电气自动化技术在煤矿排水系统的应用与研究

孙俊杰

冀中能源邢矿集团正珠煤业 山西 晋中 032600

1 前言

正珠煤业中央泵房安装了3台DF280-43×6型矿用多级耐腐离心水泵，配套电动机功率为315kW，电压10KV，矿井在正常涌水时1台工作、1台备用、1台检修；最大涌水时2台工作，1台备用检修。安装一套ZPZ15/660型自动化排水系统，实现了对主排水系统的自动化控制。

2 自动化排水系统的概念

自动化排水系统主要实现对水泵、电动闸阀、电动球阀、配水电动闸阀的自动控制，实现水仓液位、水泵出口压力、真空度、排水流量、电机温度、轴承温度、水泵电机电压、电流等的监测，通过现场总线和工业以太环网实现与其他系统的数据通讯和数据共享，实现远程设备维护诊断；根据积累的历史数据，统计出矿井每天的用电负荷情况，确定用电高峰、低谷时间，实现“避峰填谷”、分时用电。 减轻操作人员负担，最后真正实现无人值守的目标。

3 主要技术内容

该系统用于水泵房的集中分布控制；在井下中央变电所设PLC集中控制站，采集各种信号，按照工艺流程控制各台水泵及相应的闸阀，显示各种工作状态。井上配置的远程控制模块能在地面全程监测水泵房的运行状态和控制水泵的启动停止，实现水泵运行参数的上传，纳入全矿自动化控制平台；同时配置视频监控装置，远程视频监控水泵的运行情况。整个集中控制系统由PLC集控及监控部分、就地控制部分和现场设备三大部分组成，其布局如下图所示。

自动化排水控制系统示意图

(1)采用排水用隔爆兼本质安全型控制柜对水泵房设备运行实行在线监控，自动、半自动、手动控制水泵的启停及矿用电动液控闸阀的开启及关闭，并具有自诊断功能，可实现水泵房的自动排水。

(2)水泵房自动化排水系统通过以太网接入矿井工业以太干网，实现水泵房监控子系统与全矿井的监控系统信息共享，系统配置视频监控系统，能在地面视频监控水泵的运行状况。

(3)自动排水用隔爆兼本质安全型控制柜采用西门子系列PLC及先进的过程控制软件，综合考虑矿井各种安全信息，实现井下排水监控系统的最优控制策略；井下排水监控系统的报警，信息显示，报表统计处理全部融入整个矿井监控系统的数据系统。

(4)水泵房现场的集中操作台及地面远程控制模块的工业计算机以计算机图形界面结合现场操作，最大程度简化操作与状态显示。

(5)采用非接触式超声波传感器监测水仓水位，根据水位控制原则，自动实现水泵的轮换工作。

(6)结合水仓水位和电力负荷信息，以“移峰填谷”原则确定开、停水泵时间。

(7)系统具有多种通讯协议可选，可与系统互联互通，软件修改可在地面控制室和井下变电所内完成。

(8)实施监测水泵各工况参数，包括水位、电压、电流、压力、功率、流量、温度、真空度等。

(9)水泵房自动排水装置有三种工作方式：“自动”、“半自动”、“检修”。

①自动：控制柜PLC采集各种信号，按照排水工艺流程，合理确定开启水泵台数、自动完成从抽真空、开闸阀选择排水管路、启泵排水全过程，多台水泵可轮换工作。自动方式下全过程无须人工干预。

②半自动：根据水位，人工选定排水泵、排水管路，手动开停水泵。泵抽真空、开闸阀选择排水管路、启泵、水位间有联锁关系，单台泵排水过程自动完成。

③检修：单一操作任一水泵、液控闸阀、电动球阀等，相互间解除闭锁关系。

(10)自动化排水系统具有实时存储功能。存储功能包括：①水位、温度等主要测点模拟量的实时监测值；② 模拟量统计值(最大值、平均值、最小值)；③ 报警及解除报警时间及状态；④设备开/停时间及状态；⑤设备故障/恢复正常工作时间及状态等。

(11)自动化排水系统通过控制柜PLC采集模块能够准确的将水位、电机电流、水泵的排水流量及水泵工作状态、电动液控闸阀状态和水泵出水口压力等数据传送至地面工业控制计算机。

(12)地面远程控制模块应由工业控制计算机、三维组态管理软件、网络传输部分组成，通过计算机网络，同步显示现场工况。远端监控具有开放的接口，可以扩展功能或接入其他系统。

(13)自动化排水系统具有远程编程、现场编程、完善修改系统功能，具有较强的兼容性和扩展。

4 自动化排水系统特点

(1)改系统采用先进的可编程控制器，以及模块化结构，具有清晰、易懂、便于工作人员维护等特点。

(2)采用水位实时采集控制运算，自动监测水仓水位、水泵和电机等的启动和运行运行状态，大大减少工作人员工作量，增加了水泵的使用寿命。整个系统安全可靠；

(3)具有手动、半自动、全自动三种工作方式，能在不影响全系统排水的同时检修本系统；

(4)利用地面监控系统显示水泵的运行状况，实时显示水位、故障报警、故障记录以及记录查询等功能实现水泵房无人化操作和远距离监控，并能远程视频监控井下的水泵运行状态。

5 结束语

自动化排水系统在我公司投用以来，运行稳定可靠，完全满足现场实际需求。具有操作简单方便，安全可靠性高等特点。减轻了工作人员的劳动强度，降低了设备的故障率。实现了泵房的无人值守。