成莊礦井下泵房遠程控制系統的研發與應用

靳張浩

（晉城藍焰煤業股份有限公司成莊礦，山西 晉城 048000）

1 研發背景

成莊礦二、三盤區資源日益枯竭，四盤區成為接替盤區。目前四盤區1#和2#水泵房閥門均為現場人工手動操作，水泵啟停流程內各項工序均需現場人員按預案依次完成，勞動強度偏大，操作過程繁瑣，水泵啟停所需時間較長，關鍵設備故障難以在第一時間被發現；泵房相關設備運行高度依賴現場值班人員，人員素養不確定性對排水安全造成較大隱患。因而，現有的泵房設備粗放式管理模式已不再滿足精細化管理的需求，急需建立一套井下泵房遠程自動化控制系統，切實保障泵房排水系統穩定、高效地運行。

2 系統設計

2.1 功能化模塊實現

基于“精準高效”的控制思路，結合國內礦井的先進泵房控制系統建設經驗，在現場調研的基礎上，經反復論證，最終確定成莊礦四盤區泵房遠程自動化控制系統。控制系統核心以PLC 控制為基礎，采取在關鍵部位設置穩定可靠的數據采集器為手段，在成熟的組態軟件平臺支持下，實現對水倉水位、水壓、水泵運行狀態、管網流量等關鍵數據的實時監測，同時，實現監控數據的實時上傳、存儲，實現泵房排水系統自動化和無人化控制[1-5]。泵房遠程自動化控制系統如圖1。

圖1 系統組成示意圖

2.2 地面監控中心上位機軟件設計

地面控制中心的主要功能是將井下泵房關鍵設備傳感器產生的數據進行存儲，并將其以各種形式進行匯總、分析，直觀地呈現給監控人員；在井下泵房關鍵設備出現數據異常，第一時間進行聲光報警通知值班人員，并按照設定程序啟動預案，防止損失擴大，同時，將出現的報警狀況存儲下來作為事后分析的依據；控制室值班人員通過監視器實現對井下泵房關鍵設備實時監測，從源頭上杜絕事故發生。地面監控中心的功能如圖2。

圖2 上位機系統架構圖

1）實時監控功能。實時監控分為遠程控制模式和排水界面待機兩種模式。在遠程控制模式下，工作人員在獲得授權的情況下可遠程啟停泵房設備；在排水界面待機模式下，工作人員可實時監控井下設備運行狀態。

2）報警信息功能。報警信息分為現場實時報警和歷史報警記錄查詢兩大類。現場實時報警僅顯示當前狀況，以聲光組合報警形式給值班人員警示；歷史報警查詢是將以往報警信息存儲到文檔中進行長久保存，操作人員可根據需要調取不同類型的報警記錄，為后期的事故處理提供參考。

3）報表信息功能。井下泵房重要設備產生的各類實時數據將以圖表的形式進行長期存儲，操作人員可以快速地調集設備運行時長、狀態、管網流量、水倉水位等關鍵信息，方便操作人員進行設備日常檢修與維護[6-7]。

2.3 上位機界面開發與設計

排水集控上位機系統擁有豐富的可視化界面，主要包含“待機界面”“操作界面”“報警歷史”“操作記錄”“參數設置”“個性設置”等諸多顯示界面。

1）系統主界面

系統主界面含設備運行狀態和報警顯示兩塊內容。系統運行狀態主要顯示當前1#和2#水泵房的實時運行情況；報警顯示包括水泵故障報警、高液位報警、通信故障報警等諸多異常狀態；實時監測自動排水系統從井上控制室到井下泵房各個節點的通信狀態。當其中一項內容出現異常時，可及時提示值班人員，并精準顯示故障節點位置，便于現場巡查人員解決。

2）四盤區2#水泵房界面

四盤區2#水泵房畫面如圖3。該界面中，操作人員可以看到2#水泵房所有設備的運行狀態，包括液位顯示、排氣壓力、閘閥開度、流量等主要信息。

圖3 2#泵房主界面示意圖

3）單臺水泵界面

在1#或者2#泵房主界面任意點擊排水水泵可進入單臺水泵運行界面。主頁分圖界面顯示單臺水泵運行狀態，呈現水泵運行關鍵信息和故障情況。工作界面包括實時數據顯示、液位曲線顯示、故障報警顯示、回路工作狀態顯示與實時模擬圖形。主頁分圖界面采用形象畫面方式展現井下排水狀況圖，水倉的液位會隨著真實液位上升或者下降，管路和閥門、水泵在停止使用時用灰色標識，在開泵排水時用綠色標識，這樣形象直觀，方便使用。

2.4 水泵故障保護設計

水泵在長期的運行過程中，往往出現“帶病”工作的情況，若不及時處理，往往會造成難以挽回的損失。遠程控制系統設計之初，為該系統設置了以下4 種保護功能：1）水泵壓力保護。通過預先安置于水泵出水口的壓力傳感器，系統不斷采集與分析水泵出水口壓力值，若壓力值低于設定值，系統會向控制中心發出警報，若值班人員長時間未處理，水泵會自發停止運轉。2）電機、水泵運行參數實時監測。系統實時采集電機電壓、電流等相關參數，監控電機短路、過流、欠壓等故障，對水泵運行狀態中流量、液位等關鍵參數實時監測，當參數值異常，發出報警后立即停止工作。3）動作超時未響應。當水泵或閥門發出開機信號，電機或閥門未能及時動作，為防止設備或管路受損，水泵及時停止運轉。4）現場布置視頻監控點，安裝多臺高清攝像頭，實時監控水泵運行狀態，防止潛在事故發生。

3 工業性試驗

成莊礦井下遠程自動化排水系統安裝上線后，四盤區1#泵房和2#泵房實現就地控制、自動控制、遠程控制等多種控制方式。在地面監控中心可實時查看各臺水泵的運行狀態與參數，實現單臺水泵就地控制和集中遠程控制；通過顯示屏可查看水倉水位、管網流量等關鍵參數，參數出現異常后可實現及時報警；通過井下泵房安裝防爆攝像頭可遠程跟蹤水泵運行狀況，實現與井下現場人員遠距離通話，及時掌握現場狀況，確保泵房設備運行安全。

4 結論

遠程自動排水系統成功上線后，實現“減人增效，無人值守”，減少專職排水人員6 名，合計30萬元/年的人力成本；值班人員單班勞動強度降低82.3%，工作效率提高72%。排水系統有效消除井下水災事故隱患，杜絕溢倉現象出現，降低機電設備故障率，延長設備高效服務年限，有力保障礦井安全高效生產。