热水仓泵房自动化改造研究与应用

徐志凡

（平顶山天安煤业股份有限公司八矿，河南平顶山 467012）

热水仓泵房自动化改造研究与应用

徐志凡

（平顶山天安煤业股份有限公司八矿，河南平顶山 467012）

随着科学技术的迅速发展，可编程逻辑控制器技术也随之完善，而且在煤矿中的应用更加广泛。本文针对矿井热水仓泵房现场情况及其特点，采用自动化技术、网络通讯技术给出了一种改造的方案并实施改造，系统具备就地及远程的监测监控，并且实现了“避峰填谷”的自动运行；系统可以与全矿自动化系统进行联网，作为全煤矿自动化系统的重要组成部分。

热水泵房 自动化系统 PLC

平煤股份八矿二水平热水仓泵房主要担任地面热水蓄水池供水任务，自泵房至地面热水蓄水池敷设一趟Φ250×10主排水管路，排水高度为850米，排水管路地面出口与分水包相连接，平时分水包其他分支管路闸阀关闭，来水只排往热水蓄水池。泵房内安装2台水泵，扬程930米；水泵配用电机型号为YB2-5604-4，额定电压6000V，额定功率1800KW，采用电抗器一拖一式启动。泵房内2台水泵采用一套射流系统引水，射流水源为两路，分别为清水水源和泵房主排水管路引出水源。每班一般只开一台水泵，运行约1.5小时。当前系统启动水泵条件：当地面蓄水池水位低时，电话通知井下热水仓泵房开泵；停泵条件为：地面通知停泵或热水仓水位低时停泵。当地面蓄水池水位高且热水仓水位也高时，关闭井下热水源主管路到热水仓分支管路上的闸阀，以使热水排往二水平中央泵房水仓。系统初建时未进行自动化方面的设计，缺少集中监控系统，改造前所有阀门都为手动阀门，缺少监测监控数据，施行就地手动按钮控制。现场职工劳动强度大，系统故障率高，效率低，系统不稳定。针对这种情况，提出进行自动化改造，进行集中监测监控。

图1 井下监控单元结构图

1 系统建设方案

系统建设的总方针是立足自动化、信息化大前提，保证系统的先进性、安全性、可靠性，安装、使用和维护方便简单，将热水仓泵房套集控系统建设成为技术先进、稳定可靠、利用率高的煤矿排水监控系统，为矿井安全、高效、节能生产做好基础。

（1）将PLC控制系统、计算机网络通信技术和排水控制系统结合，实现以“集中控制为主，就地监测为辅”的控制模式，保证系统技术方面的先进性。（2）保证自动排水系统运行的连续性和可靠性，系统连续可靠运转时间达到360天/年以上。（3）实现泵房无人值守、全自动化运行，具备“避峰填谷”智能控制功能，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。（4）实现地面对主排水系统设备的多点位信息传输和集中监测监控，具有在线监测、分析及完善的保护和报警功能。（5）调度监测中心计算机可以对排水系统的运行管理、事故跟踪与处理、打印各种运转日志报表。（6）采用国际流行的组态软件IFIX，动态画面美观，修改灵活，数据保存时间长。（7）排水系统自身设计标准的以太网接口，提供标准TCP/IP协议数据，系统采用B/S结构，运行的主要参数可以通过局-矿局域网络，在集团公司和矿调度室浏览。

2 系统结构

热水仓泵房监控系统设计由四部分组成：地面监控中心、网络传输平台、泵房监控单元及地面水池监测单元。

2.1 地面自动化控制中心

地面监控站设置在地面自动化控制中心，通过工作站对井下泵房相关设施进行集控和监视。

2.2 网络传输平台

利用工业以太网作为井下泵房监控系统的主干网，实现泵房相关设备控制及监测信息的传输通道。

2.3 泵房监控单元

井下监控单元由井下监控主控站及信号采集装置、传感器等组成，主控制站作为井下控制部分的通信核心，完成分站监控信息与地面控制中心的监控信息交互传递；同时，通过在现场的操作显示屏，为井下巡检人员提供整个系统的运行工况。

2.4 地面蓄水池监测单元

地面蓄水池监测单元作为系统的一个监控分站，实时监测蓄水池水位，来水管路流量和出水温度，同时将数据传送至主站作为控制的重要依据。井下监控单元结构如图1所示，系统整体设计在泵房设置了一个通讯主站，该监控主站可兼作本泵房设备的控制单元，地面控制中心的控制指令通过以太网下达到 通讯主站与分站，由其控制热水仓泵房监控系统的相应动作。系统网络通信结构如图1所示：

3 系统功能

系统可以根据监测到的信号判断水泵的工作情况，故障时能及时发出语音报警信号，并根据工作类型停泵；设计了自动、手动操作控制方式，在自动控制中可实现无人值守全自动运行或在上位机通过鼠标键盘完成操作，在手动控制中可实现自动控制故障或退出集控时在机房操作箱上操作。系统实现对各种运行参数自动采集，根据水仓水位和用电时段进行“避峰填谷”自动工作。在地面调度监控中心可完成对水泵控制的各种操作，系统能与矿井综合调度系统无缝连接，实现数据的共享。具体表现以下几个方面：

3.1 自动控制功能

系统根据工况设定，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起动，对运行中的各种参数进行实时控制，通过接口向上传送数据。

地面计算机统计每天矿井的用电负荷情况，确定用电高峰、低谷时间，并将参数传给本系统控制主机机。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。每台水泵设置运行、备用和检修三种工作方式，该方式可以在本机上设定或地面主机设定。泵房根据以上设定和程序编制可实现“避峰填谷”全自动化运行：当水位达到高位或不在高位而处在用电低谷时间内，将自动启动运行泵。当水位达到高位或不在高位而处在用电高峰时间时自动停泵。当水位到上限水位时，自动启动运行泵及备用泵，直到水位低于高位时停止“备用泵”只运行“运行泵”，当达到低于或不在高位而处于用电高峰时间内时自动停泵。

系统可自动或手动选择以实现备用泵的循环启动和停止。将本机工作方式转为“地面控制”时，各水泵由地面主机控制。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。

3.2 手动控制功能

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，系统采用手动操作时，由工作人员根据生产需要以及设备状况操作控制箱上的按钮完成设备的启动、停止。

3.3 单机自动控制

地面监控主机将工作方式切转到单机自动时，可在地面监控主机上单独控制系统中的各设备，此时各分站仍处于自动状态，当保护信号动作时仍报警停机。

3.4 就地紧停功能

不论在何种控制方式下，均可在通过紧停按钮来停止运行该设备。

3.5 组网功能

该分站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。

3.6 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。

3.7 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，用户可以描绘各种动态图形、静态图形，同时支持多种图形格式，图形画面具有链接功能，可以很方面地切换其它画面显示，可显示实时曲线，可显示年、月、日个时间段的历史曲线和具体数据表。

3.8 实时报警/报警记录

在现场PLC控制器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。

3.9 视频监控功能

在井下水泵房装有摄像头，实时拍摄现场水泵运行状况，通过网络传输形式将泵房现场监测的图像传输到地面进行显示、监控，系统接入硬盘录像机，能够将各时段的运行录像保存在硬盘里。

3.10 其他功能

根据热水仓的高温特点，系统所用设备耐高温、耐腐蚀；同时在泵房设计安装了烟雾、室温及水温的监测。

4 结语

结合现场实际情况，本文给出了煤矿热水仓泵房实施自动化改造的方案，在原来的设施基础上进行自动化改造，以使设备在无人干涉的情况下自动运行。系统对设备的运行状态、运行过程进行自动检测、自动控制，使设备达到最佳工作状态，从而达到有效地节约能源、降低劳动强度、降低运行成本和延长设备使用寿命等目的。系统运行六个月以来，稳定可靠，完全满足现场需要。

［1］高林.煤矿井下排水系统的研究与开发［D］.太原：太原理工大学，2007.

［2］张大鹏，金强.矿井主排水泵自动化控制的研究［J］.煤矿机械，2007.

［3］谭国俊，韩耀飞，熊数.基于PLC的中央泵房自动化设计［J］.工矿自动化，2006.

［4］陈祥思，王磊.西门子自动化产品在煤矿中央泵房自动化控制系统中的应用［J］.控制系统，2009.

［5］李瑞.井下排水系统的检测与控制研究［D］.太原：太原理工大学，2006.

With the rapid development of science and technology， programmable logic controller technology will be improved， and more extensive application in coal mine. According to the mine water sump pump field and its characteristics， the automation technology， network communication technology has a transformation plan and implement transformation system， with local and remote monitoring， and the implementation of the "automatic peak valley"； system can be networked with mine automation system， as an important component of part of the whole coal mine automation system.

Hot Water Pump Room Automation System PLC

徐志凡（1975—），男，河南柘城人，本科，毕业于中央党校函授经济管理专业，工程师，现就职于平顶山天安煤业股份有限公司八矿。