新型矿井中央泵房自动化检测系统的应用

李为行++解洋++王红

摘 要：本检测系统通过检测水仓水位和排水量等参数，从而控制各水泵的工作状态并适当启动备用水泵泵，合理调配水泵工作，实时地反映水仓水位、各水泵工作状态、排水管流量以及电机工作电流等参数。该系统的通讯模块与综控主机可实现数据互换，大大提升了矿井中央泵房自动化检测系统的精度。

关键词：自动化；水泵；触摸屏；工作状态；数据交换

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.175

矿井中央泵房是煤矿安全系统的重要组成部分，是保障煤矿生产安全运行的守护神。目前，我国矿山中央泵房的自动化检测水平和发达国家还有较大差距，该新型自动化检测系统应用可大大提高矿井运行的安全性和实效性。

1 系统组成

1.1 控制台

控制台负责整个系统的控制程序（PLC）的运行。本PLC带有以太网口可直接与交换机相连。控制台设有控制按钮、数字显示屏和报警信息，负责防爆电动执行阀的低压配电，它与PLC共同实现对电动闸阀的各种智能控制。

1.2 传感器和智能数字仪表

液位开关和超声波液位计用来检测电机定子和轴承的温度、各水仓的液位深度等参数。远传负压表用来检测射流泵排真空时真空度是否达到设定值。远传正压表用来检测水泵出口的压力是否达到设定值。采用涡街流量传感器用来检测整个水泵控制系统的排水能力。

系统运行的电流和电压参数可以由微机保护装置通过多功能口的交换机直接传到PLC和上位机，以图形或数字的方式显示。

PLC通过通讯协议和通讯接口，与以太网交换机进行数据传输。矿用光纤将系统运行参数与工作状态传至地面，实现测得数据的动态显示；操作人员可在地面将操作指令传至井下交换机，控制泵房运转。井下安全生产监控系统与地面生产调度监控中心可实现联网，管理人员可实时掌握泵房主排水系统设备的工作状态和检测数据，监测监控主机可实时呈现主排水系统运行运行参数图表、模拟图、、记录系统运行状况和相关故障。

2 工作流程

矿井排水系统在中央泵房设置3台泵，水仓设水位传感器按照水位输出4段开关量信号，传感器输出信号通过PLC，能够实现自动开、关泵的功能。矿井发生水灾时，全部泵必须都能开启。射流泵与真空泵配套，以射流泵为主，真空泵为辅，分别配有电动响应闸阀、正压表和负压表。当水位到达预警值时，水位报警装置立即报警，水位自动控制开关将射流泵电动阀门打开，当射流泵真空度达到设定值时，主排水泵自启动并立即开始运转。此时主排水泵电动阀导通，水泵开始排水，同时射流泵电动阀门截止，射流泵停止工作。待井中水位降到设定值时，低水位短时报警，水位控制开关控制主排水泵阀门进行关闭，停机。当射流泵出现故障不能正常工作时，自动切换到真空泵工作状态。该系统与矿井安全监控系统联网，矿井以太网系统建立的了面调度监控中心与水泵房控制室互通互联的通讯机制，管理人员可随时调取运行数据，实时研判主排水泵的运行状态，可实现水泵房控制室与地面调度监控中心的远程自动控制，如果水情异常可立即触发声光报警。

3 主要功能

PLC自动化控制系统可基于井下用电量的峰谷值、水仓水位的高低综合供电部门所划定的平段、谷段和峰段供电电价时间段等因素，建立数学模型，合理调度水泵运行，根据现场工况决定水泵的起闭顺序和同时开启水泵的数量，当现场出现险情时可及时报警，管理人员可依据险情程度启动相应紧急预案。

本系统配置的水位传感器为投入式模拟量信号输出的高精度传感器。用电负荷率可依据检测到的井下供电电流值计算得出；控制程序将收集到的水位模拟量信号分成若干个水位段，可分别计算出不同水位段水位在单位时间内的上升速率，从而计算出矿井的涌水量，根据矿井用电负荷和涌水量，控制系统可在一天中电价最低和用电低峰时启动水泵，用电高峰和电价高时停止水泵运行，以达到避峰填谷的节能目的。

4 控制方式

该系统通过设在井下集中控制台上的转换开关和调度中心远程控制计算机实现操控方式的切换。操控方式分为井下集控、井上集控和就地控制。井下集控和井上集控还分为自动控制和手动控制。

就地控制方式，通过每台水泵的就地控制箱和集控台上的按钮，实现对各个水泵和其他设备的控制，此控制方式在应急状态和定期维护时使用，设备的起停没有锁闭装置的限制。

地面集控+手动方式，即通过地面集中控制室内上位机的相应按键实现对每台设备的控制。受闭锁条件限制了每台水泵的起停顺序。

地面集控+自动方式，上位机又分为半自动和全自动两种方式。半自动方式下，水泵所对应的各设备的起停状态受控于地面控制室內上位机相应泵的起停按键，每台水泵的起停顺序受闭锁条件的限制。处于全自动方式时，首先要选择哪一台泵投入全自动，选择完成后该泵在满足非低水位及“避峰添谷”时间或高水位时自动对该泵系统进行起停控制。闭锁关系及起停顺序与半自动方式下一样。在设备启动前首先要选择设备控制方式，就地/地面集控/井下集控，就地/手动/自动。选择排水管路，1#管路/2#管路。在自动方式下要选择射流泵，1#射流泵/2#射流泵。

5 结束语

实践证明该新型矿井中央泵房自动化检测系统运行稳定、易于操作、自动化程度和可靠性高，可实现较高的社会效益和经济效益，更重要的是为煤矿的安全生产提供了可靠的技术保障。

参考文献：

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作者简介：李为行（1982-），男，山东枣庄人，工学硕士，讲师，研究方向：数控加工技术。