采区水仓自动控制与集中监控系统应用实践

2020-03-03范文

江西煤炭科技 2020年1期

范文

（山西新元煤炭有限责任公司，山西晋中 030600）

1 概述

井下水泵是煤矿生产的重要设备之一。实现井下水泵的远程控制与监测，是综合自动化建设的重要组成部分[1]。新元煤矿井下中央水泵房有5 台型号为MD 450-60×10 耐磨离心泵，8 个采区水仓，水仓有效容积50～200 m3不等。采用人工方法进行注水排空、开动闸阀、触摸泵体温度巡检，泵的起停依赖工人的经验。由于巷道内设置的小水仓较多，人工排水任务量大，且不安全可靠，建设采区水仓自动化控制及地面集中监控系统很有必要[2]。

2 自动控制与集中监控系统

2.1 监控调度层

为直观查看井下水仓排水情况，调度室建设了地面监控主站，监测工控机、组态软件、视频管理和VOIP 音频共同构成地面监控调度层[3]。监控主站可以实时掌握井下水仓排水状况，一旦发现异常情况，立即启动预警，停止生产，进行检修，确保矿井排水系统安全。

2.2 区域控制层

在中央水仓控制室建设区域控制层[4]，采用KJD127 型井下防爆计算机，具体参数见表1。该计算机内嵌组态软件，能与DXB1140/220 型矿用隔爆型电源箱接口配套使用，通过网口接入9～16 路视频信号，组态画面可切换显示。

2.3 本机控制层

本机控制层采用KTC102+型控制器。该控制器具有集控、就地、手动、检修控制四种方式，见图1。该控制器性能参数见表2。当切换到就地控制模式时，系统将不再进行自动控制，可根据当时工况自由组合启停泵号，西辅3#水仓自动化监控就地控制见图2；当切到手动控制模式时，开启和停止水泵由就地控制点的操作进行控制；检修方式控制取消传感器保护或故障的制约，手动操作泵和闸阀，此方式切换便于检修等特殊情况。

表1 防爆计算机参数

图1 KTC102+的四种控制方式

图2 西辅3#水仓自动监控就地控制

2.4 设备层

排水系统主要设备包括电机、水泵、排水管道、管道阀门等。除在电机、水泵和管道上做部分机械结构的改动以满足传感器的安装需要外，主要是将原排水阀门更换为电动可控阀门，采用多回转矿用隔爆型（ZB 型）阀门电动装置，实物见图3，适用阀板做直线运动的阀门，如增加二级减速蜗轮箱后还可用于阀板做90 度回转的阀门。

表2 KTC102+控制器性能参数

图3 ZB 型阀门电动装置

2.5 通讯网络管理层

该层设备主要包含环网、环网交换机，扩展交换机、VOIP 语音终端，整个通讯网络构成结构见图4。

3 功能优化

3.1 水位自动监控功能优化

自动化控制系统根据水位的高低自动发出开、停水泵命令，选用高精度的超声波液位传感器作为水位传感器，以确保水位监测的可靠、准确[5]。根据水仓深度和工况设定四个水位限值：H1/H2/H3/△h（水位值通过投入式传感器送入控制器），再设定组态智能控制低电价阶段和高电价阶段，依据水位两种智能逻辑，并实现智能切换，从而达到避峰就谷，节能降耗的目的。

3.2 参数传输及故障保护改造及功能

自动化控制系统中的前端采集设备收集水仓水位、水泵流量、水泵压力等参数，并将所采集的参数及其设备工作状态通过通讯网络传送给地面监控的控制中心，控制中心进行分析、判断和处理。自动化控制与地面监控系统对排水设备安全性、可靠性设计了故障保护：

（1）流量保护：水泵启动后或正常运行中，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本台水泵停车，转为启动另一台水泵。

图4 水仓监控、管网监测网络结构

（2）电动闸阀故障：由电动机综保监视闸阀电机的主要保护并参与控制。

（3）传感器保护：针对当前压力、水位传感器容易损坏的现场特性，采用高可靠性、抗干扰防爆电源滤除电源干扰，增加传感器的检测精度和使用寿命。

3.3 水泵轮换自动控制改造及功能

水泵轮换控制是排水设备综合自动化控制系统的关键环节，控制该环节的设施有区域控制器KJD127、中间继电器、变频器等，根据采区水仓水位变化自动控制水泵开启和停止，以确保整个水仓的正常排水。水泵采用一用一备，若遇故障，自动化控制系统立即启动备用水泵运行，故障水泵停止运行，检修人员立即对其维修。

4 应用效果

采区水仓自动化控制与地面集中控制系统的地面监控见图5，应用效果良好，达到了理想的状态。

图5 地面监控画面

（1）技术效益

能够采集水位、压力、流量等各种数据，采用自动、就地集控和手动三种控制方式良好控制水泵安全可靠运行；针对采集的数据生成报表和分析曲线，按多种条件生成统计报表，为节能减排提供可靠准确的基础数据，便于决策。

（2）经济效益

该系统投入运行以来，水仓无需人工看守，无需人工进行水泵启停的各种操作。水泵可以根据水仓的水位进行自动排水和停止，减少了水仓排水所用的人工工时。井下8 个采区小水仓每班减少8 个排水岗位工人，每天三班共减少24 人，按每个工人每年的平均应领工资7 万算，每年能节省工资成本约168 万。由于传感器的智能性以及水泵运行动态的实时监控，水泵能够及时启停，明显减少了水泵的事故率，从而降低了水泵的维修和采购成本。

（3）安全效益

降低了淹没水仓的安全隐患，有效避免了因频繁更换损坏设备搬运、安装过程中可能出现的工伤等安全隐患，全面提高了矿井排水工作的效率和管理水平，为今后矿井生产综合自动化打下良好基础。