平煤十矿主排水泵房综合自动化改造.pdf

2 0 1 4 年第 1 1 期 中州煤炭 总第 2 2 7期 平煤 十矿主排水泵房 综合 自动化 改造 谢 米 罗 ( 平 煤 股 份 十 矿 ， 河 南 平 顶 山4 6 7 0 0 3 ) 摘要 ： 目前主排水泵房设备 普遍采用的人工操作 管理 过程繁琐 ， 特别 是开关 闸阀劳动 强度 大 ， 水泵启 动 时间 长 ， 自动化程度低 ， 不能经济运行。利用 P L C技术 与现代 自动控制技术 ， 对平煤 股份十矿 的主排 水泵房进 行 综合 自动化改造 ， 实现 了泵房的无人值 守和 经济运行 。 关键词 ： 水泵 ； 综合 自动化 ； 无人值 守 中图分类 号 ： T D 6 3 6 文献标 志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 30 5 0 6 ( 2 0 1 4 ) 1 1 0 0 9 9 0 3 煤 矿 主排 水 系统作 为矿 井水 循 环系 统 的关键 环 节 ， 对 矿井 安 全 生产 具 有 重 要 意 义 。平 煤 股 份 十 矿 主排水 泵 房设 备 的运行 与管 理 以及水 仓水 位 的观 察 目前 普遍 采用 人工 操作 方式 ， 操 作过 程 繁琐 ， 劳动 强 度 大 ( 特别 是 开关 闸 阀 ) ， 水 泵 启 动 时 间长 ， 自动 化 程度低 ， 不能经济运行 。为适应平煤 十矿建设信 息化现代化矿井的需要 ， 必须进行 主排水泵房综合 自动化的改造 ， 提高矿井综合 自动化水平 和经济安 全运 行水 平 。平煤 股份 十矿矿 井 涌水 主要来 自二水 平 ， 有 1个 中央泵房和 4个采 区泵房 ( 己四采 区泵 房 、 东 区泵房 、 中区泵 房 、 通排 泵 房 ) ， 采 用分 段 提 升 方式 排水 ， 其 中己 四采 区涌水 量较 大 ， 因此 考虑 进行 己四泵房 和 一3 2 0 m 中央泵 房 的 自动化 改造 。 1改造 方案分析 一 3 2 0 m 中央泵 房水 泵配 有 MD 2 8 0 6 5 8 4水泵 1台 ， 单 泵 最 大 排 量 2 8 8 m h ； 2 0 0 D 6 58水 泵 2 台 ， 单泵 排 量 2 8 8 m h ； 配 套 电 机 均 为 Y B 5 6 0 M2 4 型 ， 功 率 7 1 0 k W ， 电 压 6 k V。 己 四 采 区 泵 房 配 有 2 0 0 D 一 6 5 9型水 泵 ， MD 2 8 0 6 59型 水 泵 1台 ， 每 台水泵 配备 Y B 6 3 0 S 1 _ 4型 8 0 0 k W 电机 ， 电压 6 k V。 此次 主排 水泵 房设 备 的综合 自动化 改造 主要 包 括 ： 完 善水 泵水 位 的监测 与控制 ； 调 整水 泵 的启 动水 位以实现经济运行 ； 在泵房 以及地面安装集 中 +就 地 监 控系 统等 。监 控 系统 引 入 后 ， 即可 提 升 整 个 泵 房 设 备运 行 的 自动 化水 平 ， 完善 操作 模式 、 提 前对 透 收 稿 日期 ： 2 0 1 4一 O 7 2 3 作者 简介 ：谢 米罗 ( 1 9 7 9 一 ) ， 女 ， 河南 平顶 山人 ， 助理工 程师 ， 1 9 9 8 年 毕业 于武汉铁 路运输 学校 ， 现从 事矿井 机电系统 的优化 研究及技 术 管理 工作。 水 事 故进行 预 警 ， 从 而保 障安 全 生产 。 1 1水位 的监 测及 控制 水 位控 制 是大 泵 自动化 控制 的核 心 。水位 监测 采 用 2台互 为 备用 的投 入 式 液 位计 ， 同时 又 增加 了 浮球 开关 作为 开关 量 备 用 方 式 进 行水 位 监测 ， 保 证 水位 监测 的可 靠性 。系统 遵循 “ 均 匀 磨 损 ” 和 “ 避 峰 填谷 ” 2个原 则 ， 根据 水仓 水位 的高低 并 考 虑水 泵 的 “ 均匀 磨损 ” 原 则 ， 控 制 水泵 的启 、 停 数 量 ， 保 证 水泵 均衡 使用 。为 达 到经 济 运 行 的 目的 ， 高 电价 时 间段 内 ， 在 保证 水 位在 警 戒 水位 以 下 的前 提 下 对 水 泵 的 启动 水位 向上 进 行 调整 ， 即 尽 量减 少 水 泵 在 高 电价 区间段 的运行 时 间 。 1 2控 制及 执行 系统 控制 系统 采 用 集 中 +就 地 控 制 ， 能 够 实现 远 程 控制 ， 并 在每 个泵 房安 装 监控 系统 1套 ， 实现 工业 电 视在 线 监视 ， 地 面水 泵 集 中监 控 系 统 可 以 实现 己 四 泵 房 、 一3 2 0 m泵 房 的主要 参 数 在线 监测 ， 并 能进 行 开 停泵 操作 。 执 行 系统 由 电动 闸阀完成 ， 代 替人 工操 作 ， 通过 就 地控 制柜 实现 启 停 操 作 ， 上 位 机 时 刻存 储 监 测 数 据 ， 用 于信 息判 断 。单 台大泵 控制 流 程如 图 1 所 示 。 1 3操作模 式 及转 换 系统 应具 有 “ 井下 自动 ” 、 “ 远 程 控 制 ” 及 “ 手 动 操 作 ” 3种 操作 模式 ， 以方便 进 行 操作 检 修 。这 3种 操 作模 式 原则 上遵 循 “ 井 下 优 先 ” 的原 则 ， 手 动 进行 切换 。 ( 1 ) 远程控 制。地 面监控平 台能够监测水位 、 电压 、 电流 、 温度、 振动 、 液位 、 流量 、 压力等参数 ， 并 具 有统 计 、 查询 的功 能 。地 面操 作 人 员 可 根 据水 仓 显示的水位 ， 在地面通过监控平 台确定需开泵台数 及远 程控 制 水 泵 开 停 ， 电 动 机 及 其 阀 门 的 开 、 停 由 99 2 0 1 4年第 1 1 期 中州煤炭 总第 2 2 7 期 P L C控 制执 行 ， 即 P L C完 成单 台水 泵 引水 、 启 泵 、 开 电动 闸 阀等 自动控 制 。 开始 Y 检查各种保护 电流正常 、 ， 、 力流量正 开启射流 匠 圃 关排气 阀 、真空泵 r一 Y Y l - _ 一 面 N N Y 图 1单 台大 泵控 制 流 程 报警 ( 2 ) 井下 自动。由液位传感器连续检测水仓水 位 ， 按 照工 艺 流程控 制水 泵及 闸 阀的 开启 ， 根据水 仓 水 位及 设计 原则 ， 合 理调 度 ， 自动 开停某 台水 泵 。在 正 常水 位 时 ， 各 台水 泵能 自动 轮换 工作 ， 最大 涌水 及 突 出涌水 时 ， 自动 投 入 必要 数 量 的水 泵 运 行 。在 此 方 式下 可 实现无 人 值 守 。当水 泵 出现 故 障 时 ， 能 够 及时报警 ， 并能够 自动开启备用水泵。根据水泵使 用 台数 和水 位变 化 率情 况 判 断 矿 井 涌 水情 况 ， 从 而 确 定水 泵增 加 台数 。 ( 3 ) 手 动 操 作 。井 下 每 台 泵 配 1台 就 地 控 制 柜 ， 在通 信及 P L C故 障情 况下 仍 然 可 以手 动 就 地操 作。可操作任一水泵电机 、 闸阀的开关 ， 实现不通过 P L C完 成水 泵 的启停 。系统在 手动 操作 模式 下 可 以 完全脱离 P L C进行手 动的单步操作。系统在 每台 泵附近设置就地控制柜 ， 确保了手动操作的直观性。 1 4紧 急情况 的预 警及 处理 通过检测水仓进水量的变化率 ， 对透水事故进 行 预警 ， 在确认 进 入 紧急状 态模 式后 ， 系统 以最快速 度将 允许 启动 的所 有 水 泵 开 启 ， 以最 大 排 水 量进 行 排水 ， 尽量 降低 事 故造成 的危 害 。 1 00 2 系统组成 井 下监 控装 置包 括集 中控 制柜 、 就地 控制 柜 、 电 动阀 、 传感器等 ， 井上调度室安装监控软件， 进行在 线 数据 监测 和启 停 泵 控制 ， 并 安 装 工 业 视 频 监 控 装 置 ， 全面了解泵房情况 ， 井上下通过 工业 以太 网连 接 ， 实现 泵房 的无 人值 守 。系统 组成 如 图 2所 示 。 蝇 视 颦 ： ； 醣机 控 系 统 机 雌 黝 ( 选 配系统 ) 电动球阀| 曩 - 电动 闸阀 真 空 泵 电 机 水 泵 一 。 韵 厂 光 纤 环网 I I 传感器信号 i i 浮 甓 l 僦 地 I 传感器信号 控 制柜T 一 超声波流 量传感器 泵 配 I - i - b 真空度出水压 温度振动一 传感器力传感器体化传感器 图 2泵房综合 自动化 系统组成 ( 1 ) 集中控制柜。内装显示屏 ( 嵌装) 、 指示灯 、 按钮 、 转换 开关 、 继 电器 、 电源 开关 。主要 由 P L C、 接 口模块 、 中间继 电器 等组 成 ， 完成对 信 号的接 收并 由 P L C运算 、 判 断发 出各种 控 制信 号 ， 监 控水 泵 的运 行 工况 ， 实现 泵房 的 无 人值 守 ， 完成 整 套 系 统 的 控 制 、 监 视 以及运 行模 式 的切 换 。选 用 S 7 3 0 0系 列 P L C ， 通 过 以太 网模 块 ( 光 口) 接 人 工 业 以太 干 网 ， 实 现 水 泵监控子系统与全矿井的监控系统信息共享。 ( 2 ) 就地控制柜。每台泵配 1台就地控制 柜， 每 个就 地 柜 备 有 急 停 按 钮 与 相 关 按 钮 ， 在 通 信 及 P L C故障情况下仍然可以手动集中操作。 ( 3 ) 电动 阀 。球 阀完 成射 流 时 对 射 流 阀及 管 路 的控制 ， 系统 采 用 D N 2 5 0本 质 安 全 型 电动 球 阀 ， 工 作电压为 D C 2 4 V。本身结构紧凑 ， 密封面与球面常 在 闭合状 态 ， 不易 被介 质 冲蚀 ， 易于操 作 和维修 。电 动 闸 阀 为 Z 9 4 1 H- 4 0矿 用 防 爆 型 电动 闸 阀 ， 安 全 系 数 高 ， 操 作功 能强 ， 性 能稳定 。 ( 4 ) 传感器 。采用本 安型投入式液 位计 、 本 安 型压力传感器 、 电机 温度传感器 ( 电机定子温度 由 电机 自带 的 P T 1 0 0温 度 传 感 器 采 集 ) 、 矿 用 隔爆 兼 本安型超声波流量计等 ， 所检测 的参数主要有水仓 水位 、 水 泵 出水 口压力 、 水泵 轴温 、 电机温 度 、 流量及 设备 工作 状态 等 。 2 0 1 4年第 1 1 期 谢米 罗 ： 平煤 +矿 主排 水泵 房综 合 自动 化改 造 总第 2 2 7期 3 实现功能 ( 1 ) 采 用集 中控 制 器 对 水泵 房 设 备 运 行 实行 在 线 监 控 ， 自动 、 手 动控 制水 泵 的启停 及 闸阀 的开 、 关 ， 并 具 有 自诊 断功 能 ， 可 实现 泵房 的无 人值 守 。 ( 2 ) 集 中控 制 器 采 用 S 7 3 0 0系 列 工 业 级 P L C 及先进的过程控制软件 ， 综合考虑矿井各种安全信 息 ， 实现井 下 排水 监控 系统 的最 优控 制策 略 ； 井下 排 水监控系统的报警 、 信息显示、 报表统计处理全部融 人 整 个矿 井监 控 系统 的数据 系 统 。 ( 3 ) 根 据水 位 控 制 原 则 和 “ 移 峰 填 谷 ” 原 则 ， 确 定 开 、 停水 泵 时 间 ， 自动实 现水 泵 的轮换 工作 。 ( 4 ) 控 制系 统通 过 以 太 网接 人 矿 井 工业 以太 干 网 ， 实 现水 泵监 控 子 系 统 与全 矿 井 的监 控 系 统 信 息 共 享 ， 满足 全 矿井 自动 化控 制 的要求 。 4效果分析 系统 自安 装运 行 以来 ， 实 现 了 2个 主要 排 水 泵 房 的 自动 化 运 行 ， 能 够 实 时 监 测 水 泵 各 工 况 参 数 ( 如水 位 、 流 量 、 电 压 、 电 流 、 压 力 、 温 度 、 真 空 度 、 闸 阀开启度等 ) ； 可对水泵 电耗 、 效率 、 运行工况点 等 进 行 分析 ， 确保 大 泵 经 济 运 行 ； 当水 泵 出现 故 障 时 ， 能够及时报警 ， 并能够 自动开启备用水泵 ， 不能满足 排水 能力 时 ， 根据 水量 情况 自动 确定 开启 水泵 台数 ， 并 能 依据 正常 运行 数 据 判 断 当前 数 据 是 否正 常 ， 进 行事 故预 报警 ； 还 能与 矿井 调度 系统 联 网 ， 实 现远程 检测 监控 ， 并 通过 防爆 摄像 头监 控泵 房运 行状 况 。 5 结语 平煤 股份 十矿 通过 实施 主排 水泵 房设 备 的综合 自动 化改 造 ， 实现 了矿井 主要 排 水 系 统 的管 、 控 、 监 一 体化， 达到了经济合理运行水泵的目的， 提高 了十 矿排水系统 的安全可靠性和 自动化水平 ， 并节约 了 大量的人力物力， 延长了大泵 的检修周期 ， 实现了经 济 运行 。 参考 文献 ： 1 李胜旺 ， 吉贵堂 矿 井中央泵 房水 泵 自动化 的实现 J 煤炭 工 程 ， 2 0 1 1 ( 9) ： 2 5 - 2 7 2 张文丽 ， 杨春稳 煤 矿主排水 自动化控制 系统的研究 J 煤 矿 机电 ， 2 0 0 4 ( 4 )： 1 3 3 李明军 ， 章俊 ， 赵玉珍 井 下水泵 自动控 制系统 的应用 和管 理 J 煤矿机 电， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 7 5 _ 7 7 ( 责任 编辑 ： 刘 欢欢 ) ( 上接 第 9 0页) 渗 漏油 现象 ， 否则 应及 时排 除。 操纵控制柜上电涡流测控仪对钻机进行加 载， 模 拟钻机工作 的工况点。打开计算机 内软件 ， 用 鼠 标 点击 开始 测 试按 钮及 取点 ， 进 行 曲线绘 制 、 停止 测 试等操作。测试结果见表 1 。 表 1试 验 台测 试 结果 5 结 语 通 过现 场使 用 ， 该 试 验 台结 构 简 单 ， 操 作 简 便 ， 实现了远距离连续加载 ， 计算机实时显示测量参数 ， 自动化 程度 高 ， 测试 准确 ， 避 免 了人 工 读 数 误 差 ， 并 采 用 开放式 数据 采 集 系 统 总 线 ， 尚可 根 据需 要 进 行 扩 充 和升级 。同时 ， 通过 加载 实验 ， 还 可 以考查 钻机 理论计算强度是否合理 ， 有无变形产生 ， 运转情况 ， 对转矩 、 转速、 机械效率等系列参数进行精确测定 ， 加 大 了钻机 的设 计 范 围 ， 对 进 一 步 提 高 生产 质 量 具 有 重要 意义 。 参 考 文献 ： 1 徐强 ， 程立 同 ， 盂 铮， 等 气 动锚杆 钻机试 验 台的设计 与应 用 J 煤矿机 电， 2 0 0 2 ( 6) ： 2 1 - 2 4 2 龙培 ， 胡 军科 一种 全液压钻 机进 给系统 的设 计与应用 J 液 压与气动 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 3 1 3 张志平 液压钻 机试 验 台的设计 和应 用 J 机械管 理开 发 ， 2 01 3( 1)： 1 1 9 4 煤炭科学研究 总 院西安分 院 MT T 7 9 0 -2 0 0 6煤矿 用坑道 勘 探用钻机标准 M 北京 ： 标准出版社 ， 2 0 0 6 5 梁毓明 ， 汪锋锁 ， 刘志刚 J C Z型转矩转速传感器输出信号的处 理方法 J 计算机 测量 与控制 ， 2 0 0 5 ， 1 3 ( 1 1 ) ： 1 2 9 6 1 2 9 9 6 程京平 ， 祖炳 洁， 郑 明军 ， 等 电涡流测功机 的原理与应用 J ， 石家庄铁道学院学报 ： 自然科 学版， 1 9 9 9 ( s 1 ) ： 7 7 7 9 ( 责任 编辑 ： 刘 欢欢 ) 1 01