鄭培飛（福建省永安煤業(yè)有限責(zé)任公司）

井下自動(dòng)化排水系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

鄭培飛（福建省永安煤業(yè)有限責(zé)任公司）

介紹了礦山井下中央泵房排水自動(dòng)化系統(tǒng)井下運(yùn)行時(shí)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)應(yīng)用及解決方案，如多級(jí)泵啟動(dòng)前真空度檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化、水位檢測(cè)系統(tǒng)選型的優(yōu)化、系統(tǒng)失電對(duì)高揚(yáng)程礦井水泵消除水錘方案、機(jī)械電氣故障自診斷系統(tǒng)的應(yīng)用、避峰填谷節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用。提高了礦山井下中央泵房排水自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性。

排水；自動(dòng)化；系統(tǒng)優(yōu)化；獨(dú)特技術(shù)應(yīng)用

前言

現(xiàn)有國(guó)內(nèi)礦山井下中央泵房排水自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)在多家礦山應(yīng)用運(yùn)行，由于工況的復(fù)雜性，大部分都存在或多或少的問題，導(dǎo)致全自動(dòng)運(yùn)行時(shí)存在隱患甚至不能自動(dòng)化運(yùn)行。我公司在豐海煤礦、小華煤礦的主排水系統(tǒng)及仙亭煤礦生活供水系統(tǒng)中，同時(shí)應(yīng)用了多項(xiàng)新的技術(shù)，保證了供排水自動(dòng)化全自動(dòng)運(yùn)行的可靠性，同時(shí)也起到了節(jié)能降耗的作用。

1　真空度檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化

（1）目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)廠家在水泵啟動(dòng)前檢測(cè)真空度采用以下兩種方法：

①在進(jìn)水管安裝真空度壓力變送器檢測(cè)負(fù)壓值，由于檢測(cè)管道中氣水混合且流速很高，負(fù)壓變送器很難及時(shí)反應(yīng)出當(dāng)前負(fù)壓值，經(jīng)常出現(xiàn)明顯管道中氣未排凈但是壓力顯示已經(jīng)到達(dá)負(fù)壓設(shè)定值，導(dǎo)致程序判斷失誤，水泵干抽，特別是不銹鋼耐腐多級(jí)泵很容易形成葉輪燒死，導(dǎo)致整臺(tái)水泵需返廠維修或直接報(bào)廢；

②在壓力變送器不能準(zhǔn)確判斷時(shí)，大部分廠家采用時(shí)間判斷，即開啟真空泵或射流泵后，不檢測(cè)真空度，而是直接采用延時(shí)啟動(dòng)水泵的方法，這種方法對(duì)于真空度的檢測(cè)和控制幾乎沒有，對(duì)水泵的保護(hù)更加缺失。

（2）新采用技術(shù)：使用德國(guó)進(jìn)口水流開關(guān)配合壓力變送器檢測(cè)

采用德國(guó)原裝進(jìn)口的水流檢測(cè)裝置完美的解決了水泵真空度難檢測(cè)的問題：在水泵進(jìn)水管增加水流檢測(cè)管道，安裝該水流檢測(cè)裝置，通過檢測(cè)真空管道水流量的方式精確檢測(cè)水泵真空度，確保水泵在真空度達(dá)到要求后啟動(dòng)。同時(shí)以負(fù)壓變送器檢測(cè)為輔助檢測(cè)手段，對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)的同時(shí)比較，更加精確的判斷水泵的引水效果。

2　水位檢測(cè)系統(tǒng)選型的優(yōu)化

（1）目前國(guó)內(nèi)其他廠家一般選用單個(gè)浮球開關(guān)或單個(gè)液位計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，在傳感器出故障后整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)將癱瘓；

（2）采用技術(shù)：冗余設(shè)計(jì)及獨(dú)特選型

①冗余設(shè)計(jì)

水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用冗余設(shè)計(jì)：使用兩臺(tái)互相備用的超聲波液位計(jì)檢測(cè)水倉水位，PLC系統(tǒng)設(shè)有檢測(cè)判斷程序，當(dāng)主液位計(jì)出現(xiàn)故障導(dǎo)致信號(hào)不準(zhǔn)確時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換至備用液位計(jì)；

同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)浮球開關(guān)檢測(cè)水倉水位，該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)，作為最終保障：當(dāng)兩臺(tái)液位計(jì)全部故障，浮球開關(guān)設(shè)置為水位高及水位超高信號(hào)，系統(tǒng)接收后會(huì)自動(dòng)甩開液位計(jì)信號(hào)，根據(jù)浮球開關(guān)信號(hào)控制系統(tǒng)動(dòng)作（見圖1）。

②對(duì)于水面有波浪水倉的水位檢測(cè)

選用超聲波液位計(jì)檢測(cè)水倉液位，針對(duì)水面有波浪的水倉，一般采用導(dǎo)波管測(cè)量法，即在超聲波探頭下方加一根DN100以上的PVC管，固定于水倉池壁，PVC管底部與最低液位設(shè)定點(diǎn)持平，保證管內(nèi)壁光滑無毛刺即可，此時(shí)水面的波浪就無法影響到超聲波液位計(jì)的檢測(cè)，保證了檢測(cè)的可靠性。

圖1

3　系統(tǒng)失電對(duì)高揚(yáng)程礦井水泵消除水錘方案

（1）國(guó)內(nèi)礦山中高揚(yáng)程礦井對(duì)于系統(tǒng)失電造成的水錘損害沒有特別好的辦法；

（2）在排水自動(dòng)化項(xiàng)目中可應(yīng)用EPS應(yīng)急電源，該電源自有逆變技術(shù)，SPWM+IGBT良好的高速開關(guān)特性；具有高電壓和大電流的工作特性；采用電壓型驅(qū)動(dòng)，只需要很小的控制功率?？偟娜萘靠晒┦щ姾笏瞄l閥動(dòng)作及泵房照明。

在系統(tǒng)失電時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)供電自動(dòng)切換到EPS輸出，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉水泵出口電動(dòng)閘閥以達(dá)到消除水錘、保護(hù)水泵的目的。我公司在三個(gè)礦井自動(dòng)化排水系統(tǒng)中因有設(shè)置截止閥，因此均未應(yīng)用EPS電源系統(tǒng)。

4　機(jī)械電氣故障自診斷系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）目前國(guó)內(nèi)礦山排水自動(dòng)化系統(tǒng)沒有機(jī)械電氣故障自診斷系統(tǒng)應(yīng)用先例；

（2）此系統(tǒng)以多年礦山排水自動(dòng)化運(yùn)行及調(diào)試經(jīng)驗(yàn)積累編寫的數(shù)據(jù)庫為核心，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，在故障發(fā)生前進(jìn)行預(yù)警，故障發(fā)生后及時(shí)報(bào)警；

在每個(gè)報(bào)警發(fā)生后，用戶可在故障列表界面發(fā)現(xiàn)閃爍的故障報(bào)警，此時(shí)可點(diǎn)擊該報(bào)警條，點(diǎn)擊后會(huì)彈出一個(gè)故障自診斷界面：界面上會(huì)列舉出各項(xiàng)會(huì)引起該故障的各種因素，并詳細(xì)的介紹了該如何去查詢、處理該故障，為緊急排除故障保證生產(chǎn)提供了有力的幫助。

以1#水泵電機(jī)A相溫度高報(bào)警為例：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)電機(jī)A相溫度超過125℃時(shí)，系統(tǒng)上位機(jī)主畫面會(huì)跳出報(bào)警條：“1#水泵電機(jī)A相溫度高報(bào)警”，且在不停的閃爍，此時(shí)可用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該報(bào)警條，進(jìn)入該報(bào)警畫面，因?yàn)橥瑫r(shí)CPU在檢測(cè)電機(jī)電流信號(hào)、電壓信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)其他信號(hào)進(jìn)行分析，如果其他兩相繞組溫度正常，電流正常，電壓正常，主畫面會(huì)給出兩個(gè)選項(xiàng)提醒用戶檢查：

①檢查電源是否虛接；

②停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)量電機(jī)各繞組的電阻值，比較A相繞組靜態(tài)阻值是否比其他兩項(xiàng)大，如果確定則是電機(jī)本身故障；

如果系統(tǒng)檢測(cè)到其他兩相繞組溫度同樣報(bào)警，且電流都超大，主畫面則會(huì)提醒：

①檢查電源電壓是否偏高；

②檢測(cè)水泵是否過載或堵轉(zhuǎn)等。

5　避峰填谷節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

避峰填谷原則是指礦山生產(chǎn)過程中，針對(duì)不同時(shí)段采用不同電價(jià)的區(qū)別電價(jià)政策。一般來說在白天用電高峰的時(shí)候電價(jià)比較高；夜間則電價(jià)比較低。針對(duì)這一實(shí)際情況在高電價(jià)時(shí)間段將一臺(tái)、兩臺(tái)水泵的啟動(dòng)水位增加一個(gè)修正值：△H，△H＞0，即將水位向上修正，這樣就達(dá)到了在白天減少水泵啟動(dòng)時(shí)間的作用（見圖2）。

經(jīng)過一段時(shí)間的試運(yùn)行，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出：實(shí)施避峰填谷及不實(shí)施避峰填谷所消耗的電量對(duì)比是很可觀的，一年運(yùn)行下來每個(gè)水倉均能節(jié)省大筆的電費(fèi)。

6　結(jié)語

通過對(duì)礦山井下中央泵房排水自動(dòng)化系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的特殊設(shè)計(jì)、選型，新技術(shù)的應(yīng)用后，極大的提高了故障的應(yīng)對(duì)能力，使自動(dòng)化在井下的應(yīng)用更加成熟可靠，同時(shí)也極大的方便了檢修就維護(hù)，對(duì)礦井安全生產(chǎn)具有極大的意義。

圖2

TP273

A

2095-2066（2016）25-0266-02

2016-8-22

［1］西門子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).S7-300可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)，2004.

［2］崔 堅(jiān)，李 佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南.2004，9.