陳上華

(福建省連城錳礦有限責(zé)任公司，福建 龍巖 364000)

以往老的水泵自動排水系統(tǒng)往往功能非常簡單，只有開停和少量的保護(hù)功能。為了實(shí)現(xiàn)泵房無人值守，使水泵自動化排水系統(tǒng)往智能方向發(fā)展，使系統(tǒng)更加安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)，特研究開發(fā)完善了此套自化動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)增加了峰谷時間段，根據(jù)水位控制實(shí)現(xiàn)單機(jī)或多機(jī)自動輪換開機(jī)，利用流量傳感器監(jiān)測管路排水量，通過控制電動閘閥實(shí)現(xiàn)單管路或多管路自動切換排水，增加了電機(jī)和軸承溫度監(jiān)測功能、水泵軸承溫度監(jiān)測功能、欠電壓保護(hù)功能、管路缺水保護(hù)功能、壓力測功能、運(yùn)行時長統(tǒng)計(jì)功能等，優(yōu)先開啟運(yùn)行時間短效率高的水泵，還能實(shí)現(xiàn)水泵的遠(yuǎn)程啟動、停止以及水泵故障自動切換等。該系統(tǒng)還具有多區(qū)段排水聯(lián)動功能，下區(qū)段排水系統(tǒng)通過聯(lián)網(wǎng)自動識別上區(qū)段水倉水位，從而判斷是否開機(jī)往上區(qū)段排水，從而避免上區(qū)段水倉容量不足時下區(qū)段還往上排水造成淹沒泵房的事故。該系統(tǒng)具有半自動運(yùn)行和全自動運(yùn)行模式，和人工開機(jī)相比更加省時省力，操作簡單方便可靠。

1 工作原理

該系統(tǒng)通過實(shí)時采集現(xiàn)場水泵各個工況點(diǎn)數(shù)據(jù)，包括水倉的水位、水泵出水壓力、水泵電機(jī)的電壓、電流、軸承溫度、真空情況、流量等實(shí)時數(shù)據(jù)，自動識別達(dá)到設(shè)定參數(shù)要求后需要自動開啟的水泵臺數(shù)，實(shí)時監(jiān)測水泵運(yùn)行狀況，完全由PLC軟件系統(tǒng)控制完成[1]。該系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)置好的相關(guān)參數(shù)和保護(hù)參數(shù)自動開啟或停止水泵。

該系統(tǒng)是由德國西門子公司生產(chǎn)的S7-300可編程序控制器(PLC)[2]、SIMATIC WINCC視窗控制中心組態(tài)軟件[3]、地面集中控制器、就地控制終端、以太網(wǎng)交換機(jī)、水位傳感器、壓力變送器、水泵真空檢測裝置、流量傳感器、電機(jī)軸承溫度傳感器、電動閘閥、報警裝置和各類保護(hù)裝置等組成的人機(jī)界面控制系統(tǒng)。

排水自動控制系統(tǒng)運(yùn)行流程見圖1。

圖1 排水自動控制系統(tǒng)運(yùn)行流程

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖見圖2。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意

2 運(yùn)行設(shè)置

2.1 水泵開停設(shè)置

水泵的開停主要根據(jù)水倉水位的高低來控制，當(dāng)水倉水位達(dá)到設(shè)置的水位時，水泵開啟或停止。可以通過設(shè)置多個水位來解決在實(shí)際運(yùn)行中遇到水位上漲過快時需要開啟多臺水泵同時進(jìn)行排水的情況。如表1所示，設(shè)置上升水位1.6 m時開啟單臺水泵排水，水位仍然升高至設(shè)置上升水位1.8 m時，開啟第2臺水泵同時排水，水位仍然升高至更高的設(shè)置上升水位2.5 m時，開啟第3臺水泵同時排水，以此類推，水位參數(shù)可根據(jù)各用戶的現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)定。如系統(tǒng)識別到達(dá)設(shè)置的危險警戒水位時，無論是否在峰、谷、平用電時段，均會開啟全部工作水泵同時排水以排除險情，當(dāng)水位下降至相應(yīng)的水位后，工作水泵遂臺停止退出排水。表1中的水位差是指系統(tǒng)在高電價起始時間段內(nèi)，單臺水泵水位自動增加的水位高度，可根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)置，在高峰高電價時間段內(nèi)的單泵實(shí)際啟動水位=水位差+單泵水位，在高電價時間段外的單泵實(shí)際啟動水位=單泵水位。系統(tǒng)還能根據(jù)水泵運(yùn)行累計(jì)時間依序啟動運(yùn)行時間最少的水泵，如某臺水泵大修后，效率較高需要優(yōu)先運(yùn)行的，可通過重新調(diào)整減少該臺水泵的累計(jì)運(yùn)行時間來讓該臺水泵優(yōu)先運(yùn)行，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)備配置、節(jié)能降耗的目的。

2.2 避峰填谷時段設(shè)置

對于涌水量大的礦山來說，排水的用電量是驚人的，占生產(chǎn)成本的比重也非常大，那就需要充分利用峰谷用電時段進(jìn)行合理排水，以達(dá)到優(yōu)化電力資源配置、節(jié)約用電成本的目的。通過設(shè)置，平時在水倉水位沒有達(dá)到水位差的水位時，系統(tǒng)就會自動避開如表2所示的用電高峰高電價時段(時間段可自行根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)定的峰谷電價時間進(jìn)行設(shè)定)排水，盡量利用在用電谷平時段將水排出，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)水泵避峰填谷運(yùn)行的目的。

表1 水位參數(shù)設(shè)置 m

表2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

3 優(yōu)勢對比

該系統(tǒng)具有半自動運(yùn)行和全自動運(yùn)行模式，通過電腦顯示界面可以進(jìn)行切換操作，簡單方便可靠。具有實(shí)時反應(yīng)水泵、電動閘閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作變化動態(tài)畫面，有實(shí)時顯示電壓、電流、軸承溫度、運(yùn)行累計(jì)時間等數(shù)據(jù)，所有監(jiān)控數(shù)據(jù)一目了然。

具有欠電壓保護(hù)報警功能，當(dāng)檢測到電壓小于等于設(shè)置值后，系統(tǒng)提示并報警；具有過電流保護(hù)報警功能，當(dāng)檢測電流大于等于設(shè)置值后，系統(tǒng)提示并報警；具有軸承溫度超限保護(hù)報警功能，當(dāng)檢測溫度大于等于設(shè)置值時，系統(tǒng)提示報警；具有缺相保護(hù)功能，當(dāng)檢測到一相沒有電壓值時，系統(tǒng)提示報警；具有電機(jī)溫度超限保護(hù)報警功能，當(dāng)檢測溫度大于等于設(shè)置值時，系統(tǒng)提示報警；具有水泵未上水提示報警功能，當(dāng)檢測壓力小于設(shè)置值時，系統(tǒng)提示報警；具有管路缺水保護(hù)報警功能，當(dāng)檢測到流量小于設(shè)置值時，系統(tǒng)提示報警。

以一個安裝4臺200D43×6型水泵的泵房實(shí)測為例(配套電機(jī)型號功率為280 kW)，使用自動化控制系統(tǒng)前后對比見表3。使用前每天3班，每班1人，人均年工資7萬元，人工成本節(jié)約明顯。人工開停水泵時，因人為因素未能有效按時間段操作。使用自動控制系統(tǒng)后，能夠根據(jù)設(shè)置的時間段避開電力負(fù)荷高峰期，有效的避峰填谷，該泵房可節(jié)約電力成本8.19萬元/a。

表3 使用自動化控制系統(tǒng)前后對比

4 結(jié) 語

以往那種人為操作啟動水泵的過程比較繁雜，勞動強(qiáng)度大，步驟多，啟動水泵的時間也長，該套自動化排水系統(tǒng)很好的解決了這一問題。該系統(tǒng)不只局限應(yīng)用于礦山排水，各行業(yè)不論是排水還是供水都可以運(yùn)用。我國礦山自動化還處于發(fā)展階段，隨著社會的進(jìn)步，對礦山自動化程度的要求也越來越高，與其他行業(yè)相比，礦山的機(jī)電設(shè)備和技術(shù)手段有很強(qiáng)的專業(yè)性，工作環(huán)境也有很大的差異，這就需要各專業(yè)技術(shù)人員不斷提高自身的專業(yè)技術(shù)水平、理論知識水平和實(shí)踐能力，在各自崗位精心研究開發(fā)出適合各自設(shè)備的配套自動化控制系統(tǒng)，為礦山設(shè)備的自動化發(fā)展貢獻(xiàn)力量。