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煤礦井下排水泵房自動控制與節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)

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井下排水是確保煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，也是用電大戶，確保其安全、可靠地運行，對礦井的安全、高效生產(chǎn)有著重大意義。我公司和中國礦業(yè)大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的煤礦井下水泵自動控制系統(tǒng)在棗礦集團、中煤大屯煤電公司、山西焦煤集團、盤江煤電集團、平頂山能化集團等煤炭企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)利用計算機控制，傳感器監(jiān)測、可編程控制器和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)了對井下排水設(shè)備的自動控制與能效優(yōu)化。

1、系統(tǒng)構(gòu)架

泵房自動排水系統(tǒng)主要由PLC控制、預(yù)警與通話、視頻監(jiān)控和上位機監(jiān)控平臺組成。本系統(tǒng)的信號交互可以依托于礦井已有的以太網(wǎng)絡(luò)，也可以自建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。控制系統(tǒng)采用西門子S7系列PLC作為核心元件，PLC程序和上位機監(jiān)控軟件自主研發(fā)；預(yù)警與通話系統(tǒng)由自主研發(fā)的數(shù)字語音報警器KXH127構(gòu)成，具備開車預(yù)警、故障語音提示、語音對講等功能。視頻和控制系統(tǒng)均具有網(wǎng)絡(luò)發(fā)布接口，無論是集控室、礦調(diào)度、其它internet用戶都可以通過不同的用戶權(quán)限登陸訪問視頻數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)界面。

PLC控制系統(tǒng)配置的傳感器：射流負(fù)壓、出口壓力、電機溫度、電機振動、水倉液位、閥門到位、電機智能綜保裝置。下圖是系統(tǒng)構(gòu)架圖。

 自動排水系統(tǒng)構(gòu)架示意圖 

2、主要功能

1）控制方式

礦用本安型操作箱可以實現(xiàn)操作方式的轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)授權(quán)、故障信息顯示、設(shè)備啟停和手動控制等功能。

（1）自動方式：系統(tǒng)通過水倉水位和每臺水泵累計運行時間，在無人值守的情況下，按能效優(yōu)化的規(guī)則，合理調(diào)度每臺水泵自動啟動或停止。

（2）計算機遠(yuǎn)程控制：通過地面計算機下發(fā)命令開停水泵，低水位自動停止或現(xiàn)場操作人員手動停泵。

（3）近控方式：通過井下操作臺，控制水泵的開停，低水位自動停泵或現(xiàn)場操作人員手動停泵。

（4）檢修方式：此方式禁止啟動設(shè)備。

（5）純手動方式：不通過PLC控制系統(tǒng)，用井下操作臺上的手動按鈕控制驅(qū)動電機的啟停、閘閥的開閉。 

（6）可以通過地面監(jiān)控軟件實現(xiàn)泵房變電所的高壓開關(guān)柜的遠(yuǎn)程開、合閘。

2）數(shù)據(jù)采集與存儲

采集各管路流量、水位、水泵出口壓力、重要部位的溫度等參數(shù)，并保存、分析、參與控制。

3）歷史記錄查詢

（1）記錄各水泵的運行時刻和累計運行時間等參數(shù)；

（2）記錄和查詢電機電流、水倉水位實時數(shù)據(jù)曲線，便于數(shù)據(jù)分析。

（3）記錄水泵的故障信息，并支持查詢一年的設(shè)備故障信息。

（4）能夠記錄過去某時刻系統(tǒng)所處的運行狀態(tài)，并記錄操作員的操作過程。

（5）能通過礦局域網(wǎng)傳送水泵控制系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)和運行圖，使有權(quán)限的計算機能夠查詢。

4）輪換工作功能 

基于能效優(yōu)化的原則，本系統(tǒng)設(shè)計了水泵自動輪換工作制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運行時間等參數(shù)自動記錄并累計，系統(tǒng)根據(jù)這些運行參數(shù)按一定順序自動啟停水泵和相應(yīng)管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻，當(dāng)某臺泵或所屬閥門故障，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警，并在上位機上記錄事故，同時將故障泵或管路自動退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動輪換工作，以達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理，以免影響礦井安全生產(chǎn)。

3、上位機監(jiān)控界面案例展示