井下排水自动控制系统应用

摘要：介紹了井下排水系统集中监测的意义，根据水泵房现场情况以及水泵在线监测与集控系统的功能需求，设计了一种井下排水自动控制系统，从而达到远程监测与控制的目的。

关键词：井下排水系统;集中监测;远程控制

1 井下排水系统集中监测的意义

（1）在地面集中监测控制水泵，减少现场人员，进而降低人员伤亡的可能性;同时，改善工人工作环境，提高安全系数，确保职工人身安全。

（2）实现现场无人值守和定期巡检，可减少看护人员，有效降低人员成本;实现设备自动控制，减少员工工作压力。

（3）按期巡检，变被动事后修理为主动按期修理，提高设备利用率及设备维护效率，避免不必要的故障发生。

（4）通过全面的数据监测，对水泵、电机等设备进行有效保护，避免人工操作失误，延长设备使用寿命。

（5）根据水池液位开停水泵，有效增加水泵运转时间，减少运营资金;可利用调整水泵的启停时间，避开用能高峰期，“躲峰用谷”，节约电量开支。

（6）通过集中、全面的数据采集和监控，提高人员对设备的故障分析、判断能力，减少停机事故，提高排水能力。

（7）实现数据共享，报警联动，加强调度管理，提高调度管理能力，减少矿井灾难发生。

（8）为自动化体系搭建一个高速、安全、牢靠的管理平台，发挥自动化体系的综合管理功能;实现金厂峪管控一体化，提高金厂峪的安全生产调度管理水平。

2 水泵房现场情况

（1）该水泵房为在建水泵房，水泵房主要由2台380 V、110 kW的电机和2台型号为160DL-100-75的配套离心立式水泵组成，水泵排水量为100 m3/h，扬程为160 m，功率为75 kW。

（2）每台离心泵利用回水管道灌水，出口直径为168 mm。

（3）水泵出口需配备远传数显压力表。

（4）2台主泵共用1个水仓，水仓深度在5 m左右。

3 水泵在线监测与集控系统需实现的功能

（1）常规参数近程/远程实时监测功能，实现近程/远程实时双重显示，主要实现以下参数监测：1）每台水泵电机电流、电压、功率等电参数监测;2）出口压力、排水流量、水仓水位监测;3）电机轴承温度、水泵轴承温度监测;4）电机、水泵、阀门状态监测。

（2）实现故障实时监测与报警处理：1）每台水泵电流异常、电压缺相等电参数异常;2）出口压力过高异常;3）轴承温度过高异常;4）水仓液位过低、水仓液位过高等异常报警;5）电机、水泵、阀门状态异常报警。

（3）实现每台水泵远程/近程集中控制，实现现场无人值守：1）实现集控、就地互锁操作;2）实现近程/远程互锁操作;3）实现自动/手动互锁操作;4）实现PLC控制降压启动，稳定运行;5）实现手动/自动模式运行，手动模式互相独立运行，自由启停;6）实现自动模式智能启停，智能运行。

（4）实现远程组态，动画模拟现场水泵实时状态，远程还原水泵实际运行状态。

4 系统结构组成及控制原理

整个泵站远程集控系统由以PLC为中心的控制柜、各种传感器、现场显示仪表以及传输线路组成，在现有电控系统基础上，现有水泵、电机及主管道连接不变动的情况下，对最小的辅助管道进行改动，增加各种传感器及辅助检测装置，以最经济、最安全、最稳定的控制方案，实现远程集中控制，实现井下无人值守。

本系统在每台主泵启动时，利用潜水泵对两台主泵进行灌水;利用水满检测装置，监控灌水状态;将现有水泵启动柜与PLC控制柜启停互锁，利用原动力柜进行启动;采集原动力柜的三相电流、三相电压和有功功率等电气参数，传输至PLC控制箱，各种传感器参数也传至PLC控制箱，由PLC控制箱进行决策控制，同时，通过通信接口与地面主控站相连，在主控站进行组态。水泵房水泵监测现场系统如图1所示。

5 系统组态实现的主要功能

（1）水泵操作分为现场操作（近程操作）和远程操作，近程操作和远程操作都有自动和手动两种操作方式，转换灵活，使用方便。

（2）自动管理水泵房的水泵组，达到自动启泵、自动停泵的全自动无人值守目的。

（3）实时在线监测水泵各工况参数，包括水仓水位、管道流量、运行电压、运行电流、电机功率、出口压力、轴承温度、水泵运行状态等。

（4）通过对电参数（如运行电流、运行电压）进行分析，判断水泵的运行状态，针对水泵不上水、缺相、电流/电压异常等状况，及时报警并停机。

（5）通过对水泵的功率、效率、电耗、工况点等进行分析，可调整开停机时间，避开电力负荷高峰期，削峰填谷，节约电费开支，确保经济运行。

（6）通过对出口压力、轴承温度、管道流量等参数的分析，判断水泵是否出现故障，若是，及时报警。

（7）当主水泵出现故障时，能自动开启备用水泵;当一台泵不能满足排水需求时，根据涌水量，自动确定开启水泵的台数。

（8）系统根据水池液位，可结合分时计费和“躲峰用谷”原则，决定水泵的开停时间。同时，根据液位控制水泵，实现两台水泵相互轮流使用。

（9）操作站上的监控软件以水泵房现场为原型，一对一动态显示水泵、阀门、水流的运行状态以及各个仪表的数据参数。

（10）具有完善的参数设置、数据查询和报表处理系统，可随时根据客户运行要求，修改系统配置参数，查询水泵运行数据，打印水泵运行报表。

（11）具有完善的操作权限管理系统、故障报警处理系统、现场及远程联锁控制系统，使系统运行更安全。工控机组态如图2所示。

6 结语

本文主要阐述了井下排水自动控制系统的应用情况，在无人值守的作业环境下，该系统利用各种仪表、变送器监测水泵运行状况，模拟现场管理，以PLC为核心集中进行数据分析，利用光纤技术传送信号，实现远程在线自动控制水泵，提高了操作安全性，降低了人员成本。

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收稿日期：2020-06-01

作者简介：李岳明（1985—），男，河北石家庄人，工程师，研究方向：工业自动化控制。