1 概述

屯蘭礦作為山西焦煤的主要礦井之一，年產(chǎn)量約為5.0Mt。礦井正常涌水量75m3/h，zui大涌水量98m3/h。其井下翻板液位計位于礦井運輸大巷3800m處。水泵房有效容積為4600m3。配備了5臺排水泵，其中1#、2#、3#為MD280-43×7型，4#為200MD-43×7型，5#為BQS28045×7-500/S型，工作方式為兩用兩備一檢修。

井下翻板液位計對煤礦的安全生產(chǎn)至關重要，其主要作用是將煤礦開采過程中涌出的水及時、有效、安全的排出，從而保障井下工作人員的安全［1-2］。該礦井下翻板液位計使用多級離心帶底閥，真空排水法進行人工手動排水。這種排水方法工人的勞動強度大，操作過程繁瑣，存在一定的安全隱患［3-4］。主要問題有：對水倉水位的高低以及水泵的運行情況等無法進行實施監(jiān)控；隨著開采深度的加大以及涌水量的上升，排水能力不足，應對突發(fā)透水事故的能力無法滿足安全生產(chǎn)的需求；電氣控制方式落后，許多環(huán)節(jié)需要人工操作，工人勞動強度大，出現(xiàn)涌水后不能快速做出反應，增加了事故發(fā)生率。

針對上述問題，屯蘭礦進行了井下翻板液位計無人值守改造，應用PLC自動控制系統(tǒng)，優(yōu)化水泵的啟動方式，通過遠程實時監(jiān)測水泵的運行狀態(tài)和參數(shù)的變化情況，從而提高水泵的工作效率，降低工作人員的勞動強度和安全事故的發(fā)生率。

 

2井下翻板液位計無人值守改造屯蘭礦井下翻板液位計自動控制系統(tǒng)見圖1?？刂葡到y(tǒng)主要包括地面工控機、控制開關、變頻器、PLC控制器以及相關傳感器。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)水泵的自動開停。當涌水量較大超出水泵排量，水位上漲速率增大到設定值時，則會自動加開水泵。通過地面工控機實現(xiàn)地面遙控操作水泵以及對水泵運行狀態(tài)的在線監(jiān)測，zui終實現(xiàn)排水系統(tǒng)的安全可靠運行。

 

 

 

2.1控制系統(tǒng)的硬件配置

為達到無人值守要求，需要為除潛水泵以外的離心泵各安裝一套射流裝置，以滿足水泵啟動所要求的真空度。無人值守需要很高的可靠性，在原有射流裝置的基礎上，加裝了一套真空泵系統(tǒng)。根據(jù)水泵、閘閥以及需要控制的參數(shù)等要求，共配置了5臺水泵綜合控制箱、5臺液位傳感器、6臺礦用攝像機、7臺電動閘閥、5臺壓力傳感器、4臺負壓傳感器、2臺流量傳感器、4套射流泵系統(tǒng)、1套真空泵系統(tǒng)、1臺本安交換機、1臺本安操作臺。

2.2數(shù)據(jù)的采集根據(jù)礦井排水泵的運行需求及今后實施煤礦綜合自動化的需要，為保證對水泵的有效實時監(jiān)測，需要對水泵電機的電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)進行測定。以上信息參數(shù)通過以太網(wǎng)與上級監(jiān)控系統(tǒng)通過顯示屏的通訊口實現(xiàn)遠距離監(jiān)控。系統(tǒng)利用傳感器對所需信號予以采集，并將所采集到的信號經(jīng)過變送器予以處理。根據(jù)信號類型處理為1～5V的電壓信號和4～20mA的電流信號，再由變送器傳輸至控制器的輸入輸出模塊，完成對所需信號的采集工作。對采集到的信號處理后，實現(xiàn)對水泵的運行狀態(tài)、故障等情況的判斷。上級監(jiān)控系統(tǒng)通過指令能夠實現(xiàn)對水泵系統(tǒng)的遠程操作等。

2.3信息的傳輸、監(jiān)控和管理井下翻板液位計PLC控制系統(tǒng)與系統(tǒng)監(jiān)控終端實現(xiàn)通訊，監(jiān)控終端能夠通過傳感器讀取泵房設備運行參數(shù)，讀取的數(shù)據(jù)再通過光纖通信方式與地面礦調(diào)度控制中心實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。其中監(jiān)控中心服務器主要由監(jiān)聽程序、數(shù)據(jù)軟件及WEB發(fā)布程序等構成。為實現(xiàn)翻板液位計的較高自動化程度，監(jiān)控中心的GIS系統(tǒng)也與水泵房監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對接，實現(xiàn)了上位機監(jiān)控、GIS系統(tǒng)監(jiān)控和短信平臺監(jiān)控等2種遠程監(jiān)控方式：

（1）上位機監(jiān)控及管理。翻板液位計設備運行情況通過萬兆光纖網(wǎng)絡實時地與安裝在調(diào)度中心的上位機實現(xiàn)實時通信，且能夠在授權范圍內(nèi)對水泵房設備實現(xiàn)遠程控制。

（2）GIS客戶端監(jiān)控。通過GIS系統(tǒng)可實現(xiàn)對管網(wǎng)數(shù)據(jù)進行采集、存儲、檢索、分析和顯示，通過遠程監(jiān)控能夠將各個測點的數(shù)據(jù)顯示在組態(tài)畫面上。

2.4控制系統(tǒng)的主要功能

通過對井下翻板液位計硬件及控制系統(tǒng)方面的改造，使其具備信號采集與上傳、水泵自動切換、水泵智能控制、信息狀態(tài)的實時顯示、故障信息的報警等功能。

（1）水泵自動輪換

為保證水泵、電氣設備、管路等實時處于良好的運行狀態(tài)，控制系統(tǒng)實現(xiàn)了5臺水泵的自動輪換。

（2）自動控制

水位信號是實現(xiàn)翻板液位計無人值守的一個重要參數(shù)，為了保證礦井的安全及水泵系統(tǒng)的可靠運行。將兩套超聲波水位傳感器設置在水倉處。同時為了實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，該系統(tǒng)通過檢測井下供電電流值計算用電負荷率，根據(jù)礦井涌水量和用電負荷等信息，實現(xiàn)了在用電低峰和一天中電價zui低時開啟水泵，用電高峰和電價高時停止水泵運行，以達到避峰填谷及節(jié)能的目的。

（3）動態(tài)顯示

PLC通過通訊協(xié)議和接口與地面工控機和現(xiàn)場觸摸屏進行全雙工通訊，從而實現(xiàn)現(xiàn)場操作和地面操作。將水泵房現(xiàn)場工作狀態(tài)以及運行狀態(tài)傳送至觸摸屏，完成數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示；另一方面，工作人員可以通過觸摸屏將操作指令傳至PLC進而控制水泵運行，PLC同時將水泵房水泵運行情況傳至地面工控機，工作人員在地面就可以掌握排水系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對井下主排水系統(tǒng)的遙控。

（4）系統(tǒng)工作方式

為了滿足水泵系統(tǒng)對不同工作方式的不同要求，該系統(tǒng)設置了自動、半自動和手動檢修3種工作方式。自動時，不需人員參與，水位、壓力等相關信號及設備的投入與退出可通過PLC自動控制。半自動工作方式時，水泵系統(tǒng)投入的臺數(shù)及具體哪臺設備可以由人員自主選擇。在故障檢修時選擇手動檢修模式，在該模式下，當某臺水泵及其附屬設備發(fā)生故障時，該泵組將自動退出運行，不影響其它泵組正常運行。

 

3 結語

屯蘭礦根據(jù)井下翻板液位計設備現(xiàn)狀，采用采用射流裝置和冗余真空裝置的配置模式，保證了離心泵的在無人值守條件下的可靠啟動。井下翻板液位計PLC控制系統(tǒng)與系統(tǒng)監(jiān)控終端實現(xiàn)通訊，監(jiān)控終端能夠通過傳感器讀取泵房設備運行參數(shù)，再通過光纖通信方式與地面礦調(diào)度控制中心實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。無人值守改造實現(xiàn)了井下翻板液位計數(shù)據(jù)信息采集與上傳、水泵自動切換、水泵智能控制、信息狀態(tài)的實時顯示、故障信息的報警等功能。目前，該無人值守泵房運行狀況良好。