PLC在唐山矿705泵房改造主排水控制系统的应用

蔡国利

（开滦唐山矿业分公司，河北 唐山063000）

1 系统主要功能及特点

1.1 基本功能概述

根据工况设定，以及时间、水位、煤矿用电负荷等参数自动开启、停止水泵的运转，并能实现泵阀的联锁启动，对运行中的各种参数进行实时监控，通过接口向上传送数据。

①地面计算机统计出每天矿井的用电负荷情况，确定用电高峰、低谷时间，并将参数传给本机；或在本机上根据统计出的时间进行设定。

②根据所监测的水位信号，设定出低水位、高水位和上限水位信号。

③低水位时停泵；高位1值时，首先对电网的负荷进行检测，若处于用电低谷时，立即起动水泵，若处于用电高峰时，则暂缓起动，当水位继续上升至高位2值时，则不论电网负荷如何，立即起动水泵；当水位继续上升到高位3值时，则表明起动的水泵台数不足，立即起动备用水泵，以最大的排水能力来排除矿井涌水。

④系统可自动或手动选择以实现备用泵的循环启动和停止。

⑤将本机工作方式转为“地面控制”时，各水泵由地面主机控制。

⑥当运行的水泵出现轴承超温、开关柜故障、流量不够时自动停止运行并提示、报警。

1.2 控制方式

每台水泵设置遥控/就地手动控制两种工作方式。

a、遥控：接受来自矿井综合信息自动化系统的起动和停止指令。

b、就地控制（主要为检修）：此方式为操作人员在水泵房起、停水泵，但是每个就地控制箱上的停止按钮在任何工作方式下都起作用，以便工作人员发现问题及时停车。

1.3 控制功能：

自动控制：在地面中央控制室的工业控制计算机上进行控制，控制主机选用国际通用的性能价格比优的工业控制主机，主要完成以下功能：

a.工作泵的选择及备用泵的切换：根据水仓水位信号，开、停预选水泵，并能自动轮换开、停水泵，以防止备用泵长期不用而使电机受潮或有其它故障而未及时发现，做到有故障早发现、早处理。当工作水泵故障时，PLC系统可以自动切换到备用水泵，保障矿井的安全；同时切除的水泵可以进行检修，不影响其余水泵的运行。

b.完成对各单机控制系统的所有参数的采集，在控制计算机上可显示以下参数及信号，并对相关事件记录：

电机电流及电压；水仓水位信号；出水管压力和流量；电机及轴承温度；水泵正常运行信号；故障信号（包括高压柜、软起动柜等）、电机定子及轴承超温等各种报警信号（声光显示）；各种阀门到位信号显示完成用户要求的排水自动化功能。

水泵起动前的条件：管道中有存水(管道压力变送器检测)，水泵出口电动闸阀全闭（1C~3C）；抽真空射流泵或注水装置进出口电磁阀全闭（1a、1b、1c~3a、3b、3c），排水管道上的电动闸阀全闭（1A、1B~3A、3B）。

水位自动监控：水位自动监控时根据水位的高低自动准确地发出开、停泵指令。水位传感器选用高可靠性、高准确性的超声波液位计；当水位达到高位1值时，首先对电网的负荷进行监测，若处于用电低谷时，可以立即起动，若处于用电高峰，则暂缓起动。当水位继续上升至高位2值时，则不论电网负荷如何，立即起动水泵；若水位继续上升到高位3值时，则表明起动的水泵台数不足，立即起动备用水泵，以最大的排水能力来排除矿井涌水。不论起动几台水泵，只有水位下降到低位时方可停泵。

自动注水起动：无底阀，当水仓水位达到高位限值时，PLC程序自动发出开泵指令，首先开启抽真空射流泵进出口电磁阀（1a、1b、1c~3a、3b、3c），然后开启排水管道上的电动闸阀（1A、1B），利用管道中存有的积水，通过射流泵形成射流，依靠射流的吸力使泵内形成真空，靠大气压力将吸水井内的水压入泵体，当压力达到设定值时即泵体充满水后，即可自动起动高压电动机，并监测水泵出口压力，达到额定值后，自动开启出口电动闸阀（1C），完成水泵的自动起动过程；停泵过程：当水仓水位低到低位限值时，PLC程序自动发出停机指令，首先关闭出口电动闸阀（1C），防止水锤冲击水泵，电动闸阀关闭到位后自动停止水泵电动机，此时电动闸阀全闭（1A、1B），为下次开泵作准备。

水泵主回路起动过程：水泵起动前的条件满足后，接通高压柜和软起动柜，接通智能切换柜相应水泵回路；当软起动器起动水泵达到额定转速后，断开该起动回路的智能开关柜内的真空接触器，延时0.5秒接通相应水泵的正常供电开关柜内的真空断路器，完成水泵的软起动过程。

1.4 通信

PLC系统具有远程通信接口，可以方便的挂接到矿井综合信息自动化系统，以实现与地面即时数据通信，并接受来自地面指挥控制中心发出的控制指令。

1.5 保护

电气保护：取给电动机供电的高压开关柜的电气电流、电压信号及相应的故障信号送入PLC系统，由PLC系统计算、判断电动机的工况。

超温保护：电动机的定子和轴承设有温度传感器，PLC系统接受其输出信号，当温度超出允许值时，使水泵停车。

漏水保护：如漏水严重，在规定的时间内不能向水泵注满引水（压力变送器检测真空值），通过漏水保护装置阻止本台水泵起动，改为起动下台水泵。

流量、压力保护：水泵起动后或正常运行中，如流量或压力达不到正常值，通过流量、压力保护装置使本台水泵停车，改为起动下台水泵。

根据实际需要也可以从自动控制方式切换到手动控制方式。此方式下操作人员在操作台上人工手动控制。

现场编程：用户可在现场通过面板上的键盘对程序或仪表参数进行修改。

组网功能：该分站与水窝排水控制器一起挂接在中央变电所的网络交换机上，通过交换机与全矿综合自动化系统连接。

水泵运行计量/时间/运行统计：在地面控制站上应可分别对每台水泵的运行电耗、工作时间等进行统计，便于管理人员及时掌握每台水泵的工况。

图形曲线显示：在地面控制站上可实时显示各设备运行图。并提供开放式的图形制作软件，用户可随心所欲描绘各种动态图形、静态图形，同时支持多种图形格式（Bmp、Jpg、Gif、Icon、Avi等等），图形画面具有链接功能，可以很方便地切换其它画面显示。可显示实时曲线，可显示年、月、日各时间段的历史曲线和具体数据表。

实时报警/报警记录：在现场PLC控制台上可汉字显示各故障信息并报警，在地面控制站上可显示现场单元当前的报警信息以及保存的报警记录。

2 使用效果

705泵房直排地面担负全矿排水，那么，公司井下未来排水泵房可以停止使用的泵房有：中央排水系统有12L、11L和9L三个排水泵房，对角排水系统有501、7L22两个排水泵房。总计可节省5个水泵房的人员45人，按每人工资每年1.5万元计算每年可节省67.5万元。

按现在井下涌水量计算取消5个水泵房后每年可节省电费：

9L水泵房每年可节省电费：683.62万度×0.42元=287.12万元；11L水泵房每年可节省电费：978.27万度×0.42元=410.8734万元；12L水泵房每年可节省电费：28万度×0.42元=11.76万元；501水泵房每年可节省电费：533.19万度×0.42元=223.9398万元；7L22水泵房每年可节省电费：678.49万度×0.42元=284.9658万元；5个水泵房加上705水泵房现在每年电费，总计每年可节省电费：1218.659万元+105.5124万元+67.5万元=1391.6714万元；705水泵房现在每年电费251.22万度×0.42元=105.5124万元。改造后705水泵房现在每年电费：矿井最大涌水量时5台泵；每台泵1600千瓦工作10小时；按一年365天算所以5×1600×10×365=2920万度；2920万度×0.42元=1226.4万元；所以改造后705泵房每年可节省电费：1391.6714-1226.4=165.2714万元。

[1]刘生建,邱晓芬.基于PLC矿井排水控制系统的设计[J].矿山机械,2006-08-10.