矿井主泵房自动化运行无人值守改造实践

目前国内很多地下矿山水泵房的自动化水平还不是很高，普遍采用传统的人工操作排水系统。水泵工劳动强度大，通常监管也难以到位，而且不能根据水位或其他参数自动启停泵，人工操作系统应急能力也较差，存在许多潜在的安全隐患。

目前一些具有先进管理经验的酒店充分利用日益完善的移动通信技术，在原有的酒店信息管理系统的基础上进行扩展，使得系统将在现有的服务系统上进行更为高效、完整的无线应用服务。信息化的崭新管理理念与服务手段，优化了业务流程，为客户提供更好的服务，并最终提高了其本身在行业中的竞争优势［3］。

随着工业自动化技术和信息化技术的发展，“机械化减人、自动化换人”已成为矿山机电发展的重要方向之一。推行无人值守的自动化运行泵房，不仅能够将水泵工从井下高温、高湿、高噪声的工作环境中解放出来，而且也是矿山企业减少井下从业人员数量、改善安全生产条件、节约人工成本和排水用电成本的主要途径之一。

1 改造前排水系统简介

观山矿井下-145m主泵房共安装有5台DF155-30×6型多级耐腐蚀泵。排水系统配置及运行如下表：

在井下正常涌水时，水泵2台工作，2台备用，1台检修。最大涌水时，水泵4台工作。

作为复杂化工过程系统集成与优化方向研究团队负责人，钱锋带领他的研发团队紧扣我国石化工业的“龙头”——乙烯裂解生产过程，由华理信息学院院长杜文莉牵头，确立了乙烯装置高附加值产品最大化优化控制技术课题，研发成功装置运行过程实时优化控制技术，实现了原料组成、裂解炉运行特性变化等不确定性条件下的装置效益最大化，相关成果在扬子石化、上海石化、镇海炼化等我国6套百万吨级大型乙烯装置的76台裂解炉上成功应用，获得2016年度教育部科技进步一等奖。

2 改造实施概况

（1）自动引水环节是高位安装水泵启动前的必备环节。目的是使水泵的内腔形成必要的真空度。本矿采用的引水方式是负压罐注水引流。负压罐注水采用主排水管水源和不锈钢潜水泵（380V,2.2KW），互为备用。通过控制电动注水球阀的开关（或潜水泵的开停）来实现注水，完成负压罐注水引流。

3 改造建设方案

3.1 系统组成

井下主泵房自动化运行控制系统由地面集控中心和泵房集中控制系统两部分组成。地面集控中心增设两台工业电脑，一用一备，采用双机热备（冗余）控制，确保系统可靠运行。实现上位机动态画面监测。泵房集中控制系统增设：PLC集中控制柜、电动闸阀、电动球阀及液位传感器、电流互感器和压力变送器、电磁流量计、真空传感器、温度传感器等一系列监控报警设备。实现水泵运行参数的采集和对外发布。

系统组成构架如下图：

上述控制流程可概括为以下六个环节：自动引水环节、闸阀操作环节、水位自动监测环节、参数传输环节、故障保护环节和电动机的自动控制环节。

6.语感与语言能力相统一。语感与语文能力浑然一体。语感与语文能力往往是同步形成并同步发挥作用的，甚至难以对二者做出明显的区分，因而在学生语言水平的提高过程中，从知识到能力必定是一步完成的。

（3）系统实时在线检测水仓水位，由于整个排水系统的运行控制是通过液位计监测的水仓水位作为主要依据，系统配置了两台超声波液位计（双备份），以保证控制系统可靠运行。为了在保证矿井排水安全的前提下，最大限度地降低排水用电成本。在充分利用水仓库容的情况下，水泵自动运行实现水位控制优先，兼顾峰、谷、平排水用电的原则。在水位允许的情况下，实现排水用电“避峰填谷”。即做到避用峰电（8:00～12:00，17:00～21:00），少用平电（12:00～17:00，21:00～24:00），用足谷电（0:00～8:00）。当水位达到上限时能够报警，自动开启水泵；当水位达到下限时，发出声光信号，自动停泵。

数据采集单元（压力、真空、流量、温度和液位等传感器仪表）。

（2）主要采集的信号有：各主水泵的开停信号；各电动闸阀、电动球阀工作状态与开关限位；排水管路的流量，水泵的真空度、排水压力，水仓的水位信号，电机温度及电机轴承温度信号，水泵电机的工作电流等。

集中控制单元（就地PLC控制柜）。

钾是肥力三要素之一，不仅是植物生长发育所必需的营养元素，而且在生物物理和生物化学方面有重要作用，对植物体内同化产物的运输和能量转变，也有促进作用[13]。

水泵控制系统自动控制流程为：水位最高时→报警提示→抽真空→关闭抽真空阀→启动水泵平稳后→开动电动闸阀→水位降至最低位→报警→关闭电动闸阀→关泵。（完成一个排水工作循环）

水泵自动化无人值守系统控制选用了SIEMENS(西门子)的S7-1200型PLC为控制主机，采用STEP 7设计核心源程序的梯形图，使用wincc制作上位机的人机操作界面，整个系统的软件结合良好，操作简单。

3.2 系统的主要功能及特点

（1）系统将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，远程监测为辅”的控制模式，保证系统技术方面的先进性。系统控制具有自动、半自动和手动检修3种操作模式。自动时，PLC检测水位、电压及有关信号，按照设定的用电时段，自动完成各泵组运行；半自动时，由地面集控室工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作；手动检修模式为现场故障检修和手动试车时使用。系统具有远程/就地操控闭锁功能，以防意外操作。控制系统示意图如图2。

命令执行单元（水泵电机管路电动阀门）。

㉔陈林译注:《佛教十三经:无量寿经》，中华书局2010年版，第154页。参阅康僧铠译《无量寿经·卷下》。

教师要用宽容的态度去看待学生的缺点和错误，增强学生的自信心。要鼓励学生发扬自己的优点和长处，让他们将自己的个性和潜能发挥到极致，获得成功的快乐。但教师也不能无原则地一味赏识学生，要把握好赏识的度。教师不仅要赏识他们的个性，赏识他们的优点，赏识他们的进步，更要指出他们的不足与缺点，一步步引导他们改正缺点和错误，激励他们扬长避短、不断进步。

（4）系统采用工业以太网进行数据传输，PLC与操作屏及地面监测监控主机通讯，实现水泵三遥功能（遥测、遥控、遥调功能）。每台水泵可实现就地和远程操控，还可通过手机APP实现相关人员（管理人员、维保人员）手机实时监控系统运行状况，发现问题能及时掌握和处理。系统以其完善可靠的监控及保护功能，杜绝了设备长时带病运行，有效地避免以前常发设备事故的发生，减少了事故损失。

（5）系统根据水泵的开启次数自动按设定顺序轮换开启水泵，自动实现水泵的轮换循环工作，大大延长了水泵的使用寿命，增加了备用水泵的可靠性。

（6）在集控室操作屏上动态监控水泵及其附件、仪表元件的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温度、电流、电压等参数，超限报警，故障点自动闪烁，具有故障记录，支持历史数据、历史趋势查询等功能。通过调阅，可判断、掌握每台水泵的运行工况和完好情况。

3.3 系统控制的主要工作环节

数据显示单元（手机微信小程序、手机短信报警、手机端WEB浏览、电脑端WEB浏览）。

基本控制单元（水泵启动控制柜）。

观山矿井下主泵房自动化运行无人值守改造，是根据主泵房的实际情况，在原有的泵房设施基础上进行自动化改造，通过增设各种先进可靠的传感器、保护装置、电动执行器等，监测井下排水系统中各个设备、仪表、元件的工作状态，根据水仓水位（水位控制优先，兼顾峰、谷、平用电时段）自动开启、停止水泵的运转，对运行中的各种状态参数进行实时监控，同时通过接口将数据上传至地面集控室服务器。实现井下泵房排水系统的自动控制。紧急情况下可远程操作整个泵房设备，应对井下排水突发情况，真正实现泵房无人值守。

（2）闸阀操作环节就是通过控制水泵出口的电动闸阀的开关，实现水泵关阀启动，以减少启动功率和启动电流；停泵时关阀，以避免“水锤”现象。电动闸阀的开关控制有远程自动、现场自动和现场手动三种操控方式。

（3）水位自动监控环节的任务是根据水位的高低，由PLC自动准确发出开、停水泵命令。系统采用超声波液位传感器将水仓水位设定的1至4模拟信号送入PLC。水位1——最低，停泵；水位2——高位1，视用电计费分时时段，水泵可开可不开；水位3——高位2，启动2台泵；水位4——极限高位，不受用电分时时段控制，启动4台泵，实现“强排功能”。

（4）参数传输环节就是泵房现场所有检测参数及工作状态均可由井下PLC通过以太网传到地面集控室计算机，做分析处理、模拟显示等；地面集控室管理人员实时掌控排水系统运行状况，也可向井下PLC发出控制命令。

品管圈在提高我院PIVAS排药速度中的应用实践…………………………………………………… 宋晓青等（1）： 17

（4）拟定、改进、评估待办事项清单，并确定优先顺序。这个清单须高屋建瓴地列出为了达成团队负责人的愿景而需要完成的所有事项。在产品的整个研发过程中，这个清单是一直存在的，并有所演变，相当于产品研发的“路线图”。无论在任何时间，要想知道一个团队要做的所有事项（按照优先顺序排列），待办事项清单都是唯一具有决定性的参考依据。待办事项清单有且只有一份，这就意味着团队负责人从头到尾必须不断地对优先顺序加以调整。团队负责人应该与所有利益相关者和团队进行协商，以确保产品待办事项清单既能反映用户的需求，又不会超出团队的最大能力范围。

（5）矿山井下排水作为一级负荷，排水系统安全可靠运行是第一要求。自动化系统具备三种故障保护形式：预警信息、报警信息、故障报警，分别对应的功能是提示预警信息、报警并提示信息、报警并采取措施。如流量保护（故障报警）：水泵在启动或正常运行中，如流量达不到正常值——与设定的偏差较大，通过保护可使本台泵停车，自动切换备用水泵投入运转。

（6）电动机的自动控制环节是排水设备综合自动化控制系统的中心环节，根据水位情况（兼顾峰、谷、平用电时段）自动开停水泵。为了确保备用泵可靠备用，系统根据水泵的开启次数，自动按设定的顺序轮换开启；某台泵故障或检修时，其他泵仍能轮换。以确保排水系统安全运行。

4 结语

观山矿井下主泵房系统无人值守改造建设方案完成后，效果十分明显，实现了水泵工的从泵房现场撤出，系统自动化无人值守运行。大大降低劳动强度、提高劳动效率、节约能耗、降低事故发生率。为企业减员增效提供了条件，通过设备的运行状况实时监控和调节，合理优化调度设备在线运行时段，实现了安全、节能、增效，最大程度助力企业实现良好的经济效益。

[1]吴建宏．中央泵房自动化无人值守改造的研究[J]．能源与环境,2014(04)：39-40．

[2]袁海军．中央水泵房无人值守及远程监控系统改造[J]．技术与市场,2014,21(05)：132-133．