某現場尾礦輸送泵站無人化設計

王長偉

丹東東方測控技術股份有限公司 遼寧丹東 118000

湖南某現場尾礦輸送泵站距離生產廠區5公里，在使用人工值守運行，運行人工費用占用運行成本較大比例，泵站每個班配備兩名崗位人員對生產情況進行手動控制調節，控制精度和維護檢測力度有限，為了實現減員增效的目標，根據泵站運行工藝特點設計一套泵站的檢測管理自動化，實現泵站少人化或無人化。

1 設計目標

圍繞尾礦輸送泵的控制，首先通過電氣改造實現輸送泵的遠程控制，并圍繞尾礦輸送泵安裝相關的儀表，對泵的啟停流程，倒泵流程一整套的控制實現自動化，并結合視頻監控實現實現泵站的無人化操作，除此之外增設一套設備預測性的維護系統，來對設備進行故障的診斷判斷，實現設備的預維護，保證在無人化操作的環境下設備的安全性[1]。

2 系統設計

2.1 檢測控制儀表的設計

檢測控制儀表的好壞，直接影響到控制系統的精度和穩定性，在尾礦輸送泵站的控制上主要檢測儀表包含溫度、流量、壓力等，控制執行上主要包括泵前泵后的閥門，泵池沖洗水、水封水的閥門控制等等。

2.2 控制系統的數據采集與通訊

控制系統選用西門子S7-1200，根據IO點數配置相應數量的模塊，主要的輸送泵變頻控制通過MODBUS通訊接入到PLC控制系統中，其他儀表通過硬接線的方式接入，其中數據自動采集和檢測分為兩類，模擬量數據和數字量數據。

模擬量檢測數據主要是泵的軸溫、電機溫度、流量、電機工作電流，壓力等，數字量檢測數據主要有水泵的運行狀態、閥門的啟閉位置、電磁閥狀態、流量開關狀態等。

2.3 系統功能和特點

①根據泵池液位和壓力，自動實現泵的變頻控制，維持液位和壓力穩定，根據泵的運行時間來自動切換泵的工作組數，合理安排泵的運行，延長輸送泵的使用壽命。

②電機故障預警：利用安裝在泵上的溫度和振動傳感器，對電機的軸溫和振動進行檢測，利用預測性維護的分析軟件，實現電機故障的預診斷，提前發現故障隱患，準備維修和備件準備。

③泵切換的自動控制，在輸送泵啟動或停止之前，沖洗水、水封水相關控制自動開啟和關閉，保證管道暢通，水封水出現異常及時報警。

3 控制方案

3.1 輸送泵切換控制

切換方式：切換方式分為兩種，一種是運行泵故障停機切換備用泵，另一種是生產需要，根據人工指令自動切換兩臺渣漿泵。無論哪種方式，都可實現自動切換。

關鍵程序：開啟渣漿泵順序一般為打開水封水、泵前閥門、啟動泵、打開泵后閥門；停止渣漿泵順序一般為關閉泵后閥門、停止泵、關閉泵前閥門、打開沖洗水和排污閥、關閉水封水；如果是故障跳停，關閉泵后閥門、泵前閥門、打開沖洗水和排污閥、關閉水封水。

控制規則：生產中，首先判斷泵是因故障跳停還是生產需要給出的切換指令，如果因生產需要切換，系統會在停止運行泵的前提下開啟備用泵，保證泵池液位不冒礦，如果故障停機，系統會馬上按照開啟泵邏輯流程進行開啟備用泵，同時會執行故障停止泵的邏輯控制流程，并發出報警提醒崗位巡檢[2]。

3.2 電機故障預警

在機組設備上安裝溫度、振動傳感器，數據通過傳感器傳輸到無線數據采集器及無線網關中。基于振動分析、溫度分析、電氣分析、點檢分析等指標，以一定的權重分配給各個指標，通過相加構成的一個統一的綜合評價指標。數據采集器中包含數據采集模塊、數據分析模塊、數據傳輸模塊等，以無線傳輸形式將數據傳輸到服務器系統中。服務器系統中運行著設備故障預測與健康管理系統平臺軟件，對大量數據進行分析與存儲，同時基于物聯網實現遠程設備監測診斷的功能。

圖1 預測維護設備安裝點

通過分析軟件來對報警的數據進行振動分析。常規振動分析包括波形分析、頻譜分析、波形頻譜、故障頻率分析、Winger分析等；高級振動分析包括了全矢譜分析、軸心軌跡、軸心位置等；多趨勢分析包括多趨勢分析和趨勢預測。通過專業的分析方法，來解決現場常見的故障問題。

3.3 輸送泵的恒壓控制

輸送泵的恒壓控制：變頻器、電控設備、壓力變送器構成，輸送泵的啟停、云運行停止由PLC控制，通過壓力設定值與壓力傳感器反饋的壓力值進行比較，計算出變頻泵的給定頻率，實現恒壓控制的目標，另外通過對尾礦泵池的液位檢測，防止尾礦泵池出現抽空跑冒得情況出現[3]。

3.4 智能安防系統

在實現了泵站得無人值守后，為了保證生產區的安全，生產現場禁止人員進入，因此，系統運轉以后，進入現場的各個出入門必須自動上鎖，等系統停車，各級人員方可進入，依靠傳統的機械式門鎖管理廠區、車間的模式已經不能適應現代工廠的安全保護需要。智能化的門禁系統憑借其靈活性、適應性為工廠提供了更加可靠的安全管理方法，保持工廠的正常工作秩序。

4 使用效果

在該現場成功運用之后，原有的泵工崗位數量大幅縮減，所有的輸送泵實現了無人值守，所有控制均可在遠程中央控制室進行統一的控制，所有設備的運行的穩定性大幅提高，設備損壞率較之前有明顯的下降，應用效果明顯，可在多個現場進行推廣。