功能

1）顯示、報(bào)警、查詢功能。人機(jī)交互的監(jiān)控系統(tǒng)，采用安裝有GE 公司IFIX 組態(tài)軟件的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)顯示和報(bào)警、查詢，具體為：①顯示參數(shù)：系統(tǒng)可在地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)或就地操作臺(tái)上實(shí)時(shí)查看水泵啟停、閥門開關(guān)等工作狀態(tài)，以及吸水負(fù)壓、排水正壓、排水流量、電機(jī)溫度等狀態(tài)參數(shù)；②報(bào)警功能：傳感器斷線報(bào)警、通信狀態(tài)報(bào)警、閥門故障報(bào)警、運(yùn)行參數(shù)報(bào)警等；③查詢功能：可在線查詢主排水監(jiān)控系統(tǒng)正壓、負(fù)壓、流量、溫度曲線、歷史數(shù)據(jù)以及報(bào)警信息，并支持打印功能[7-10]。

2）控制功能。系統(tǒng)提供全自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程半自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制、本地半自動(dòng)控制、本地手動(dòng)控制五種控制模式。每臺(tái)水泵可獨(dú)立設(shè)置控制模式，其控制優(yōu)先級(jí)從低到高依次為全自動(dòng)控制＜遠(yuǎn)程半自動(dòng)控制＜遠(yuǎn)程手動(dòng)控制＜本地半自動(dòng)控制＜本地手動(dòng)控制。

3 射流優(yōu)化控制

射流優(yōu)化控制PLC 程序框圖如圖1。

圖1 射流優(yōu)化控制PLC 程序框圖

系統(tǒng)通過羅克韋爾CompactLogix1769 系列控制器及模塊實(shí)現(xiàn)井下設(shè)備數(shù)據(jù)采集及聯(lián)動(dòng)控制，GE 智能平臺(tái)的IFIX 工業(yè)自動(dòng)化軟件實(shí)現(xiàn)地面調(diào)度室監(jiān)控。按工藝控制流程，分解多個(gè)子程序功能塊，通過主程序調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)多種控制模式功能。射流優(yōu)化控制子程序：根據(jù)水倉的液位高度變化，完成浮動(dòng)真空度比較值的推算。

根據(jù)實(shí)際情況浮動(dòng)計(jì)算出a1=真空度比較值。上位機(jī)預(yù)設(shè)初始射流時(shí)間、真空防抖時(shí)間、到達(dá)真空比較值的次數(shù)，并判斷設(shè)定值的范圍，初始化子程序，將預(yù)設(shè)值賦值給參數(shù)timer1、timer2、a1、a2，同時(shí)打開射流閥及真空閥直到開到位，進(jìn)行射流，通過定時(shí)timer1=timer1-1，減至0 時(shí)，判斷監(jiān)測(cè)負(fù)壓值是大于等于浮動(dòng)的真空比較值，且保持時(shí)間大于等于timer2，輸出真空度啟泵到位狀態(tài)標(biāo)志位b1=1，結(jié)束子程序；若判斷監(jiān)測(cè)負(fù)壓值是大于等于浮動(dòng)的真空比較值，且到達(dá)真空比較值的次數(shù)等于預(yù)設(shè)值a2，輸出真空度啟泵到位狀態(tài)標(biāo)志位b1＝1，結(jié)束子程序；若負(fù)壓值一直小于a1，或保存時(shí)間小于timer2，且水泵真空判斷超過6 min，輸出真空度檢測(cè)超時(shí)狀態(tài)標(biāo)志位b2=1，結(jié)束子程序。

4 結(jié) 語

對(duì)陜西南梁礦業(yè)有限公司301 水泵房主排水監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造, 針對(duì)礦井主排水監(jiān)控系統(tǒng)射流控制程序處理這種狀態(tài)的不穩(wěn)定性及不可靠性，提出一種射流優(yōu)化控制優(yōu)化方法。通過維護(hù)設(shè)備及管路，重新設(shè)計(jì)射流程序，解決了主排水系統(tǒng)存在射流管路漏氣、射流供水壓力不穩(wěn)定等現(xiàn)象，設(shè)計(jì)程序后實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制運(yùn)行，達(dá)到安全、穩(wěn)定、高效、可靠的效果。