撫順東露天礦泵站自動(dòng)化改造

1、撫順東露天礦泵站自動(dòng)化改造    摘要：通過(guò)對(duì)撫順東露天礦西南泵站的自動(dòng)化改造，以較小投資實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，且運(yùn)行效果穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，節(jié)約了人員和能耗，減少了設(shè)備故障，消除了不安全事故隱患，實(shí)現(xiàn)泵站管理由粗放型向效益型的轉(zhuǎn)變，為該礦礦坑下所有的固定泵站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)，保證了該礦在取得良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也取得很好的社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：泵站；自動(dòng)化；改造；無(wú)人值守1前言撫順東露天礦排水泵站多處礦坑周?chē)鷧^(qū)域，且都是為采礦服務(wù)的。泵站主要匯集各區(qū)域的匯水，并確保雨水的正常排出，保護(hù)開(kāi)采礦區(qū)、泵房水泵及其它生產(chǎn)設(shè)備不被水淹。它是為礦區(qū)的安全生產(chǎn)提供保障服

2、務(wù)的極其重要的系統(tǒng)。目前我礦采區(qū)的排水系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：在雨季暴雨來(lái)時(shí)各泵站水池水位上漲速度很快，水位變化幅度很大，現(xiàn)在各泵站設(shè)備數(shù)量較多且均為手動(dòng)操作，再加上一天中暴雨來(lái)臨時(shí)間無(wú)法確定，在暴雨來(lái)臨時(shí)甚至還需進(jìn)行室外操作或巡察，極大的惡化了工人的工作環(huán)境，加大了工人的工作強(qiáng)度；在枯水期和汛期的交替時(shí)，精確到天或小時(shí)的操作規(guī)律更不好掌握；同時(shí)為了平衡峰谷用電時(shí)間，又要求排水泵站常常在礦區(qū)的一些特定時(shí)間段運(yùn)行，因此在目前泵站的控制條件下工人對(duì)于排水的時(shí)機(jī)常常掌握不好，造成了電量的浪費(fèi)。綜上所述，對(duì)我礦泵站進(jìn)行自動(dòng)化改造已勢(shì)在必行。2自動(dòng)化改造方案的概述此次方案選擇西南泵站作為改造的試點(diǎn)，待試驗(yàn)成功

3、后，再向我礦各泵站推廣。2.1西南泵站的概況西南泵站位于東露天礦的西南匯水區(qū)內(nèi)，肩負(fù)著西南部201萬(wàn)m2的大氣降水和西部南幫地下自然涌水的匯集與抽排。西南泵站位于礦坑西南部+72標(biāo)高，主要用于攔截老虎臺(tái)地區(qū)的匯水。現(xiàn)有5臺(tái)Y3554高壓電機(jī)，電壓6000V，功率280kW，帶動(dòng)水泵執(zhí)行排水任務(wù)。水泵的進(jìn)水管口高于室外排水水池水位，而水泵為不具密封抽氣功能的雙吸泵，所以在水泵的入口管上配備有真空泵進(jìn)行抽真空控制，以幫助排水泵啟動(dòng)時(shí)吸水。真空泵為2臺(tái)（一用一備），通過(guò)手動(dòng)切換真空泵出口閥門(mén)來(lái)決定啟動(dòng)哪臺(tái)真空泵。在真空泵主管道與排水泵入口的連接管道上安裝有DN25球閥，由球閥控制水泵抽真空過(guò)程。在每

4、臺(tái)水泵的出水管道上安裝有手動(dòng)蝶閥以隔斷排水泵和出水總管的連接，以防止總管水流倒灌，同時(shí)在關(guān)閉狀態(tài)下還可以實(shí)現(xiàn)排水泵電機(jī)在低負(fù)荷下啟車(chē)。在泵房室外有一臺(tái)低位排水閥，當(dāng)冬季所有排水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)此閥手動(dòng)排出管內(nèi)的積水，以防排水管道凍結(jié)堵塞。此外西南泵站還有變壓器室、高壓控制室和工人休息室。變壓器室內(nèi)安裝有6000V/380V的變壓器為泵站內(nèi)的所有交流設(shè)備提供380V交流電源。高壓控制室內(nèi)安裝有直流屏、進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、電機(jī)控制柜等設(shè)備。整個(gè)高壓室為雙電源進(jìn)線，在兩路電源進(jìn)線處均設(shè)有手動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)，當(dāng)一路電源故障時(shí)通過(guò)手動(dòng)操作將電源轉(zhuǎn)換到另一路繼續(xù)供電。為了實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換或雙電源自動(dòng)互投的需要

5、，本方案將手動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)也改為電動(dòng)操作。針對(duì)該泵站的部分手動(dòng)設(shè)備需完成相關(guān)的參數(shù)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制、報(bào)警和聯(lián)鎖保護(hù)等改造工作。2.2泵房自動(dòng)化改造的思路整個(gè)泵站自動(dòng)控制的關(guān)鍵點(diǎn)就是對(duì)蓄水池內(nèi)的水位進(jìn)行控制，相關(guān)的泵和電動(dòng)閥門(mén)的操作都可以在上位機(jī)中進(jìn)行，且這些設(shè)備均具有手動(dòng)/自動(dòng)兩種運(yùn)行狀態(tài)可供選擇。控制系統(tǒng)中，蓄水池設(shè)置一臺(tái)連續(xù)測(cè)量的實(shí)時(shí)水位計(jì)和上限、下限開(kāi)關(guān)量報(bào)警水位計(jì)。在上位機(jī)畫(huà)面中可以單獨(dú)設(shè)定每臺(tái)排水泵的啟、停泵水位，也可以將該泵設(shè)為備用泵，以便在其它水泵運(yùn)行故障時(shí)自動(dòng)排水，還可以選擇任意水泵為手動(dòng)狀態(tài)，從上位機(jī)中手動(dòng)對(duì)水泵進(jìn)行開(kāi)啟、停泵。當(dāng)蓄水池水位達(dá)到水泵設(shè)定的啟泵水位時(shí)，在自動(dòng)狀態(tài)下控制

6、系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行如下動(dòng)作：開(kāi)啟運(yùn)行真空泵閥門(mén)，關(guān)閉備用真空泵閥門(mén)，同時(shí)打開(kāi)真空主管路與排水泵入口連接管道上的電磁閥，啟動(dòng)真空泵開(kāi)始抽真空，在此環(huán)節(jié)中一旦真空泵或真空泵閥門(mén)發(fā)生故障立即自動(dòng)將真空管路投入到另1臺(tái)真空泵上。在抽真空主管路上安裝有1臺(tái)壓力變送器測(cè)量管道真空度，將壓變的測(cè)量信號(hào)傳到PLC，由PLC來(lái)比較判斷真空度的形成是否完成，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的真空度時(shí)，啟動(dòng)水泵電機(jī)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉真空泵和相關(guān)的閥門(mén)。在水泵的出口和出口閥門(mén)之間安裝有壓力變送器，當(dāng)水泵啟動(dòng)后，只有當(dāng)壓力值到達(dá)設(shè)定值時(shí)才打開(kāi)泵的出口電動(dòng)閥，同時(shí)壓力值也作為泵是否正常上水的一個(gè)判斷。如果長(zhǎng)時(shí)間水泵的出口壓力沒(méi)有到達(dá)設(shè)定值，則判斷排水泵

7、故障，將水泵切換到另1臺(tái)滿足啟動(dòng)條件的泵進(jìn)行工作。如果沒(méi)有滿足啟動(dòng)條件的水泵，則將備用泵投入運(yùn)行，同時(shí)上位機(jī)進(jìn)行報(bào)警顯示相應(yīng)的水泵故障。在自動(dòng)狀態(tài)下，如果有多臺(tái)水泵同時(shí)滿足啟動(dòng)條件，則按水泵的排列次序依次啟動(dòng)。當(dāng)蓄水池水位低于停泵水位時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉運(yùn)行水泵的出口電動(dòng)閥，停止機(jī)組運(yùn)行?？紤]到晝夜用電價(jià)格的差異，可以在上位機(jī)上設(shè)定排水泵的運(yùn)行時(shí)間段，當(dāng)排水泵滿足啟泵條件后，且只有在當(dāng)前時(shí)間到達(dá)設(shè)定的時(shí)間段時(shí)，水泵才自動(dòng)運(yùn)行，這樣就可以讓水泵在電價(jià)較低的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行排水，使系統(tǒng)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)合理。        &#

8、160;       將泵房室外的管道低位排水閥改為電動(dòng)閥，可以在上位機(jī)的畫(huà)面上手動(dòng)操作閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，隨時(shí)進(jìn)行排水操作，也可以在所有的排水泵都停止運(yùn)行時(shí)自動(dòng)進(jìn)行排水，當(dāng)排水到達(dá)設(shè)定時(shí)間后再自動(dòng)關(guān)閉排水閥。該控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)運(yùn)行時(shí)可以實(shí)現(xiàn)泵站的無(wú)人值班，手動(dòng)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)設(shè)有PLC觸摸屏，可直接在觸摸屏上進(jìn)行形象直觀的手動(dòng)控制操作，同時(shí)技術(shù)人員也可方便地在觸摸屏上修改調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。這樣以后將上位機(jī)移到調(diào)度室之后，既可以在上位機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程操控也可以在泵房的控制柜上進(jìn)行操控，整個(gè)操控過(guò)程方便靈活。采用電視監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)泵站的運(yùn)行

9、設(shè)備和高壓控制柜進(jìn)行監(jiān)控記錄，所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面均可上傳調(diào)度中心。3控制方式選擇3.1儀表選擇因室外排水水池冬天水面會(huì)結(jié)冰固定，如選用非接觸式傳感器超聲波液位計(jì)，在水面結(jié)冰的情況下就不能準(zhǔn)確的測(cè)量水位，所以水位采集傳感器采用投入式水位變送器。將變送器的水位探頭安裝在蓄水池底，即使在冬季池底水也不會(huì)上凍，從而確保了對(duì)水位的精確測(cè)量。安裝時(shí)為防止傳感器受力口堵塞，影響儀表準(zhǔn)確性，傳感器安裝于污泥層界面之上并采用套管安裝，完全適應(yīng)了現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境。在蓄水池的水位高點(diǎn)還裝有兩套浮球開(kāi)關(guān)作為上限報(bào)警和上上限保護(hù)，一旦排水池液位到達(dá)上限報(bào)警點(diǎn)，系統(tǒng)立即進(jìn)行報(bào)警并且在上位機(jī)和觸摸屏上顯示出來(lái)。在液位

10、繼續(xù)上升到達(dá)上上限保護(hù)點(diǎn)時(shí)，如果保護(hù)啟泵設(shè)為自動(dòng)，則設(shè)為自動(dòng)狀態(tài)下的排水泵可以按前述自動(dòng)運(yùn)行的原則依次進(jìn)行啟泵，直至水位排至設(shè)定的液位低點(diǎn)。每臺(tái)排水泵的出口安裝有1臺(tái)壓力變送器，該壓力變送器的信號(hào)也直接進(jìn)入到PLC，作為水泵是否抽上水和水泵出口閥門(mén)是否可以打開(kāi)的判斷信號(hào)，同時(shí)改值也實(shí)時(shí)地顯示在上位機(jī)和觸摸屏上。壓力變送器不直接安裝于排水泵的出口管道上，而是通過(guò)導(dǎo)壓管從排水泵的出口管道上進(jìn)行引取。32電動(dòng)閥選擇電動(dòng)閥門(mén)選用開(kāi)關(guān)式電動(dòng)閥，給出信號(hào)后閥門(mén)可以直接開(kāi)到滿位或關(guān)到零位，閥門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉信號(hào)在上位機(jī)和觸摸屏上顯示。選擇閥門(mén)時(shí)規(guī)格尺寸盡量與原手動(dòng)閥門(mén)接近，以最大限度地降低改造時(shí)的安裝工作量。閥

11、門(mén)主要包括以下幾處：真空泵出口電動(dòng)閥、排水泵入口與真空管路連接電磁閥、排水泵出口電動(dòng)閥、室外管路排空電動(dòng)閥。33高壓隔離開(kāi)關(guān)選擇為了在遠(yuǎn)程對(duì)泵房的兩路高壓進(jìn)線電源進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)切換，需對(duì)高壓進(jìn)線柜進(jìn)行改造。高壓進(jìn)線柜的改造是將兩路進(jìn)線電源的刀開(kāi)關(guān)變?yōu)殡妱?dòng)，使其在任一路進(jìn)線電源斷電時(shí)可以在上位機(jī)手動(dòng)/自動(dòng)投到另一回路供電。在兩臺(tái)進(jìn)線柜的刀開(kāi)關(guān)下方增設(shè)電壓互感器，再通過(guò)電壓變送器將柜子是否帶電的模擬信號(hào)傳送至PLC，通過(guò)PLC的判斷進(jìn)行電源回路的投切，并將高壓進(jìn)線柜是否帶電信號(hào)顯示在上位機(jī)和觸摸屏上。開(kāi)關(guān)選擇型號(hào)為FN2512D/630電動(dòng)型。3.4網(wǎng)絡(luò)選擇整個(gè)泵站系統(tǒng)最終完成時(shí)，排水管理處調(diào)度中

12、心將與泵站通訊，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是典型的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)把排水管理處調(diào)度中心設(shè)為主站，各個(gè)排水泵站設(shè)為從站，即可方便的實(shí)現(xiàn)這種組網(wǎng)方式。針對(duì)上述情況，一方面因?yàn)楸谜拘盘?hào)的傳輸不僅包括設(shè)備的控制信號(hào)，還有電視監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)的傳輸，其傳輸?shù)男盘?hào)數(shù)據(jù)量很大，另一方面我礦對(duì)泵站考慮鋪設(shè)光纜進(jìn)行各種通信和數(shù)據(jù)交換，使之采用光纜通訊組網(wǎng)成為目前最佳的選擇。通過(guò)光纜進(jìn)行通訊傳輸，速度快，誤碼率極低，單位時(shí)間內(nèi)可傳輸大容量的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)及操控信號(hào)均可及時(shí)準(zhǔn)確抵達(dá)，而且組網(wǎng)方便，保密性和安全性高。為此我礦泵站此次改造采用了光纜方式進(jìn)行組網(wǎng)。35控制系統(tǒng)選擇泵站控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)。它是指通

13、過(guò)采用儀表、控制裝置和計(jì)算機(jī)等設(shè)備對(duì)泵站進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、控制和管理，以保證系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、有效地運(yùn)行，同時(shí)可對(duì)泵站工藝進(jìn)行適時(shí)控制?？刂葡到y(tǒng)配備1臺(tái)上位機(jī)和一套PLC控制系統(tǒng)，二者之間通過(guò)以太網(wǎng)連接。在西南泵站改造中，上位機(jī)和PLC控制柜均安裝于現(xiàn)值班室，電源從變壓器室的低壓電源饋出柜引取。采用這種結(jié)構(gòu)的好處是當(dāng)將來(lái)各排水泵站和調(diào)度中心之間鋪設(shè)了光纜之后，可以直接將上位機(jī)搬到遠(yuǎn)方的調(diào)度中心進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，其間不需要增添或更換設(shè)備配置。隨著泵站規(guī)模的不斷發(fā)展，整個(gè)系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，不僅顯得擴(kuò)展方便，且接入成本低。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件采用西門(mén)子公司的WINCC軟件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制、數(shù)據(jù)存檔、報(bào)表功能、報(bào)警功能和打印功能。WINCC是基于WINDOWS2000/XP平臺(tái)的組態(tài)軟件，它遵循TCP/IP，SQL，ODBC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可以從遠(yuǎn)程站的PLC中采集數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)反映各個(gè)泵站的運(yùn)行狀態(tài)。上位機(jī)界面主要顯示部分包括排水泵站的控制流程、運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警和歷時(shí)數(shù)據(jù)的查詢、趨勢(shì)圖等。帶控制點(diǎn)的工藝流程圖反映