谈谈济宁济宁三号煤矿泵房自动制约系统运用

论文导读：
【摘 要】文章对兖矿集团济宁三号煤矿井下泵房水泵自动化控制系统进行了分析，阐述了该系统的构成、工作原理和运行方式。通过该系统实现了矿井排水系统的智能化、自动化、网络化控制。
【关键词】矿井泵房；自动化控制；PLC
传统的煤矿井下水泵机组控制大多是采用就地控制方式，即采用由井下泵房值班人员通过手动控制的方式开启水泵，这种控制方式存在操作繁琐、水泵启动不及时、占用过多资源等缺点，不利于矿井提高生产效率，降低生产成本。而且由于在煤矿井下的水泵房内，环境条件恶劣，噪音较大，气温偏高，值班泵工容易疲劳，特别在发生水灾的情况下，留人值守泵房也有一定的危险性。因此，实现矿井泵房自动化控制非常有必要。济宁三号煤矿于2006年开始对井下泵房实行自动化改造，在经过本次改造后，能够实现泵房的自动化控制，既减轻了工人负担，实现无人值守，也为全矿井进行联网监控，统一指挥奠定了基础。
1 泵房自动化系统的技术指标及技术要求
（1）泵房自动控制系统具备远控（地面控制）、近控（现场控制）方式下全自动集控（可实现泵房无人值守自动控制运行）、就地半自动控制、手动三种工作方式。
（2）在水仓水位满足条件的前提下，系统能按避峰填谷的原则进行水泵的启停控制，按连续运转的时间长短控制倒机运行。
（3）对电机和水泵的运行参数及保护参数进行实时的监测和传送，这些参数包括：电机温度（定子温度和轴温）、实时流量、水位、真空度、电流、水泵出水口压力、电动闸阀的位置信号、过转矩信号等。
（4）控制装置及配套设备皆为矿用一般型或防爆型。
（5）具有系统故障自诊断功能等。
（6）按操作规程要求的顺序进行水泵的启动和停止操作。
（7）界面直观友好，操作简便，功能齐全，人机界面全中文显示，具有实时报警监视。
（8）保证整个系统运行可靠、故障率低、维护方便、修改灵活。
2 泵房自动化系统的主要功能及特点

2.1 数据采集和处理

（1）对模入量、开入量、脉冲量和温度量进行数据采集和处理；（2）数据有效性合理性判断；（3）报警登录；（4）发生事故时，启动事故处理功能（如事故追忆、语音报警、相关画面推出、温度趋势分析判断和保护以及自动停泵等）。

2.2 过程的自动控制

（1）泵组的启、停操作；（2）闸门启闭控制；（3）泵用电开关自动控制；

2.3 统计及计算

（1）计算各电动机实时有功；（2）泵房日、月、年总用电量；（3）泵房日、月、年泵组开停次数，累计运行时间；

2.4 画面显示

人机界面软件是整个监控系统重要组成部分，它通过动感图形来表示实时控制生产过程的设备和运行情况，给人以生动、一目了然的效果。将实时数据快速准确、形象直观地通过图形方式在屏幕上反映出来，同时能接收用户指令作相应的操作控制。

2.5 报表查询和打印

（1）采用Excel电子表格方式组织、显示报表；（2）支持允许日志、月、年典型统计及特殊统计等各种表格；（3）报表以及文本、棒图、饼图等图形直观显示，图文并茂；（4）通过年月日选择，检索历史报表。

2.6 防误操作功能

（1）计算机监控软件有多级操作等级，不同等级的运行人员具有的操作权限不同，较高一级的运行管理人员具有比他低级别的运行管理人员的所有权限，并且可以进行较低级的用户权限的删除、修改与添加；
（2）具有锁论文导读：运行，提高了泵房的可靠性、用电效率、经济效益和现代化管理水平。泵房的自动化在矿井的综合化数字信息建设进程中，发挥着重大的作用，在实际应用中，也有着广泛的前景。参考文献：熊树，煤矿井下排水泵组无人值守自动化系统的设计.煤炭工程，2007（11）.李泽松，寇子明，李瑞.采区水泵房自动摘自：毕业论文结论{#GetFullDo
功能。只有输入的正确，参数输入和操作按钮才起作用，否则不允许任何操作。具对错误操作及本站的操作范围有所提示，软件可引导操作员一步一步完成操作。

2.7 远方诊断功能

监控系统具有远方诊断及远方维护功能。通过远方诊断及维护系统，可以实现远方故障诊断及远方系统维护。
3 泵房自动化系统的工作流程
泵房水泵启动的过程为：检测吸水井水位达到限定值，启动真空射流系统，检测真空度，在真空度达到要求后开启水泵，检测水泵出水口压力，开启水泵出水口电动阀门。

3.1 水仓水位监测

水仓水位监测是系统自动化的重要参数，通过对水位的实时监测，确定何时启动水泵。济宁三号煤矿泵房水位监测系统位于泵房吸水井内，而吸水井与水仓相连，与水仓水位相同。当监测到吸水井水位达到限定值，开始启动开泵的自动化程序。

3.2 启动真空射流系统

水泵泵体内无水的情况下起动，由于空气密度比水小得多，无法把水吸到泵体内；而且在无水情况下，而且由于密封填料与泵轴的干摩擦，会造成定子与转子之间的热咬合，影响水泵的寿命，因此水泵起动前必须先进行抽真空或者注水。泵房采用使用射流系统对泵进行抽真空。在自动化改造前，射流系统主要由真空表和射流管路、射流阀组成。如图1所示：
在自动化改造后，添加了负压传感器、高压电磁阀及过滤器、低压电磁阀及过滤器、高低压射流回路，如图2所示：
1—新增负压传感器；2—高压电磁阀及过滤器；3—新增高压射流回路；4—低压电磁阀及过滤器；5—新增低压射流回路
水泵自动化系统在开启水泵前通过PLC控制电磁阀，开启射流系统，并通过负压传感器检测水泵负压值，在负压值达到设计值时，开启水泵。

3.3 水泵的启动及开启电动阀门

当水泵的负压值达到开泵要求后，PLC控制系统启动水泵电机。水泵电机起动时，因为离心式水泵轴功率特性曲线，在零流量时具有最小起动电流值，为了降低起动电流，水泵操作规程规定：离心式水泵一定要关闭出水闸阀进行起动；当水泵停机时，为防逆止阀突然关闭，水流速度剧烈变化，造成水击事故，必须先关闭出水闸阀，缓慢减小水流流速，最后停机。在开启水泵电机后，监测水泵出水口处压力传感器的压力值来判断水泵是否正常启动。压力传感器主要监测两个压力值：一是出水口电动阀门尚未打开时的压力值，此压力值反映了水泵的初始扬程；二是电动阀门打开后的压力值，此压力值与正常排水的扬程相对应。水泵正常启动和运行时，这两个压力值应该超过或者等于设计值。当压力传感器检测到出水口压力达到设计值后，通过PLC控制系统开启电动阀门，水泵正常运行。

3.4 水泵运行参数的监测

通过传感器等可以检测出水泵运行时的排水流量、轴温、转速、电机温度、电流、功率等水泵和电机的工作参数，以监测水泵机组的运行情况，并适时进行调节。当井下水量过大，水仓水位没有下降或者依然上涨时，PLC控制系统开启第二台水泵，以加大排水量。

3.5 水泵的停止运行

当水泵开启一定时间，水仓水位下降到设定值后，PLC控制系统开启停泵程序。停泵时先关闭出水口电动阀门，完全关闭后停电机，水泵停止运行。
本系统投入使用后，运行稳定，控制操作方便、灵活可靠，不仅满足了井下排水的需要，而且提高的矿井的自动化水平。通过泵房的自动控制系统的改造，可减轻工人的负担，使泵房实现无人值守，也为全矿进行联网监控，数字化建设奠定基础。同时自动化系统可以按照“避峰填谷”的原则，合理的调度各台水泵的运行，提高了泵房的可靠性、用电效率、经济效益和现代化管理水平。泵房的自动化在矿井的综合化数字信息建设进程中，发挥着重大的作用，在实际应用中，也有着广泛的前景。
参考文献：
熊树，煤矿井下排水泵组无人值守自动化系统的设计.煤炭工程，2007（11）.
李泽松，寇子明，李瑞.采区水泵房自动摘自：毕业论文结论www.7ctime.com
排水系统方案探讨.矿山机械，2005（2）.