井下泵房自动化监控系统改造

1、科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2010年第17期0概述改造前，排水系统靠人工手动控制泵的起停和阀的开关（需几分钟时间），自动化程度低，人工干预因素较多，无法利用排水设备与仓容，科学、合理的调度排水量与排水时间，因而现有矿井排水方式存在能耗大、效率低、生产成本高的缺点。改造后，排水系统实现自动化、信息化（遥信、遥控、遥测），集控制、监视、数据传输为一体的水泵数字系统；实施PLC 对电动闸阀的自动控制（开、关）、传感信号的自动检测、对高压馈电和磁力起动器的三遥控制，并将数据传送到地面生产调度中心，该系统目前是自动化矿井的一个子系统。1系统组成11地

2、面控制中心地面控制中心由主操作台、研华工控机、人机界面软件、硬盘录像机、打印机、光电转换器及以太网交换机等组成，它是系统的监测中心，通过以太网（光缆）与泵房控制系统对所有水泵、阀及其附属设备进行监测监控，数据登录、汇总、故障报警且通过打印机将有关数据进行打印。更重要的是公司集中控制中心通过公司环网可以实现对水泵电机及闸阀进行远程故障诊断和启停操作。12井下主泵房控制系统井下主泵房控制系统由操作台、主站控制箱、分站控制箱、高压馈电开关、高压磁力起动器、低压组合开关、就地控制箱、电动闸阀、电动球阀和外围传感器等部分组成。121操作台上显示器、按钮、指示灯等组成，它是系统就地控制的人机界面，它和主控

3、制箱进行数据交换，发出各种命令，同时也接受主控制箱传输的信号通过触摸屏和指示灯进行显示。1.2.2主站控制箱主站控制箱采用西门子S7300PLC 作为主控制单元，完成对五台水泵及相关设备信号的采集、变换及运算工作，作出判断发出各种控制信号，与高压磁力起动器、三个分站控制箱及操作台进行通讯，通过以太网接口与地面控制中心进行通讯。1.2.3分站控制箱分站控制箱亦采用西门子S7200PLC 为主控制单元，完成单台水泵及相关设备的信号采集与控制功能，是本系统中的一个子系统，并通过控制网与主站控制箱进行通讯。1.2.4就地控制箱就地控制箱是系统在手动状态下，通过控制箱按钮手动依次启动闸阀、水泵及相关设备

4、，是自动控制的一种补充，在调试、检修或自动功能不能实现的情况下手开停水泵。1.2.5电动闸阀、电动球阀电动闸阀是实现主排水管路远程控制的阀门，是系统实现自动化控制的重要设备。电动球阀是实现抽真空管路远程控制的阀门，是系统实现自动化控制的重要设备。1.3视频系统在泵房安装3个可变焦、旋转的防爆摄像头，把信号传输到地面，通过硬盘录像机进行设定录像和实时录像2系统功能2.1数据自动采集与检测数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、水泵温度、电机轴温、电机绕组温度、4趟排水管流量；数字量检测的数据主要有：水泵所配的高压磁力启动柜分合闸状态、

5、电动闸阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电动球阀状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力。数据自动采集主要由PLC 实现，PLC 模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，将水位变化信号进行转换处理，计算出单位时间内不同水位段的上升速率，从而判断矿井的涌水量，控制需要几台排水泵的启停。电机电流、水泵温度、电机轴温、电机绕组温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，超限报警，以避免水泵和电机损坏。PLC 的数字量输入模块将各种开关信号采集到PLC 作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停。2.2自动轮换工作为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电

6、气设备受潮或其他故障未经及时发现，当工作泵出现态需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了5台自分理处轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀。2.3自动控制系统控制设计选用PLC 为控制核心，它为模块化结构，由PLC 机架、CPU 、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。PLC 自动化控制系统根据水仓水位的高低、井下用电负荷的高、低峰等因素，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵命令，控制5台水泵运行。为了保证井下安全生产，系统可

7、靠运行，水位信号是泵房自动化一个非常重要的参数，因此，系统设置了两套水位传感器，模拟量和开关量传感器，两套传感器均设于水仓内，PLC 将接受到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，同时检测井下供电电流值，计算用电负荷率，根据矿井涌水量和用电负荷，控制用电低峰和一天中电价最低时开启水泵，用电高峰和电价高时停止水泵运行，以达到避峰填谷及节能的目的。2.4动态显示系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电动球阀和电动闸阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。直观地显示电动球阀和电动闸阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和压力值。用图

8、形填充以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用音响形式提醒工作人员注意，采用图形、趋势图和数字形式显示4趟管路的流量、电机电流、水泵温度、电机轴温、电机绕组温度等进行动态显示、超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并在故障出现时自分理处跨出故障报警画面，以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。2.5通讯接口系统具有通讯接口功能，PLC 可同时与触摸屏及地面控制中心上位机通讯，传送数据，交换信息，实现遥测遥控功能。3工作方式本系统有四种工作方式，遥控、自动、半自动、手动3.1遥控由地面控制中心发

9、出控制指令，通过工业以太网把起动命令传到系统的控制箱，根据水仓水位，自动控制一台或多台主排水泵的开停及对应电动阀的开关，达到最合理的排水效果。3.2自动（下转第461页）井下泵房自动化监控系统改造张伟（国投新集能源股份有限公司安徽淮南232001）【摘要】本文介绍了井下水泵的自动化监控系统组成。着重讨论PLC 、组态软件、通信网络技术、数据采集检测、及控制功能的实现。【关键词】井下泵房；自动化监控系统百家论剑456科技信息2010年第17期 SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 科科（上接第452页）是第三代的移动通信系统。当然，建造铁路通信网，应根据铁路的实

10、际情况，在不同的地区要因地制宜地发展有线和无线接入系统。GSM 的技术日趋成熟，使用范围迅速扩大，造价逐渐下降，并且又由于在用户迅速扩展的情况下，集群移动通信解决方案所存在的问题日趋突出。鉴于此，铁路移动通信系统最后定位于GSM 的方式，并将铁路移动通信所具有的特色（群呼、组呼、优先级别、强插、强拆等功能）加进去，构成GSM-R （用于铁路的全球移动通信系统）的解决方案。使得用户无论是在运行中的列车上，还是在铁路网的覆盖区域均能够通过铁路通信网进行如同办公室一样方便的信息交流，如进行电话联络，宽带的数据通信和图像传输，接入Internet 等。而要满足这一要求，集群移动通信系统已经远远不够，G

11、SM （R ）和现行的CDMA 技术也不能达到这一要求。从现在的发展情况看，惟有第三代的CDMA 技术才可能担当起这一重任。因此，铁路通信网的无线接入部分今后的发展方向也必须是朝着第三代CDMA 的方向。当然，并不是说第三代的CDMA 技术就可以直接用来完成未来的铁路无线接入系统的功能，如同GSM-R 一样，必须将铁路通信所必备的功能（如群呼、组呼、优先级别、强插、强拆等功能）融入这一技术之中，形成具有铁路通信特有要求的公用无线通信接入网。铁路通信网是保证行车安全、提高运输效率的有力工具。本文讨论了无线接入技术在铁路通信网中的应用现状及其未来的发展趋势，认为铁路通信网应该顺应当今通信技术的发展

12、潮流和市场的需要，在保证铁路通信要求的前提下，发展多种接入方式，为出行的旅客以及网络覆盖区域的用户提供高质量、方便、快捷的电信服务。进一步推动全国既有铁路通信系统的改造，全面加快铁路跨越式发展，实现运输生产力的大幅度提升，到2020年基本实现中国铁路现代化，为国民经济的稳步增长打下坚实的基础。责任编辑：王静（上接第456页）自动系统根据水仓水位信号，自动启动一台或多台水泵的运行，电机及其阀门的开停由PLC 控制。3.3半自动半自动操作人员根据水仓显示水位，通过操作台上的每台泵的启动按钮，启动一台或多台水泵的运行，电机及其阀门的开停由PLC 自动执行。3.4手动手动操作人员手动按照操作程序通过操

13、作台和就地控制箱上的按钮手动操作电动闸阀、电动球阀及水泵电机的起停。每台水泵都设置运行、备用和检修三种工作状态，可直接在本机上设定或由地面控制中心上位机设定；在自动状态下，当水位达到启泵水位时，将自动启动运行泵，当水位到低位时自动停泵，当水位达高位时，自动起动运行泵及备用泵，直到水位低于高位时停止备用泵，只运行“运行泵”，当达到上限水位时系统启动超水位报警，提醒操作人员出现非正常涌水量。4工作环节系统可概括为以下六个环节：自动注水环节、闸阀操纵环节、水位自动监控环节、参数传示环节、故障保护环节和电动机的自动控制环节。作者简介：张伟，男，安徽淮南人，毕业于安徽理工大学自动化专业，现取得自动化助理

14、工程师职称，主要从事煤矿自动化改造工作。责任编辑：王静料为煤泥，但实际运行中，由于煤泥供应不足或系统原因而进行掺烧或全烧洗混煤，为维持经济运行料层，就必须进行放渣。由于布风板设置放渣管后，使得每个放渣口及附近缺少8个风帽，这就使得放渣口附近局部沸腾欠佳，导致放渣口附近局部结焦，这样在放渣过程中就出现，放渣管堵塞的现象，需要人工用扁铁插入放渣管内进行疏通。疏通十分困难，人工操作也十分危险。如何解决放渣管口结焦问题，是我们解决的另一个课题。放渣口附近结焦的主要原因就是缺少沸腾风量。放渣口周边附近缺少的风帽，我们可以通过改变放渣口附近的水冷布风板让管的结构在布风板上重新布置4个风帽的位置。但放渣口依

15、然缺少风量。根据放渣管的结构，我们研制了排渣风帽。该种风帽与排渣管相连，即起到了排渣管口的作用，又充当了风帽的作用，为排渣口提供了足够的沸腾风量，如图所示。其内筒和外筒材质为1Cr18Ni9Ti ，由于只有顶孔板接触高温床料，顶孔板材质用Cr25Ni20Si2，以增加其顶部耐磨、耐热、抗氧化性，确保使用寿命。顶孔板开孔数34个，孔径5mm 。其上部与布风板浇注料平齐或略低，下部（内筒）与原放渣管拼接，外筒下部与布风板水冷壁鳍片满焊密封。风室内的气流从外筒和内筒之间的空隙里进入，从顶孔板小孔内往上喷出，从而提供了沸腾风量。排渣风帽示意图3运行效果3.12#炉结合大修更换改造成钟罩式风帽，2008

16、年9月27日投入运行。改造后点炉前做冷态实验，料层厚度350mm ，送风机电流在33A, 全床微流化，37A 全床流化，沸腾良好。突然停止送引风机运行，全床料层平整，无明显突起和凹陷现象，说明布风均匀。点炉后运行，在满负荷状态，送风机电流比为改造前降低2A ，锅炉各参数运行正常。改造风帽后，锅炉运行周期一般90天左右，停炉检查，未见风帽有明显磨损。风室内无漏渣现场。3.23#炉于2008年5月15日改造安装排渣风帽，运行至今，放渣顺畅，未出现放渣管附近局部结焦导致的不能排渣的现象。4效益分析4.1风帽改造后，2#炉运行至今未更换过一个风帽，原设计风帽对吹导致的局部损坏现象消除，因风帽孔堵塞导致风帽过热损坏现象消除，风帽寿命延长，从目前磨损程度来看，风帽寿