矿井主排水泵房无人值守远程控制系统的应用

王世瑞

摘要：矿井主排水泵房承担着将井下的涌水排到地面的重要任务，是保证矿井安全生产的重要场所。现在国内的矿井排水自动化水平还不是很高，直接影响矿井排水系统的安全性和高效性，而矿井主排水泵房无人值守自动化系统可以解决这些问题。鉴于此，本文提出一种实现矿井主排水泵房无人值守远程控制系统，能够实时监测矿井水仓水位和水泵运行状态，及时掌握水泵房水仓容量，以便及时进行排水，对矿井的安全生产具有重要意义。

关键词：矿井中央水泵房;无人值守;远程控制系统

实施矿并主排水房无人值守远程控制及监控可以在矿井地面控制中心通过网络远程监控水泵房各水泵的运行情况、主要的运行参数及信号，同时可根据水仓水位情况实现地面控制中心对水泵的远程开停，设定和修改水泵的运行条件，以达到对水泵的无人值守以及地面远程开停和监控。

一、系统的组成部分

系统的组成主要由地面自動化控制中心、信息传输通道、水泵房主排水系统及监控单元、水泵房真空泵自动引水装置四部分组成。

（一）地面自动化控制中心

地面自动化控制中心一般设置在调度室。控制中心设有地面水泵远程控制工作站，通过工作站可以对井下泵房排水系统进行远程集控和数据监测。主要设备有地面控制上位机，液晶显示屏、交换机、不间断电源、组态软件、集控软件等组成。

（二）信息传输通道

利用工业以太网作为井下水泵房主排水设备监控系统的主干线，用来实现井下中央主排水系统相关设备数据的实现传输。主要设备为井上下交换机、传输光纤光缆。

（三）水泵房主排水系统及监控单元

水泵房主排水系统是矿井排水的核心设备，主要由主排水泵、各类闸阀、管道、仪表等组成;监控单元由泵房控制站、信号采集装置及各类传感器组成。控制站作为井下控制部分的通讯核心，完成井下监控信息向地面控制中心传递，以达到地面控制中心的实时监控和对设备的操控。

二、系统循环功能

主排水泵自动化控制系统由排真空环节、闸阀操纵环节、水位自动监控环节、参数传示环节和故障保护环节组成。

（一）排真空环节：排水泵只有在其叶轮完全淹没于水中时，泵体内部才能造成必要的真空度实现正常排水。若真空度不够，泵内有空气存在，将会造成不上水及转动部件烧坏等故障。所以，启动前的排真空是水泵工作的重要操作项目之一。在系统中采用射流阀抽真空，使用高精度真空传感器监测真空度，用压力和流量监测作为真空度的后备保障。

（二）闸阀操纵环节：为了减少启动时的功率，水泵一定要关闭出水闸阀启动，而当水泵停止时，为避免水锤事故，必须先关闭闸阀，缓慢减小流速，最后停泵。在泵体内充满水后，先启动电动机，然后打开相应电动闸阀，停泵时先关电动阀，最后停电机。

（三）水位自动监控环节：该环节的任务是根据水位的高低自动准确发出开、停泵命令。水位传感器的可靠性和准确性直接影响整个控制系统的工作可靠性。本系统选用的超声波液位传感器，具有高精度、非接触式、非机械型、维护方便、便于安装、标定简单等许多优点。

（四）参数传示环节：在操作台的模拟屏上可模拟显示水仓水位、水泵流量、水泵压力及电动机、电磁阀和电动阀的各种工作状态。所有的监测参数及工作状态均可由井下PLC通过传输网络传送给地面控制计算机，再由计算机进行分析处理，在显示器上模拟显示，以便地面值班人员对井下主排水泵进行实时监控。

（五）故障保护环节：由于主排水泵电机容量大，耗电量高，属于矿井一级负荷。因此，对主排水设备自动控制系统的安全性、可靠性要求较高。该系统装设如下几种保护：①流量保护。当水泵启动后或正常运行中，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本台水泵停机。②电动机保护。PLC监视水泵电机欠压、过流、短路等故障，由中央变电所控制的高压开关柜的综合保护器提供并参与控制。③电动闸阀保护。由电动机综保监视闸阀电机的主要保护并参与控制。

三、系统工作模式

（一）自动控制：自动控制下，集中控制室控制所有设备，并显示各水泵及闸阀工作状况和各种故障显示。PLC采集各种信号，集中控制室按照PLC闭锁程序顺序控制水泵及闸阀的开启。由超声液位传感器连续检测水仓水位，根据吸水井的水位及其他因素，合理调节自动开停水泵及其阀门，在正常水位时，各台水泵能自动轮换工作，最大涌水及突出涌水时，自动投入必要数量的水泵运行。此方式下可实现无人值守。当水泵出现故障时，能够及时报警，并能够自动开启备用水泵。

（二）手动控制：操作人员根据水仓显示水位，人工手动开停水泵及确定开泵台数，电机及其阀门的开、停由PLC自动执行，即PLC完成单台水泵抽真空、启泵、开液压阀等自动控制，并完成运行停止。手动运行包括就地手动及集控手动两种操作模式。集控手动就是指在地面控制中心，根据现场的水位、电压、电流、压力、流量、温度等各种传感器传回来的信息，在上位机上通过操作人员来控制水泵的启停。就地手动是指通过每台泵前的操作箱，人为地对每台水泵进行启、停操作。系统在正常运行过程中，不论何种工作方式，均可实时将现场的各种参数、设备状态通过工业以太网传动地面调度室及集中控制室。

（三）检修控制：可操作任一台水泵电机、闸阀开关，可以实现不通过PLC程序完成水泵的启停，相互动作互不闭锁。检修模式下，水位、电压、电流、压力、流量、温度等所有的传感器数据的监视仍然有效，控制中心可以对井下所有数据进行监视。其中检修模式的切入，必须在井下泵房内才能进行，控制中心无法切换进该种运行模式。

三种运行模式的切换只有在所有水泵停机并且出水电动闸阀关闭的情况下才能进行，否则无法进行切换，强制切换系统会产生报警。

四、结语

矿井主排水泵房无人值守远程控制系统投入使用后，可使主排水系统更加安全可靠，提高排水能力，降低事故率，减少故障处理时间，提高矿井生产效益。它能够最大限度地减少因电控系统故障而造成的事故，提高供电的可靠性，节约水泵设备维修费用，延长设备使用寿命。

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