東露天礦自動化泵站增設軸溫監控系統方案

摘要：東露天礦自動化泵站經過幾年運行，發現自動化泵站改造不夠完善，控制系統沒有水泵軸承測溫、報警功能，當泵軸出現故障時，調度室開泵人員不能及時發現，使故障進一步擴大，造成泵軸不同程度損壞，嚴重的造成泵軸報廢。為避免泵軸損壞事故的發生，對自動化泵站控制系統進行改造。改造后，當泵站水泵運行軸溫升高一定值時，系統報警或停泵，避免泵軸損壞事故的發生。

關鍵詞：泵站;軸承;軸溫;報警

1.引言

西南泵站于2009年9月26日自動化改造工程竣工投入使用，西北泵站、萬新泵站、東部泵站于2010年11月5日自動化改造工程竣工投入使用，隧道泵站于2015年1月20日自動化改造工程竣工投入使用，到目前為止，幾座經過自動化改造的泵站運行效果穩定，達到了預期的減員增效和提高管理效率的目的[1]。

2. 東露天礦防排水自動控制系統概況

2.1 東露天礦防排水自動控制系統的構成

東露天礦防排水自動控制系統由西南、西北、萬新、東部、隧道五個排水泵站PLC控制系統和調度室上位機組態模擬畫面和終端部監控設備組成。各泵站均設獨立的PLC控制系統，泵房內外設有攝像頭、功放音箱，通過以太網與防排水段調度室的計算機連網通訊，最終實現對各泵站排水泵、真空泵、閥門設備和儀表參數的遠程集中控制、監視和管理。控制系統采用的是西門子S7-300 PLC系統，主要由CPU模塊、電源模塊、接口模塊、微存儲卡、以太網模塊、模擬量輸入模塊、熱電阻輸入模塊、數字量輸入輸出模塊等組成[3]。控制系統控制水泵及真空泵、電動閥門、電磁閥的啟動/停止，并將啟動/停止反饋信號、故障信號、每臺水泵電源電壓、運行電流值、出口壓力、環境及電機溫度引至PLC柜，經過處理最終在調度室上位機組態模擬畫面及觸摸屏上顯示及操作。調度室上位機組態畫面能夠動態顯示工藝流程，使操作人員能夠在調度室中了解整個系統的工藝數據和設備運行狀態，并可實現遠程自動/遠程手動方式控制現場水泵、真空泵、電動碟閥、電磁閥等功能[4]。

3.完善軸溫監測系統的意義

3.1提高泵站運行安全性

通過改造，增設水泵軸承測溫功能和軸溫報警功能，實現水泵軸溫實時監控。當運行的水泵出現軸承故障時，通過軸承測溫功能，能夠實時掌握水泵軸承運行情況，當發現運行軸溫升高到一定值時，控制系統發出報警信號，操作人員可及時停泵處理，當控制系統發出報警信號，操作人員沒有及時發現，軸溫持續升高到極限值時，PLC控制系統發出停泵指令，按停泵操作順序進行停泵，這樣可避免泵軸損壞事故的發生。

3.2提高泵站經濟效益

通過改造完善自動化軸溫監控系統，當軸承出現故障時，避免泵軸損壞事故的發生，間接效益是節省配件費和減少檢修人員工作量，進而提高泵站經濟效益。

4.改造方案

在水泵軸承體上安裝PT100測溫傳感器，在原有自動化遠程控制系統增設熱電阻輸入模塊，將水泵軸承體上PT100熱電阻測出數值通過熱電阻輸入模塊引至PLC控制系統，經過處理 ，在調度室上位機上實時顯示，當泵站水泵運行軸溫升高一定值時，系統報警或停泵，避免泵軸損壞事故的發生[5]。

4.1熱電阻的選擇

（1）普通型熱電阻

從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。

（2）鎧裝熱電阻

鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體，它的外徑一般為φ2--φ8mm，最小可達φmm。與普通型熱電阻相比，它有下列優點：①體積小，內部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小;②機械性能好、耐振，抗沖擊;③能彎曲，便于安裝④使用壽命長。

（3）端面熱電阻

端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。

（4）隔爆型熱電阻

隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒，把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發生的爆炸局限在接線盒內，生產現場不會引起爆炸。隔爆型熱電阻可用于具有爆炸危險場所的溫度測量。

4.2熱電阻接線方式

熱電阻是把溫度變化轉換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計算機控制裝置或者其它一次儀表上。工業用熱電阻安裝在生產現場，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對測量結果會有較大的影響。

目前熱電阻的引線主要有三種方式，分別如下：

二線制 ?在熱電阻的兩端各連接一根導線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導線必然存在引線電阻r，r大小與導線的材質和長度的因素有關，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合

三線制 ?在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業過程控制中的最常用的引線電阻。

四線制 ?在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉換成電壓信號U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表。可見這種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。

本次改造熱電阻采用三線制接法。采用三線制目的是為了消除連接導線電阻引起的測量誤差。這是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個橋臂電阻，其連接導線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環境溫度變化，造成測量誤差。

4.3改造內容

在水泵軸承體上安裝磁吸附式PT-100溫度傳感器，將軸溫信號引至PLC 柜，信號經過處理，最終在上位機畫面上實時顯示，操作人員可以實時掌握軸溫情況，可根據溫度情況掌握設備運行狀態[7]。

5.結語

自動化泵站通過增設軸溫監控功能，實現對水泵軸承溫度的智能監控。改造后，可避免因水泵軸承損壞導致水泵軸損壞事故的發生，進而提高自動化水泵運行的安全性。

參考文獻

[1].竇興亮，沈洪松，王博，自動化控制技術在撫順東露天排水泵站中的應用[J].露天采礦技術，2018年01期.

[2].唐日軍，王金利，霍林河南露天礦集控系統在疏干排水中的應用 [J].露天采礦技術，2007年05期.

[3].任濤，張寶林，Siemens CP340模塊在水泵集控系統中的應用[J].露天采礦技術，2005年06期.

[4].鄭晟，鞏建平，張學.現代可編程控制器原理與應用[M].北京，科學出版社，1999.

[5]. 郭元敬.煤礦全礦井排水自動化監測系統的技術應用[J].煤礦電機，2012（2）：100-102.

[6] 王健，崔書華，邱鵬.傳感器實用技術[M].北京：機械工業出版社，2012.

[7] 哈大雷，王乾，蔣濤，等.新型軸溫監測系統在高速動車組上的應用[J].大連交通大學學報，2013，34（1）：89—94.

作者簡介：竇興亮（1983—），男，遼寧朝陽人，工程師，2006年畢業于遼寧石油化工大學工業電氣自動化專業，現在撫順東露天礦防排水段，從事礦坑防排水工作，E-mail：285035378。