現(xiàn)代化礦井主排水泵自動控制技術(shù)分析

1、2010年第36期（總第171期）NO.36.2010 （CumulativetyNO.171）現(xiàn)代化礦井主排水泵自動控制技術(shù)分析薛志剛（同煤大唐塔山煤礦有限公司，山西 大同 037001）摘要：應(yīng)用現(xiàn)代化控制技術(shù)和監(jiān)測裝置，進(jìn)行主排水泵的自動化控制，可實現(xiàn)煤礦中央水泵房“無人值守”。文章介紹了主排水泵自動化控制系統(tǒng)的組成、工作方式和運(yùn)行特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：主排水泵；實時監(jiān)測；自動控制技術(shù)；現(xiàn)代化礦井中圖分類號：TD442文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374 （2010）36-0065-022系統(tǒng)組成及環(huán)節(jié)功能主排水泵自動化控制系統(tǒng)由以下六個環(huán)節(jié)組成：排真空環(huán)節(jié)、閘閥操縱環(huán)節(jié)、水位自動監(jiān)控環(huán)

2、節(jié)、參數(shù)傳示環(huán)節(jié)、故障保護(hù)環(huán)節(jié)和電動機(jī)的自動控制環(huán)節(jié)。各環(huán)節(jié)的功能為：2.1排真空環(huán)節(jié)排水泵只有在其葉輪完全淹沒于水中的情況下，泵體內(nèi)部才能造成必要的真空度實現(xiàn)正常排水。如果真空度不夠，泵內(nèi)有空氣存在，將會造成不上水及轉(zhuǎn)動部件燒壞等故障。所以，啟動前的排真空是水泵工作的重要操作項目之一。在系統(tǒng)中采用射流閥抽真空，使用高精度真空傳感器監(jiān)測真空度，用壓力和流量監(jiān)測作為真空度的后備保障。2.2閘閥操縱環(huán)節(jié)為了減少啟動時的功率，離心式水泵操作規(guī)程規(guī)定水泵一定要關(guān)閉出水閘閥啟動，而當(dāng)水泵停止時，為了避免水錘事故，必須先關(guān)閉閘閥，緩慢減小流速，最后停車。在泵體內(nèi)充滿水后，啟動時先啟動電動機(jī)，然后打開相應(yīng)電

3、動閘閥(以“輪換工作”原理，根據(jù)上次所使用的管路，此次換另一趟管路，停車時先關(guān)電動閥，最后停電機(jī)。2.3水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié)該環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)水位的高低自動準(zhǔn)確發(fā)出開、停水泵命令。水位傳感器的可靠性和準(zhǔn)確性直接影響整個控制系統(tǒng)的工作可靠性。本系統(tǒng)選用超聲波液位傳感器，它具有高精度、非接觸式、非機(jī)械型、維護(hù)方便、便于安裝、標(biāo)定簡單等許多優(yōu)點(diǎn)。1概述礦井主排水泵房擔(dān)負(fù)著排出井下積水的重要任務(wù)，是礦井防治水的重要組成部分，是保證礦井安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。煤礦安全規(guī)程規(guī)定主排水設(shè)備應(yīng)滿足如下要求：(1必須有工作、備用和檢修水泵。工作水泵的能力，應(yīng)能在20h 內(nèi)排出礦井24h 的正常涌水量。備用水泵的能力應(yīng)不小于

4、工作水泵能力的70。工作和備用水泵的總能力，應(yīng)能在20h 內(nèi)排出礦井24h 的最大涌水量。檢修水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的25。(2配電設(shè)備應(yīng)同工作、備用以及檢修水泵相適應(yīng)，并能同時開動工作和備用水泵。為了確保主排水泵的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)用自動化控制技術(shù)很有必要。這種現(xiàn)代工業(yè)化控制和監(jiān)測裝置，除能完成水泵的單機(jī)控制外，還可通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸接口模塊與設(shè)置在井下中央變電所的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，由井上調(diào)度指揮中心監(jiān)控所有排水泵等被控設(shè)備，最終實現(xiàn)水泵房“無人值守”，實現(xiàn)信息化、自動化控制，提高生產(chǎn)效益和可靠性。在網(wǎng)上下載到此技術(shù)的源代碼，開發(fā)自己的POWER LINK 產(chǎn)品；同時貝加萊公司也宣布Et

5、hernet Power Link 率先邁入千兆以太網(wǎng)時代；可以預(yù)見隨著這一技術(shù)的不斷發(fā)展，會得到越來越廣泛的應(yīng)用，將出現(xiàn)越來越多的帶有POWER LINK 接口的產(chǎn)品，給用戶帶來更可靠、更方便、更高效的現(xiàn)場總線。參考文獻(xiàn)1 樊留群實時以太網(wǎng)及運(yùn)動控制總線技術(shù)M同濟(jì)大學(xué)出版社，2009鄔寬明現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用選編（2）M北京航空航天大2學(xué)出版社，2004饒運(yùn)濤，等現(xiàn)場總線CAN 原理與應(yīng)用技術(shù)（第2版）M3北京航空航天大學(xué)出版社，2007張浩，譚克勤，朱守云現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)4手冊（第2冊）M上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2004邱占芳，張慶靈，楊春雨網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析與控制M5科學(xué)出版社，20

6、09甘永梅，等現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用（第2版）M機(jī)械工6業(yè)出版社，2008王黎明CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用M電子工業(yè)7出版社，2008作者簡介：許斌（1972-），男，杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司工程部工程師，研究方向：工控系統(tǒng)設(shè)計、研究及設(shè)備自控維護(hù)。65- -2.4參數(shù)傳示環(huán)節(jié)在操作臺的模擬屏上可模擬顯示水倉水位、水泵流量、水泵壓力及電動機(jī)、電磁閥和電動閥的各種工作狀態(tài)。所有的監(jiān)測參數(shù)及工作狀態(tài)均可由井下PLC 通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給地面控制計算機(jī)，再由計算機(jī)進(jìn)行分析處理，在顯示器上模擬顯示，并做出曲線、報表，以便地面管理人員作出正確判斷，向井下可編程控制器發(fā)出控制命令。2.5故障保護(hù)環(huán)節(jié)由于主排

7、水泵電機(jī)容量大，耗電量高，屬于礦井一級負(fù)荷。因此，對主排水設(shè)備自動控制系統(tǒng)的安全性、可靠性要求較高。該系統(tǒng)裝設(shè)如下幾種保護(hù)：流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動后或正常運(yùn)行中，如流量達(dá)不到正常值，通過流量保護(hù)裝置使本臺水泵停機(jī)，轉(zhuǎn)為啟動另一臺水泵。電動機(jī)保護(hù)：PLC 監(jiān)視水泵電機(jī)欠壓、過流、短路等故障，由中央變電所控制的高壓開關(guān)柜的綜合保護(hù)器提供，并參與控制。電動閘閥保護(hù)：由電動機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電機(jī)的主要保護(hù)并參與控制。2.6電動機(jī)的自動控制環(huán)節(jié)該環(huán)節(jié)是主排水設(shè)備綜合自動化控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。它由PLC、中間繼電器、接觸器等組成，以上環(huán)節(jié)都要與本環(huán)節(jié)配合，根據(jù)水倉水位情況自動開停水泵。為防止因備用水泵長期不用而

8、使電機(jī)受潮或有其它故障而未被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)緊急情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全，本環(huán)節(jié)按“輪換工作制”來控制，以達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理，以免影響礦井安全的目的。要根據(jù)水泵的開啟次數(shù)自動按一定順序輪換開啟水泵。當(dāng)某臺水泵或其所屬閘門故障或檢修時，該泵退出輪換，其余各泵仍按輪換工作制運(yùn)行。3主排水系統(tǒng)工作方式3.1自動控制本著水位優(yōu)先的原則實現(xiàn)各臺水泵的自動控制。當(dāng)水位達(dá)到高位或不在高位而處在用電低谷時間內(nèi)，將自動啟動運(yùn)行泵，當(dāng)達(dá)到低位或不在高位而處在用電高峰時間內(nèi)自動停泵。當(dāng)水位達(dá)到上限水位時，自動啟動“運(yùn)行泵”及“備用泵”，直到水位低于高位時停止“備用泵”只運(yùn)行“運(yùn)行泵”，當(dāng)達(dá)到低位或不在高

9、位而處在用電高峰時間內(nèi)時自動停泵。3.2手動控制根據(jù)實際需要，也可以從自動控制方式切換到手動控制方式。此方式下操作人員在操作臺人工手動控制。3.3單機(jī)自動控制地面監(jiān)控主機(jī)將工作方式切換到單機(jī)自動時，可在地面監(jiān)控主機(jī)上單獨(dú)控制系統(tǒng)中的各臺水泵。3.4就地手動控制將水泵工作方式切換到就地位置時，可直接在開關(guān)上或水泵附近的檢修就地控制箱上人工手動控制。此方式主要用于水泵檢修時。- 66 -4系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)4.1無人值守減員增效將系統(tǒng)工作方式切換為“地面自動控制”時，各水泵由地面主機(jī)控制，實現(xiàn)主泵無人值守。4.2削峰填谷降低用電成本地面主控計算機(jī)根據(jù)每天礦井的用電負(fù)荷情況，確定用電高峰、低谷時間，并將參

10、數(shù)傳給本機(jī)，使水泵運(yùn)行在最經(jīng)濟(jì)的時間。4.3根據(jù)水位實現(xiàn)自動控制根據(jù)所監(jiān)測到的水位信號，設(shè)定出低水位、高水位和上限水位信號。低水位時停泵；高水位時水泵自動運(yùn)行；如果高水位長時間保持將開啟備用泵；上限水位時泵根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷能力自動啟動到最大數(shù)量。4.4控制方式齊全方便每臺水泵設(shè)置遠(yuǎn)控、自動、手動和檢修四種工作方式，工作方式可直接在本機(jī)上設(shè)定或除檢修外其它狀態(tài)可由地面主機(jī)設(shè)定。4.5故障直觀易于維護(hù)在觸摸屏上可顯示故障信息并報警，在地面調(diào)度控制中心可顯示現(xiàn)場單元當(dāng)前的報警信息以及保存報警記錄，當(dāng)運(yùn)行的水泵出現(xiàn)軸承超溫、高壓開關(guān)故障、流量不夠、電壓過低、電流不正常時自動停止運(yùn)行，并能夠確切的顯示故障位

11、置和類型，且有聲光報警，報警可有排真空超時、電壓過低、電動閘閥打開超時、電動閘閥關(guān)閉超時、電機(jī)啟動故障、通訊故障、傳感器故障、電流過低、電流過高等。4.6操作直觀在操作臺，根據(jù)主水泵實際情況，設(shè)備(如管路、泵、電機(jī)、水倉等 布局刻蝕有布置圖，且有信號燈來指示狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)行狀況一目了然，減少了誤操作。5結(jié)語利用現(xiàn)代化技術(shù)，配備先進(jìn)的檢測、監(jiān)控系統(tǒng)，完成水泵的自動開停和工況檢測，完全可實現(xiàn)主排水系統(tǒng)自動化控制。主排水泵房自動化控制系統(tǒng)投入使用后，可使主排水系統(tǒng)更加安全可靠，提高排水能力，降低事故率，減少故障處理時間，提高礦井生產(chǎn)效益。它能夠最大限度地減少因電控系統(tǒng)故障而造成的事故，提高供電的可靠性，節(jié)約水泵設(shè)備維修費(fèi)用，延長設(shè)