電氣自動化技術在煤礦排水系統的應用與研究

孫俊杰

冀中能源邢礦集團正珠煤業 山西 晉中 032600

1 前言

正珠煤業中央泵房安裝了3臺DF280-43×6型礦用多級耐腐離心水泵，配套電動機功率為315kW，電壓10KV，礦井在正常涌水時1臺工作、1臺備用、1臺檢修；最大涌水時2臺工作，1臺備用檢修。安裝一套ZPZ15/660型自動化排水系統，實現了對主排水系統的自動化控制。

2 自動化排水系統的概念

自動化排水系統主要實現對水泵、電動閘閥、電動球閥、配水電動閘閥的自動控制，實現水倉液位、水泵出口壓力、真空度、排水流量、電機溫度、軸承溫度、水泵電機電壓、電流等的監測，通過現場總線和工業以太環網實現與其他系統的數據通訊和數據共享，實現遠程設備維護診斷；根據積累的歷史數據，統計出礦井每天的用電負荷情況，確定用電高峰、低谷時間，實現“避峰填谷”、分時用電。 減輕操作人員負擔，最后真正實現無人值守的目標。

3 主要技術內容

該系統用于水泵房的集中分布控制；在井下中央變電所設PLC集中控制站，采集各種信號，按照工藝流程控制各臺水泵及相應的閘閥，顯示各種工作狀態。井上配置的遠程控制模塊能在地面全程監測水泵房的運行狀態和控制水泵的啟動停止，實現水泵運行參數的上傳，納入全礦自動化控制平臺；同時配置視頻監控裝置，遠程視頻監控水泵的運行情況。整個集中控制系統由PLC集控及監控部分、就地控制部分和現場設備三大部分組成，其布局如下圖所示。

自動化排水控制系統示意圖

(1)采用排水用隔爆兼本質安全型控制柜對水泵房設備運行實行在線監控，自動、半自動、手動控制水泵的啟停及礦用電動液控閘閥的開啟及關閉，并具有自診斷功能，可實現水泵房的自動排水。

(2)水泵房自動化排水系統通過以太網接入礦井工業以太干網，實現水泵房監控子系統與全礦井的監控系統信息共享，系統配置視頻監控系統，能在地面視頻監控水泵的運行狀況。

(3)自動排水用隔爆兼本質安全型控制柜采用西門子系列PLC及先進的過程控制軟件，綜合考慮礦井各種安全信息，實現井下排水監控系統的最優控制策略；井下排水監控系統的報警，信息顯示，報表統計處理全部融入整個礦井監控系統的數據系統。

(4)水泵房現場的集中操作臺及地面遠程控制模塊的工業計算機以計算機圖形界面結合現場操作，最大程度簡化操作與狀態顯示。

(5)采用非接觸式超聲波傳感器監測水倉水位，根據水位控制原則，自動實現水泵的輪換工作。

(6)結合水倉水位和電力負荷信息，以“移峰填谷”原則確定開、停水泵時間。

(7)系統具有多種通訊協議可選，可與系統互聯互通，軟件修改可在地面控制室和井下變電所內完成。

(8)實施監測水泵各工況參數，包括水位、電壓、電流、壓力、功率、流量、溫度、真空度等。

(9)水泵房自動排水裝置有三種工作方式：“自動”、“半自動”、“檢修”。

①自動：控制柜PLC采集各種信號，按照排水工藝流程，合理確定開啟水泵臺數、自動完成從抽真空、開閘閥選擇排水管路、啟泵排水全過程，多臺水泵可輪換工作。自動方式下全過程無須人工干預。

②半自動：根據水位，人工選定排水泵、排水管路，手動開停水泵。泵抽真空、開閘閥選擇排水管路、啟泵、水位間有聯鎖關系，單臺泵排水過程自動完成。

③檢修：單一操作任一水泵、液控閘閥、電動球閥等，相互間解除閉鎖關系。

(10)自動化排水系統具有實時存儲功能。存儲功能包括：①水位、溫度等主要測點模擬量的實時監測值；② 模擬量統計值(最大值、平均值、最小值)；③ 報警及解除報警時間及狀態；④設備開/停時間及狀態；⑤設備故障/恢復正常工作時間及狀態等。

(11)自動化排水系統通過控制柜PLC采集模塊能夠準確的將水位、電機電流、水泵的排水流量及水泵工作狀態、電動液控閘閥狀態和水泵出水口壓力等數據傳送至地面工業控制計算機。

(12)地面遠程控制模塊應由工業控制計算機、三維組態管理軟件、網絡傳輸部分組成，通過計算機網絡，同步顯示現場工況。遠端監控具有開放的接口，可以擴展功能或接入其他系統。

(13)自動化排水系統具有遠程編程、現場編程、完善修改系統功能，具有較強的兼容性和擴展。

4 自動化排水系統特點

(1)改系統采用先進的可編程控制器，以及模塊化結構，具有清晰、易懂、便于工作人員維護等特點。

(2)采用水位實時采集控制運算，自動監測水倉水位、水泵和電機等的啟動和運行運行狀態，大大減少工作人員工作量，增加了水泵的使用壽命。整個系統安全可靠；

(3)具有手動、半自動、全自動三種工作方式，能在不影響全系統排水的同時檢修本系統；

(4)利用地面監控系統顯示水泵的運行狀況，實時顯示水位、故障報警、故障記錄以及記錄查詢等功能實現水泵房無人化操作和遠距離監控，并能遠程視頻監控井下的水泵運行狀態。

5 結束語

自動化排水系統在我公司投用以來，運行穩定可靠，完全滿足現場實際需求。具有操作簡單方便，安全可靠性高等特點。減輕了工作人員的勞動強度，降低了設備的故障率。實現了泵房的無人值守。