中马村矿主排水泵房自动化控制系统的研究与应用

摘要：中马村矿主排水泵房集控系统采用矿用隔爆兼本安型可编程控制器，该控制器PLC采用西门子S7-300系列，采用射流或真空泵进行抽真空，通过在现有设备的基础上进行安装相关设备及传感器，实现对现场的开关量、模拟量等信号的采集控制，以PLC为控制中心，实现地面通过上位机开停水泵，现场利用操作台进行水泵开停操作。实践表明该系统实现了井上下对水泵运行各类参数的实时监测，降低了工人劳动强度，最大限度减少了耗电量。

关键词：煤矿；排水系统；PLC；上位机

中图分类号： X752 文献标识码： A

中马村矿井底南泵房共安装有十二台型号为MD600-55×6轴流式水泵，传统操作方式复杂，劳动强度大，无法对水泵运行过程中各类参数进行实时监控。针对本矿实际情况和要求，在泵房配备一个本安操作台、十二个就地控制箱与一台PLC可编程控制器相结合，完成泵、电动球阀的就地控制，在原来的射流阀上并接一个电动球阀以达到电控的要求，同时配备水位、流量、温度、正压、负压等传感器。系统建成后可以实现自动采集水泵的各种运行参数；根据水仓水位、生产工作及负荷情况控制水泵自动工作。根据监测到的信号判断水泵的工作情况；可远程、就地控制水泵的启停。在矿井地面调度监控中心可完成对水泵控制的各种操作及查看视频图像。

1、实施方案

（1）球阀改造：配备两个电动球阀分别在手动射流阀处并接一个和在手动出气阀处并接一个，经过改造实现了引水方式的电动控制。

（2）闸阀改造：将现有手动操作的闸阀更换为全自动闸阀。

（3）配备一台操作台，完成泵、电动球阀的就地监测和控制。

（4）配备一台PLC可编程控制器作为主站，完成十二台泵的控制和数据采集，另外配备十二个就地控制箱作为从站，完成对每台水泵的就地控制。

（5）九趟管路分别配备一个流量计，监测每趟管路的流量。

（6）每个水仓分别配备一个水位传感器，完成对水仓水位的实时监测。

（7）每台泵配备一个正压传感器和一个负压传感器完成对泵的正压和负压的监测。

（8）每台泵配备一个电流变送器对泵的工作电流进行监测。

（9）在泵房、变电所分别安装2台防爆摄像仪，用于在集控室的监视器上监视水泵的运行工况。

2、系统功能

2.1远程控制功能

远程控制主要是由地面控制主机完成各水泵、电动球阀的控制，其控制方式有两种：集控自动和集控手动。

集控自动控制方式时，系统根据工况设定，以及时间、水位等参数自动开启、停止水泵的运转、并能实现泵阀的联锁起动，对运行中的各种参数进行实时控制，通过接口向上传送数据。根据所监测的水位信号，设定出低水位、高水位和上限水位信号。每台水泵设置运行、备用和检修三种工作方式，当水位达到高位或不在高位而处在用电低谷时间内，将自动启动运行泵。当水位达到高位或不在高位而处在用电高峰时间时自动停泵。当水位到上限水位时，自动启动“运行泵”及“备用泵”，直到水位低于高位时停止“备用泵”只运行“运行泵”，当低于或不在高位而处于用电高峰时间内时自动停泵。当运行的水泵出现超温、开关柜故障、流量不够时自动停止运行，并提示报警。

集控手动控制方式时，由上位机手动选择好要启动的水泵，手动启动和停止泵的运行。

2.2就地集控功能

根据实际需要也可以从远程控制方式切换到就地控制集控方式。系统采用就地集控操作时，由工作人员根据生产需要以及设备状况，操作本安操作成单套水泵设备的启动、停止。

2.3就地急停功能

不论在何种控制方式下，均可通过急停按钮来停止该设备运行。

2.4系统保护功能

（1）超温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC 实现超限预警 、报警；

（2）流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本台水泵停车，自动转换为启动另一台水泵；

（3）电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、低电压等电气故障，并参与控制。

2.5软件监控功能

地面监控机房配备有两台上位机，一台主机，一台备机，采用IFIX组态软件，通过环以太网与井下泵房PLC通讯。上位机监控主要由主监控界面、单台泵运行界面、历史曲线界面、故障报警界面等组成。

（1）提供用户管理并具备相应的权限，具有安全密码，没有权限的人员不能对监控系统进行查询、设置、删除文件等操作。

（2）实时监测主排水泵房系统的运行状态和各个实时参数：泵开停、故障状态，泵的出口压力，管路流量，水仓水位，电磁阀开关状态，闸阀开关状态等。显示各个参数的实时曲线和历史曲线：实时曲线动态显示，对重要的电机参数以曲线方式实时在线动画显示，便于跟踪故障分析动态参数,根据历史曲线可以查询每个参数在一段时间内的变化趋势；

（3）实时显示系统各类故障状态显示、报警和历史报警查询：当有报警产生时，可通过声光和组态画面显示的报警信息方式提示操作人员有报警发生，以便操作人员能即时了解各个设备的运行情况，通过历史报警查询可查询任意时间段报警发生情况；

（4）能够动态显示管路水流动画、动态显示水池水位等 。

（5）根据丰水期和淡水期的变化情况，设定不同的排水水位，确定水泵路的自动化运行图表，实现排水自动化系统的节能和优化运行。

（6）通过集控中心的客户端能够实现对泵的启停控制。

2.6通信接口扩展

控制系统通讯接口采用统一、标准的接口组件，通讯协议采用标准、开放的协议，能够与整个矿井综合自动化信息系统无缝连接。

3、结语

系统建成后实现了自动采集水泵的各种运行参数；根据水仓水位、生产工作及负荷情况控制水泵自动工作。根据监测到的信号判断水泵的工作情况；可远程、就地控制水泵的启停。在矿井地面调度监控中心可完成对水泵控制的各种操作及视频图像，提高了矿井的自动化水平。

参考文献：

[1]高林．煤矿井下排水系统的研究与开发[D]．太原：太原理工大学，2007．

[2]张大鹏，金强．矿井主排水泵自动化控制的研究[J]．煤矿机械，2007,4(35):138-139．

[3]谭国俊，韩耀飞，熊数．基于PLC的中央泵房自动化设计[J]．工矿自动化，2006.2(1):48-50．

[4]陈祥思，王磊．西门子自动化产品在煤矿中央泵房自动化控制系统中的应用[J]．控制系统，2009,7:104-105．

[5]李瑞．井下排水系统的检测与控制研究[D]．太原：太原理工大学，2006．

[6] 潘忠、陈桂兰.济宁三号矿井井下主排水泵的自动化设计. 煤矿自动化，2001年第4期.

[7] 张孝颖、张丰敏、张学松. PLC在煤矿井下主排水控制系统中的应用. 中国煤炭，2002年8月第28卷第8期.

[8] 郭宗仁，吴亦锋，郭永编著，可编程控制器应用系统设计及通信网络技术.北京，人民邮电出版社，2002.