煤矿井下自动排水系统

吴红磊

【摘要】本文主要描述PLC控制井下大泵房实现远程自动排水，可根据情况对泵房用电实行避峰谷，利用各个传感器进行故障判断、水位监测、实時报警音响和视频对泵房水仓实时监测，水泵需要开启与停止时可根据传感器自动判断，并通过地面远程实时监控、数据存储及报表分析等功能最终实现井下泵房的无人值守。

【关键词】自动排水；遥测、遥控；泵房无人值守

中图分类号：TD2

文献标识码：A

文章编号：1006-0278（2015）04-094-02

一、系统概述

中国平煤神马能源化工集团有限责任公司六矿年产量400万吨，为达到全国矿井自动化数字化建设目标，实现井下排水系统自动监测监控，要求井下四个泵房实现自动化，每个泵房两个运行泵，一台备用泵进行改造，改造后的泵房排水系统具有技术先进、稳定可靠、利用率高，并对煤矿安全、高效、节能生产打好坚定的基础，最终达到节能降耗、无人值守、遥测、遥控的目标。

该排水系统采用西门子PLC S7-300系列，主要对排水系统设备的控制、传感器实时监测，具有对现场设备数据采集，传感器状态位，远程控制时故障显示、实时报警并记录等功能。

二、原有排水系统概述

目前，中国平煤神马能源化工集团有限责任公司六矿井下水泵房使用的仍然是传统的人工操作排水系统，以离心式水泵系统为主。这种排水系统的操作以离心式水泵的工作特性为基础，泵站的起停时间判断，完全依赖于工人的经验和已有的操作规程。当水仓水位到达设定的高水位时，工人打开射流泵（或真空泵），为水泵抽真空，同时观测真空表的读数。真空度达到要求后，起动水泵机组，使水泵运转。当水泵出水口压力表读数达到要求时，开起闸阀进行排水，同时关闭抽真空的射流泵（或真空泵）。

停泵过程要进行相反的操作。当水仓积水降至低水位时，先将闸阀关死，再停水泵机组。

根据现场涌水量的不同，工人还要判断同时投入几台水泵工作，以便于既能及时排出积水，又能使泵站合理使用，避免过度频繁的起停。

其存在的问题有如下几点：

1.效率低、可靠性差。这种排水系统的工作流程完全由手工完成，工人按部就班的完成各个执行件的操作。另外，对水位、涌水量大小等现场数据的判断依赖于工人的经验。作业过程比较复杂，要求工人具有很强的责任心，否则可能出现误操作，甚至发生大的事故。

2.工人劳动强度大。人工操作无法避免高强度的劳作。尤其是闸阀的操作，劳动量最大。而且，水泵房要时时有人值守，以便在发生异常情况时，及时报警检修。

三、自动控制系统架构

本系统采用“PLC主站+显示屏+操作按钮箱”模式架构，实现“地面主控、井下辅控”控制模式。系统采用自动、半自动、手动三种控制模式，其中自动和半自动分为两种：井下操作台自动/半自动集控和地面调度室自动/半自动集控。三种控制模式可以自由切换，在自动控制方式下可实现在线实时监测水仓水位，自动启停水泵，故障自动报警等。系统可分为地面控制平台、工业千兆以太网、泵房内主控制系统。（见图1）

地面控制平台：一主一备工控机，打印机，实时监测监控组态界面功能可显示水泵开停过程、水仓液位、传感器状态位、流量和电流电压，报警提示音响和摄像仪画而显示。

工业千兆以太网：工程师站一台交换机、井下环网平台、利用100/1000M工业以太网，将PLC控制台的实时监测监控数据上传至地面工程师站，工程师站发出的命令经过环网平台实时发送至PLC控制台，实现双向数据实时交换。

泵房内主控制系统：井下PLC控制台、井下集中控制操作台、本安型爆摄像仪、泵房内设备及传感器等，通过PLC控制台对泵房内设备及传感器进行实时数据采集与控制，井下操作台可显示水泵运行状态，故障指示，水泵开停过程、水仓液位、传感器状态位、流量和电流电压，操作台具有远控/近控、自动/手动/检修模式旋钮可对设备进行远程/现场操作转换。

四、系统功能

本系统有地面实时监测监控工程师站、井下集中控制平台、实时数据采集和水泵流程显示及设备保护状态位等主要功能。

1.地面实时监测监控工程师站：工程师站具有密码确认功能，不同的人员具有不同的账号密码与操控权限，操作员只具有对泵房软件的监控，故障查询，实时监测等功能；软件维护员权限是最高权限，除具有操作员所有功能外，还具有软件编译、升级，对现场设备更改后的重新组态等功能。（见图2）

2.实时监测可对水泵的运行状态、电流、电压、水仓水位、管道流量、闸阀开度、正压、负压、电机温度等参数进行实时画面显示；并实时显示水泵各类故障、报警和报警查询：当有报警发生时，软件的实时报警会在报警音响上语音提示，可提醒操作员水泵的故障原因，并将故障存储于报警系统中，维护人员可通过报警查询查询到当前报警和历史报警记录。系统动态模拟显示，采用图形、趋势图和数字形式直观地显示趟管路的瞬时流量及累计流量、水泵轴温、电机温度等动态值，超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据。

图形曲线显示：在地面控制站上应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，图形画面具有链接功能，可以很方便的切换其它画面显示。可显示实时曲线。

实时报警/报警记录：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。要具备各种保护功能，包括超温、流量、电动机故障、电动闸阀故障等保护，同时具有语音提示功能。通过地面集控中心的工程师站客户端能够实现对泵的启停控制。

3.井下集中控制功能

系统有三种工作方式：自动方式、半自动方式和手动方式。水泵系统的运行控制方式是由泵房就地操作台上面的方式开关决定的。本路水泵系统的就地操作台上的方式开关有“近控”“远控”“半自动”三挡；当操作台方式在“近控”位置，不管PLC方式在进行什么操作，本路水泵系统为就地控制方式；操作台方式在“远控”位置，则可进行远程操作，具体操作由上位机选择无人值守还是人工点击鼠标完成操作任务。半自动时由就地操作台上的按钮选择，这个时候属于智能控制，只需一个按钮即可完成单台水泵的流程控制。

实时监测数据与设备保护功能及水泵操作流程：实时监测数据主要有电机电流、电机温度、水泵轴温、闸阀开度、正压、水仓水位、排水管流量、真空度；闸阀限位状态、电机运行反馈、故障点并带有语音提示功能。

该系统设备保护有3种，电流保护在开启水泵时如果水泵电流超过限值，可立即将水泵停止运行；失水保护在开启水泵时，如果发现水泵不上水造成空转水泵即可停止运行；流量保护在水泵开启后，如果没有流量或者流量小于程序设定的限值，水泵也会立即停止运行。

五、总结

该集控技术在本矿成功研制和应用，此次安装具有设计，创新机电工程技术设计思路，减少管理环节，技术设计符合现场条件，运行效果有较为明显。投入运转以来，运行基本正常。为集团公司大力发展数字集控技术奠定坚实的基础。证明此设计方案有很高的推广使用价值。系统投入运行至今，运行非常可靠，提升排水能力，降低了故障率，保证自动排水系统运行的连续性和可靠性，系统立足建设无人值守泵房的总目标，同时提高节能效率和管理水平，减少操作人员和工人的劳动强度，为今后矿井生产综合自动化打下良好基础。

参考文献：

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