1、2012年第3期 畚堪差 愀 155 矿井主排水泵自动化控制系统的研究与应用 任永忠，刘哲，史好好 (山东省岱庄生建煤矿，山东微山277606) 摘要岱庄生建煤矿根据矿井的实际情况，对原来的主排水泵以人工管理为主的控制管理体系进行自动化改造，使设备实现自动运行和自 我诊断，实现了全自动和远程开泵，大大降低了水害带来的威胁。通过“一键式”开泵，也降低了水泵司机的劳动强度，杜绝了操作失误而带来 的安全隐患，进一步提高了矿井排水的安全保障能力。 关键词主排水泵 自动化控制研究与应用 中图分类号TD63 6 文献标识码B 1 国内相关产品与技术发展水平、现状 煤矿井下主排水泵房传统的以人工管理为主的控
2、 制管理体系存在人力消耗大、单位人员费效比低、设备 管理维护水平低、能源利用率不高、长期存在浪费等一 系列问题。为有效地克服这些缺陷，提高企业的综合 管理水平，国家相关部门组织科研小组，在现代计算机 网络技术、现场总线及数据库技术基础之上专门针对 煤炭行业的特点开发出基于PLC和组态监控软件的矿 井水泵自动化监控系统。 监控系统根据矿井的实际情况，在原来的设施基 础上进行自动化改造，使设备实现自动运行和自我诊 断。在确保可靠性、安全性的基础上，采用可编程控制 器，传感器、电动闸阀、工业控制计算机等主要设备，对 井下主排水泵控制系统进行全新的改造。 2立项必要性 项目开发人员通过考察和探讨，决定
3、采用一种性 能更为可靠的多节点光纤通讯产品双环自愈光端 机。在多节点的网络中，每台光端机电接口挂一个Rs 一232或者RS一485422设备，而双环的概念就是通 过光端机上的2个独立光口串接成2个光纤环路，环 路自诊自愈，当一个环路故障时自动切除，另一环路可 即时替换，各从站故障、掉电、断纤时自动切除，故障恢 复后自动投入，这就大大提高了监控系统通讯的可靠 性能。 基于以太网、数字化矿山信息化矿井的井下泵房 自动化监控系统，具有先进的设计理念，拥有流量、真 空和电路等多重保护信号，并通过网络实现了系统的 远程控制功能；同时，系统的自动运行方式使井下的排 收稿日期：20120315 作者简介：任
4、永忠，男，工程师，1989年毕业于徐州煤炭学校，现任 山东省岱庄生建煤矿机电监区生产监区长。 水泵房可以实现无人值守的自动控制。整个系统具有 高度的自动化，系统简单可靠并且便于维护。它的可 扩展性强，通过双环冗余工业以太网可以方便并接于 矿山其他的数字化智能系统，控制系统的可靠性和完 善性，使其达到了国内先进水平，在当今的现代化矿井 排水泵房及其他企业的各类泵房中具有极高的推广使 用价值和广阔的应用前景。 3 实施方案 本项目方案的关键技术在于采用了一种性能更为 可靠的多节点光纤通讯产品即双环自愈光端机，大大 提高了监控系统通讯的可靠性能。方案将原来单一的 人工手动开泵方式，改造为基于PLC控
5、制的自动化及 远程控制系统。同时更新手动闸阀为电动、手动两用 闸阀，保留真空射流手动闸阀，再与其并联一路真空射 流电动闸阀，即使电动闸阀损坏也不影响手动开泵，再 增加一套可靠的引水装置一真空泵，大大提高安全系 数。 此泵房自动化控制系统主要由PLC控制柜、操作 台、LED模拟显示屏、触摸操作屏、就地控制箱、各种传 感器和智能数字仪表和地面上位工控机等组成。系统 结构示意图如图1。 系统控制部分和控制核心选用高性能可编程序控 制器西门子PLC。检测部分分为两部分：(1)模拟量检 测部分，其主要由水仓水位传感变送器、高压柜综保单 元、压力变送器、负压变送器、温度传感变送器等组成， 此部分用于泵房主
6、排水系统运行参数的检测；(2)开 关量检测部分，将高压启动柜中的真空断路器状态、电 动球阀的工作状态与启闭位置、等开关量信号接入 PLC，可检测系统运行状态。而执行部分则由下位机 及所控制的对象组成，可完成对水泵、电动闸阀、电动 球阀、高压柜等设备控制。以PLC为主处理器的自动 化系统通过检测水仓水位和其他参数，控制水泵轮流 工作与适时启动备用泵，合理调度多台水泵运行。系 统的基本控制原理如图2所示。 156 东撼晨科技 2012年第3期 图1 中央泵房自动化系统的结构图 图2水泵自动化糸统原理框图 系统通过以图像、图形、数据、文字等方式，直观、 形象适时地反应系统 ：作状态以及水仓水位、电机
7、运 行电压、电流、功率、电动机温度、轴承温度、水泵轴承 温度、排水管流量等参数，PLC通过通讯接口和通讯协 议，与光端机、以太网交换机进行通讯，通过高速环形 矿用光纤将系统工作状态与运行参数传至地面调度指 挥中心主机，完成各项数据的动态显示；同时操作人员 也呵利用地面中心站将操作指令传至井下交换机，控 制水泵运行。泵房、地面调度监控中心能够通过矿井 以太网系统随时掌握主排水泵的运行状态，水情异常 时能分别在井下泵房、地面调度监控中心实现自动、远 程控制，真正达到了无人值守的要求。 该系统采用双环冗余(自愈式)工业以太网交换 机与PLC、高速矿用铠装光纤形成可靠的矿山工业以 太网络，将水泵的运行
8、分成了自动就地(手动)远程 三种运行方式，从泵房电控室设置的操作台上可方便 地对运行方式进行切换，保证了水泵的安全、可靠运 行。就地方式下，可以从水泵的近控箱操作，也可以从 操作台触摸屏进行操作。远程方式下，从地面上位机 控制画面通过网络进行远程开停水泵的操作。自动方 式则由PLC预置程序全自动控制，通过超声水位传感 器所测的水仓水位(水位分最低水位、正常水位和最高 水位；在水仓最高水位时将启动报警)，合理调度水泵， 自动准确发出启、停水泵的命令，控制水泵自动顺序运 行。在正常工作中，各台水泵可由程序控制，能自动地 依次轮换工作，使水泵的磨损程度均等；当水仓水位超 过正常水位时，能渐次启动备用
9、水泵。当水仓水位达 到最高水位时，能自动接入全部备用水泵并报警。单 台水泵的启动流程图见图3。 水仓内水位高于排水值 水泵中的负压值 否达到启动值? 闸阀按顺序启动水泵开启 调节搠阁开启备用管路 泵中的负压 否达到启动值? - N l 图3单台水泵启动流程图 该系统具有充分宽裕的扩展性，系统通过双环冗 余工业以太网形成矿山信息化网络，采用两台网络交 换机(井下一台，地面一台)组成矿井数字化网络，不 仅可实现井下水泵的自动化控制，还为以后实现压风 机、通风机、运输皮带以及中央变电所的无人值守、远 程控制预留了足够的扩展接口。 4 系统优点 改造后的系统操作简单，安全可靠，实现了全自动 和远程开泵，通过“一键式”开泵，也降低了水泵司机 的劳动强度，杜绝了操作失误而带来的安全隐患。 该系统自动化控制避免了峰期开泵，完全把水泵 控制在谷期和平期开泵。该系统完全避免了水泵的非 真空启动及其它非正常情况下的设备运行，而且JLjf控 制各泵轮流工作，大大减少了对电机和水泵的损害，使 每台磨损程度均等，从而延长了水泵的使用寿命。
