煤矿井下自动化排水系统在实践中的应用

2019-02-17王语

设备管理与维修 2019年14期

关键词：水仓排水泵控制柜

王语

（唐山冀东矿业安全检测检验有限公司，河北唐山 063018）

0 引言

以开滦能源化工有限公司吕家坨矿业分公司950 排水泵房为例，通过此煤矿应用自动化远方控制系统后，实现泵房无人值守远方控制井下的排水系统，说明使用自动化排水系统在生产中的意义和重要性，提高井下排水自动化系统的运行效率。

1 意义和必要性

煤矿企业生存发展的需要，自动化排水系统的应用是煤矿企业减人提效，减低成本有效手段；能够有效的实现水灾预警，减少煤矿企业安全隐患；是实现矿井数字化的重要组成部分，他的实现能够提高煤矿企业社会形象，是煤矿企业社会科技发展的必然结果。

开滦能源化工有限公司吕家坨矿业分公司950 排水泵房正常涌水量是269.4 m3/h，最大用水量是466.2 m3/h，安装MD450-60*4G 排水泵8 台，设备用量多，消耗电量占企业原煤成本的8%。在当前煤炭企业节能减排，煤矿企业间竞争压力大的情况下，正确配备排水泵，合理利用主排水泵运行时间，提高系统运行的综合效率，对于煤矿节支降耗有着重要意义。

2 主要内容

（1）自动化排水系统的实现主要针对排水泵、出水电动闸阀、注水电动球阀的自动控制；水仓（高、低）水位、流量（瞬时和累积）、水泵（进、出口）压力、电流、电压、电动机（前后轴、定子）以及排水泵前后轴等处温度全面监视。通过现场总线实现数据共享，对设备远程控制与监视；根据控制水仓液位实现定点开泵，躲峰填谷、分时段用电。

（2）通过配有的图像采集和视频监控设备，各类传感器进行信息采集，通过计算机构建的网络模块分析数据，为管理人员做出判断和分析提供依据，利用自动化控制系统进行远程监控和实时监视，实现井下中央泵房无人值守。

（3）系统的组成灵活，既可以直接接入本矿安全监测网，又可单独组成井下自动化排水监控系统。

3 目标

3.1 实现无人值守目标

通过自动化排水系统的安装和使用，实现设备管理动态化；事故预防、判断超前化；实时显示数字化；设备操作自动化。从而实现原有泵房无人值守的目标。

3.2 应用前景

矿井自动化排水系统是一个综合性管理系统，他结合、运用国内煤矿最新产品技术，如监测、保护设备、有线传输技术，综合利用这一煤炭技术成果，为煤矿的安全生产、日常动态管理、事故应急救援带来全新的管理方式和技术应用，是煤矿企业数字化发展的必然趋势。

3.3 经济效益

采用该系统后，①排水泵的启泵时间得到合理安排，做好“躲峰填谷”工作，降低电费支出；②对管路效率、流量等数据监测，合理利用水泵工况，提高整个排水系统的综合效率，降低水泵吨水百米电耗；③通过对水仓泥位的监测，能够及时掌握水仓有效容量，合理安排清理煤泥时间，减少煤泥淤结，确保泵房汛期安全；对于水仓水位的监测，可以保证高水位的排水，降低低水位开泵次数，避免气蚀，吸水阻力减少，降低泵的磨损，提高水泵使用寿命。950 排水泵房通过该系统的实施，减少用工5 人，年均创效30 万元。

4 排水系统概述

KY-ASCS-PAS 型水泵数字化自动控制系统主要由2 部分组成：井上监视操控部分和现场泵房控制部分。

4.1 井上监视与控制部分

监视控制部分采用地面操控室集中监控，用于控制井下数据上传和排水泵的开启，从而实现排水泵的自动化功能；井上控制室配备有功能齐全的操作系统，用于实现全矿井内的排水监控与控制，利用矿井的监控网络系统将采集到的信息传送到全矿井的自动综合平台，实现信息共享。通过监测系统可以看到模似现场实际设备的具体情况。排水泵的工作压力、流量、轴功率参数可以从地面控制室监控系统库中读取，水泵运行状况显示在地面控制室。通过控制室显示水仓水位高低情况、电机电压、电流、水泵流量各种参数，可以监测系统当前的水泵运行状态，另外还能监测其他水泵的工作状态（工作、备用、检修）以及运行的管路的都能在地面控制室一目了然。

4.2 系统软件功能

软件具有功能如下：①方面操作的的人机界面，功能齐全、操作简单；②实时数据显示、采集和处理功能，对数据可以永久保存；③随时观察中央泵房水泵的现实运行状态、排水管路；④网络实时浏览以及运行参数实时监测功能。

4.3 水泵远程控制操作步骤

控制系统核心由西门子S7-300 系列PLC 组成，通过PROFIBUS_DP 网络将各个水泵就地柜与集中柜连接成一个整体。水泵的所有监测信号统一送至KY-ASCS-PAS 型矿井中央泵房无人值守自动化系统集中控制柜；根据水位、躲峰填谷等需求编制程序，实现水泵启停。KY-ASCS-PAS 综合控制箱的3 种控制方式：①就地手动、就地自动和远程控制；②远程控制有2种方式：远程水位自动和远程人工手动。

4.3.1 远程控制（水位控制）方式

远程控制（水位控制）可以分为多台控制和单台控制控制方式，操作者根据泵房水位及排水泵实际状况自由掌握。根据水泵实际运行工况情况设定启动方式，利用设定的排水时间、水位设定情况以及分时段用电负荷等多参数自动实现开启、停止水泵的运转，对运行中排水泵的各种重点参数进行实时监控、采集。

4.3.2 就地集中控制方式

操作人员可在PLC 集中控制柜触摸屏上实现一键操作，自动执行排水泵启泵及停泵的全过程。

4.3.3 就地手动/检修方式

设备工作方式打到就地手动（检修）时，可直接在泵房内控制台上实现人工手动操作，开泵或停泵。

5 排水泵自动化排水运行过程简述

地面远程控制（水位控制）根据水仓水位高低情况自动开启、停止水泵的运行，对排水泵运行中的各种参数进行实时监控、采集。根据地面监测到的水位信号，设定水位（低、高和上限及危险）信号。低水位停泵、高水位开泵，水泵正常运行；达到设定上限水位时同时开启工作水泵；达到设定危险水位时，工作、备用水泵全部运行。开泵过程和停泵过程。

5.1 排水泵开启过程

在中央泵房水仓达到设定的高水位时，水位传感器将高水位信号送到S7-300 系列PLC 控制柜，PLC 控制柜接到指令会发出起泵指令，射流泵电磁阀打开，在高压水的作用下形成射流管路和排水泵的真空区，水泵腔内形成负压，将水仓内的水吸到泵腔内，负压信号达到设定的负压值后，PLC 控制柜发出开泵信号，启动排水泵控制开关柜，射流泵电磁阀关闭，排水泵启动，出水口形成正压，压力达到设定值时，出水管路电动阀门自动打开，排水泵正常启动。出水口电动阀门打开一段时间后，水泵运作不正常，电动阀门自动关闭，自动停泵并发出故障报警声光信号，上报控制室。