井下排水自動控制系統應用

摘要：介紹了井下排水系統集中監測的意義，根據水泵房現場情況以及水泵在線監測與集控系統的功能需求，設計了一種井下排水自動控制系統，從而達到遠程監測與控制的目的。

關鍵詞：井下排水系統;集中監測;遠程控制

1 井下排水系統集中監測的意義

（1）在地面集中監測控制水泵，減少現場人員，進而降低人員傷亡的可能性;同時，改善工人工作環境，提高安全系數，確保職工人身安全。

（2）實現現場無人值守和定期巡檢，可減少看護人員，有效降低人員成本;實現設備自動控制，減少員工工作壓力。

（3）按期巡檢，變被動事后修理為主動按期修理，提高設備利用率及設備維護效率，避免不必要的故障發生。

（4）通過全面的數據監測，對水泵、電機等設備進行有效保護，避免人工操作失誤，延長設備使用壽命。

（5）根據水池液位開停水泵，有效增加水泵運轉時間，減少運營資金;可利用調整水泵的啟停時間，避開用能高峰期，“躲峰用谷”，節約電量開支。

（6）通過集中、全面的數據采集和監控，提高人員對設備的故障分析、判斷能力，減少停機事故，提高排水能力。

（7）實現數據共享，報警聯動，加強調度管理，提高調度管理能力，減少礦井災難發生。

（8）為自動化體系搭建一個高速、安全、牢靠的管理平臺，發揮自動化體系的綜合管理功能;實現金廠峪管控一體化，提高金廠峪的安全生產調度管理水平。

2 水泵房現場情況

（1）該水泵房為在建水泵房，水泵房主要由2臺380 V、110 kW的電機和2臺型號為160DL-100-75的配套離心立式水泵組成，水泵排水量為100 m3/h，揚程為160 m，功率為75 kW。

（2）每臺離心泵利用回水管道灌水，出口直徑為168 mm。

（3）水泵出口需配備遠傳數顯壓力表。

（4）2臺主泵共用1個水倉，水倉深度在5 m左右。

3 水泵在線監測與集控系統需實現的功能

（1）常規參數近程/遠程實時監測功能，實現近程/遠程實時雙重顯示，主要實現以下參數監測：1）每臺水泵電機電流、電壓、功率等電參數監測;2）出口壓力、排水流量、水倉水位監測;3）電機軸承溫度、水泵軸承溫度監測;4）電機、水泵、閥門狀態監測。

（2）實現故障實時監測與報警處理：1）每臺水泵電流異常、電壓缺相等電參數異常;2）出口壓力過高異常;3）軸承溫度過高異常;4）水倉液位過低、水倉液位過高等異常報警;5）電機、水泵、閥門狀態異常報警。

（3）實現每臺水泵遠程/近程集中控制，實現現場無人值守：1）實現集控、就地互鎖操作;2）實現近程/遠程互鎖操作;3）實現自動/手動互鎖操作;4）實現PLC控制降壓啟動，穩定運行;5）實現手動/自動模式運行，手動模式互相獨立運行，自由啟停;6）實現自動模式智能啟停，智能運行。

（4）實現遠程組態，動畫模擬現場水泵實時狀態，遠程還原水泵實際運行狀態。

4 系統結構組成及控制原理

整個泵站遠程集控系統由以PLC為中心的控制柜、各種傳感器、現場顯示儀表以及傳輸線路組成，在現有電控系統基礎上，現有水泵、電機及主管道連接不變動的情況下，對最小的輔助管道進行改動，增加各種傳感器及輔助檢測裝置，以最經濟、最安全、最穩定的控制方案，實現遠程集中控制，實現井下無人值守。

本系統在每臺主泵啟動時，利用潛水泵對兩臺主泵進行灌水;利用水滿檢測裝置，監控灌水狀態;將現有水泵啟動柜與PLC控制柜啟?；ユi，利用原動力柜進行啟動;采集原動力柜的三相電流、三相電壓和有功功率等電氣參數，傳輸至PLC控制箱，各種傳感器參數也傳至PLC控制箱，由PLC控制箱進行決策控制，同時，通過通信接口與地面主控站相連，在主控站進行組態。水泵房水泵監測現場系統如圖1所示。

5 系統組態實現的主要功能

（1）水泵操作分為現場操作（近程操作）和遠程操作，近程操作和遠程操作都有自動和手動兩種操作方式，轉換靈活，使用方便。

（2）自動管理水泵房的水泵組，達到自動啟泵、自動停泵的全自動無人值守目的。

（3）實時在線監測水泵各工況參數，包括水倉水位、管道流量、運行電壓、運行電流、電機功率、出口壓力、軸承溫度、水泵運行狀態等。

（4）通過對電參數（如運行電流、運行電壓）進行分析，判斷水泵的運行狀態，針對水泵不上水、缺相、電流/電壓異常等狀況，及時報警并停機。

（5）通過對水泵的功率、效率、電耗、工況點等進行分析，可調整開停機時間，避開電力負荷高峰期，削峰填谷，節約電費開支，確保經濟運行。

（6）通過對出口壓力、軸承溫度、管道流量等參數的分析，判斷水泵是否出現故障，若是，及時報警。

（7）當主水泵出現故障時，能自動開啟備用水泵;當一臺泵不能滿足排水需求時，根據涌水量，自動確定開啟水泵的臺數。

（8）系統根據水池液位，可結合分時計費和“躲峰用谷”原則，決定水泵的開停時間。同時，根據液位控制水泵，實現兩臺水泵相互輪流使用。

（9）操作站上的監控軟件以水泵房現場為原型，一對一動態顯示水泵、閥門、水流的運行狀態以及各個儀表的數據參數。

（10）具有完善的參數設置、數據查詢和報表處理系統，可隨時根據客戶運行要求，修改系統配置參數，查詢水泵運行數據，打印水泵運行報表。

（11）具有完善的操作權限管理系統、故障報警處理系統、現場及遠程聯鎖控制系統，使系統運行更安全。工控機組態如圖2所示。

6 結語

本文主要闡述了井下排水自動控制系統的應用情況，在無人值守的作業環境下，該系統利用各種儀表、變送器監測水泵運行狀況，模擬現場管理，以PLC為核心集中進行數據分析，利用光纖技術傳送信號，實現遠程在線自動控制水泵，提高了操作安全性，降低了人員成本。

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收稿日期：2020-06-01

作者簡介：李岳明（1985—），男，河北石家莊人，工程師，研究方向：工業自動化控制。