矿井主排水泵远程自动监控技术的应用

王延祥

0 引言

利用自动监控技术在国内外一些科技型企业电气控制中广泛应用的经验，笔者对其应用于矿井主排水泵控制系统进行了研究，从而对章村矿主排水系统进行了远程自动监控技术改造。该技术首先在该矿三井中央泵房成功应用，并在四井－200 m水平泵房和24采区泵房得到推广，实现了井下集中控制和地面上位机远程控制，自动动态监测运行参数，数据可利用光纤通过工业以太网传送至管理层办公室计算机，从而扩大了监控范围，提高了矿井的综合自动化和信息化水平。

1 自动监控系统概述

自动监控系统主要由PLC控制器、流量计、压力传感器、温度传感器、接触器、变送器等组成。水泵自动监控系统是通过可编程控制器、微机控制器、Win CC组态软件对排水系统中的水泵机组和管路阀门进行控制，集排水监测控制和电机开停及阀门开关管理于一体的机电一体化系统。通过改造，系统的稳定性、可靠性及自动化程度都有所提高。系统接线示意图如图1所示。

图1 系统接线示意图

2 系统功能

系统设备主要有集中控制台、电源箱、就地控制箱和上位机等。集中控制台、电源箱放置在泵房内集中控制硐室，就地控制箱放置在泵房内水泵控制现场（常固定在泵房墙壁上）。集中控制台主要有显示和控制功能，这些功能由可编程控制器采集外部信号并通过程序运算来实现。可编程控制器采用PLC控制，运算速率高、稳定性好。

（1）通过可编程控制器能够自动采集、显示水泵和闸阀的各种运行参数。（2）系统能够根据水仓水位、工作制及负荷情况控制水泵自动工作。（3）可编程控制器能够通过监测水泵现场的各个信号，判断水泵的工作情况。当系统故障时发出警报信息，并根据故障类型判断是否停止水泵运行。（4）可以自动、手动、就地控制水泵的启动和停止以及闸阀的开关。（5）系统的上位机（地面远程监控室）可完成水泵控制的各种操作，并监控水泵的运行参数和闸阀的动作情况。（6）每台水泵都设有就地控制箱，可在检修方式下就地开停水泵及相应的闸阀。（7）系统具有现场可编程、PLC输入输出点数可扩展、显示操作方便等特点，可通过RS485或工业以太网接口模块与网络交换机连接。（8）控制系统具有较强的抗干扰能力，自动显示故障信号和系统信息。（9）系统的主要监测信号包括：各台水泵的开停信号，各只闸阀的开关位置信号，排水管流量，水仓水位信号，水泵的负压值、正压值，电动机温度及电动机轴承温度信号、电压、电流等，同时备有高清摄像头监视现场情况。（10）系统的控制信号包括：电机的开停控制、闸阀的控制及射流泵闸阀的控制。

3 系统的控制方式及其原理

系统控制方式分为自动、手动、检修（就地）3种，主要监测的参数有水泵的控制方式、水泵轴温、水池水位、管路压力、管路流量以及闸阀开关到位情况等。

3.1 自动控制方式

根据现场设定时间、水位以及用电负荷等参数自动开启、停止水泵的运转，并能实现水泵和闸阀的联锁启动，对运行中的各种参数进行实时监控，通过工业以太网传输至上位机。具体操作如下：首先在操作台选择某个泵工作方式转换开关，将工作方式转换开关旋转至自动控制的启动条件，然后选择排水管路，如果符合条件，在上位机控制界面点击启动按钮，启动完毕后，实时监控水泵及闸阀的运行参数和水位、管路流量、压力等参数；如果水泵运行期间出现故障，它会依据监测的故障参数自动停止运行，并发出警报；若监控人员根据现场参数想停止水泵的运行，点击停止按钮即可，上位机可对各台水泵运行状况进行统计，便于上位机管理人员及时掌握每台水泵的工作状况。上位机远程自动监控主界面如图2所示。

图2 上位机远程自动监控主界面图

3.2 手动控制方式

首先在集中控制台选择要启动的水泵，并将其禁启按钮打开，然后选择该泵的工作方式，将工作方式转换开关旋转至手动控制的启动条件，选择该泵的排水管路，观察水泵的启动条件，如水仓水位等，如果符合启动条件，先按下射流泵闸阀启动，闸阀打开到位后，水流经过闸阀产生负压，依据现场水泵参数，设定水泵启动的负压值，达到设定的负压值后按下水泵启动按钮。水泵启动后监控水泵上方管路的正压值，并随即关闭射流泵闸阀到位，当水泵抽出水的压力达到设定的压力值时，开启该水泵事先设定对应管路的闸阀并到位，该台水泵整个启动过程完毕。如果关闭水泵，首先关闭该台水泵对应管路的闸阀，关到位后按下水泵停止按钮即可。

3.3 就地控制方式

就地箱安装在水泵控制现场，便于检修状态下使用。首先在就地控制操作台选择某台泵工作方式转换开关，将其旋转至检修方式，并在就地控制箱选择就地控制方式，然后按照控制台的启动方式和顺序依次启动。

4 简单故障处理思路

本系统中控制台都是通过继电器控制负载，控制箱中继电器KA1为报警继电器，KA2、KA3分别为控制继电器。当按下操作按钮设备未进行相应动作时，先检查控制箱中相应的继电器是否吸合，如继电器吸合负载不动作，检查负载电源线路是否出现问题；如继电器不动作，更换继电器后进行相同操作；若继电器仍不动作，检查PLC对应的输入点、输出点在按钮操作时是否点亮；排除PLC故障后，如按下按钮PLC输入点没有点亮，检查控制台按钮线路、操作继电器线路是否有松动虚接现象。对于闸阀，当控制箱继电器动作而闸阀不动作时，除检查对应的接触器是否出现故障外，还应检查热继电器是否断开。

5 结语

章村矿应用主排水泵远程自动监控技术后，还制定了控制操作流程及相应的注意事项，并组织水泵司机和维修工对远程自动监控技术进行了学习，确保了远程自动监控技术的顺利实施。实践证实，应用主排水泵自动监控技术后水泵在最佳工况点运行，提高了运行效率；充分利用水仓设置，为峰谷开泵节约了电价；动态自动监测设备温度、电压、电流、流量等运行参数，确保了设备安全运行；地面远程监控平台利用WinCC组态软件实现的远程操控流程简单方便，既改善了操作环境，又降低了作业强度，监控信息可传达到管理层，且可实现井下现场无人值守；上位机远程监控，一人同时监控3个泵房，省下岗位工6名，减人增效，提高了该矿的机电综合自动化和信息化水平。

［1］卜祥泉，周树志，庞科旺.煤矿井下排水泵控制系统设计［J］.工矿自动化，2007（3）

［2］熊树.煤矿井下排水泵机组无人值守自动化系统的设计［J］.煤炭工程，2007（11）

［3］陈建明.电气控制与PLC应用［M］.北京：电子工业出版社，2006