矿井水泵房PLC自动化排水系统的设计与实践.pdf

矿 井 水 泵 房P E G 自 动 化 } 水 系 统 的 设 计 与 实 践 王振华 神木县隆德矿业有限责任公司， 陕西 榆林 7 1 9 3 0 2 摘要 为解决传统人工手动排水系统在矿井排水过程中排水能力小、 自动化程度低、 操作过程烦琐、 应急能力差等 问题 ， 设计了矿井中央泵房 P L C自动化排水系统。介绍了矿井中央水泵房自动化排水系统的组成、 系统控制要求及主要 功能。实践表明， 该自动化系统既实现自动响应和控制， 效率高 ， 反应快， 安全性高， 且设备运行稳定可靠。 关键词 水泵房； 排水系统 ； 自动化控制 中图分类号 F 4 0 6 ． 3 ； T D 7 4 4 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8- 0 1 5 5 2 0 1 6 1 5 0 1 3 5- 0 2 中央水泵房担负着排除整个矿井水的重任， 其安全可靠性直接影响矿井的安全高效生产 。鉴 于 目前某煤矿井下中央泵房 自动化改造后仍有不 完善的状况， 考虑采用P L C控制方式， 针对井下排 水泵房 的排水系统、 排水 泵及其附属的管道 电动 阀门等装置实施 自动控制及运行参数 自动检测， 动态显示， 并将数据传送到监控主机， 进行实时监 测、 控制及报警显示等 ， 实现井下中央泵房 的远程 监控， 进一步减少岗位人员、 提高劳动效率， 最终 达到降低成本 ， 减员增效 ， 提高生产率。 1方案设计 矿井原主排 水采用 中央集 中式排 水 ， 在 主斜 井井底附近布置主排水水 仓和井下 中央水泵房 。 排水管路沿 回风立井井筒敷设 ， 排入设在风 井工 业场地的矿井水处理站， 风井工业场地的矿井水 处理站处理能力为 1 0 0 0 m ／ h 。根据矿井实际涌水 量统计及新的水文地质资料 ， 矿井改扩建后 ， 涌水 量将增大。根据矿建专业方案， 将在主斜井井底 附近重新选址新建一座井下中央水泵房。原泵房 和新泵房相对独立 ， 同时运行。新泵房排水管路 沿主斜井敷设 。 改扩建后的排水设备及运行情况如下 选用 M D 5 0 0 5 75型矿用排 水泵 1 1台， 正 常涌水量 时 6台工作 ， 4台备用 ， 1台检修 ， 最大 涌水量时 8 台工作 。按双泵单管模 式配置 ， 配 4趟排水管路 ， 正常涌水量时 3趟工作 ， 1趟备用 ， 最大 涌水 量时 4 趟工作。水泵配套电动机型号为 Y B 6 3 0 S 2 4 ， 6 3 0 k W， 1 0 k V 。泵房内采用两台真空泵及相应管 路管件构成抽真空系统。应急设备采用 Z Q 1 0 0 0 2 8 0型潜 水 电泵 4台， 配套 电动 机功 率 为 1 1 2 0k W 。 自动化排水系统的使用环境要求要针对矿井 井下新建排水 泵房 的排水系统 包括排 水泵及其 附属的管道电动 阀门等装置 实施 自动控 制及运 行参数 自动检测和动态显示， 并将数据传送到监 控主机， 进行实时监测、 控制及报警显示等。 自动化排水系统应用地点位于井下新建排水 泵房， 安装环境为煤矿井下含甲烷、 煤尘等爆炸性 混合气体 的环境， 供 电 电源高压 电源 A C 1 0 k V， 5 0 H z ； 低压 电源 A C 6 6 0 V， 5 0 H z ； A C 1 2 7 V， 5 0Hz 。 1 ． 1自动化控制设备清单 根据新建排水泵房的设备及运行条件， 进行 了自 动化排水系统的设备选型和程序编制， 井下 排水系统主要的自动化控制设备如表 1 所示。 1 ． 2系统 控制要 求及 主要 功 能 1 本工程井下水泵 自动化控制系统采用 P L C对相关设备进行监控， 并将数据传送到监控 主机 ， 进行实时监测 、 控制及报警显示。 2 数据 自 动采集与检测。数据主要分为两 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、 电机工作电压、 电机工作电 流 、 水泵轴温 、 电机温度及水 泵出水 口压 力、 排水 管流量； 数字量检测的数据主要有 水泵开停状 态、 水泵高压配电柜真空断路器的状态、 电动阀的 工作状态与启闭位置。 3 采用液位传感器连续检测水仓水位， 超声 水位计输出信号给 P L C， P L C经运算判断， 根据水 仓水位的高低 ， 自动开启 、 停止水 泵的运转 ， 对 运 行中的各种参数进行实时监控 。 在正常水位时， 各台泵能自动轮换工作， 在危 险水位时 ， 自动投入必要数量的水泵运行 ， 并 自动 控制相应管路上的阀门。系统以水仓水位为主， 结合分时计费和“ 移峰填谷” 原则， 确定开停水泵 时问 ， 从而达到节能降 耗 目的。还可实现运行 泵 与备用泵的自动轮换工作； 当运行的水泵出现故 障时自动停止运行， 并提示、 报警， 向监控主机上 传报警信号。 4 用户可在现场通过上位机对程 序或参数 进行修改。 该分站通过 P L C通讯模块挂接在工业 以太环 网交换机， 将控制信息上传到调度室的监控主机 收稿日期 2 0 1 60 7 0 6 作者简介 王振华 1 9 8 4一 ， 男 ， 河北邢台市人 ， 助理工程师 ， 主要从事煤矿现场机电管理工作。 1 3 5 上 ， 供各级管理部 门查看。在现 场 P L C控制器上 可汉字显示各故障信息并报警， 在监控主机上亦 可显示现场单元当前的报警信息以及保存的报警 记录。 5 水泵 自动控制系统的检 测与保护信号 水 仓水位、 排水管路流量、 水泵压力、 水泵电机轴承 、 绕组温度 。 系统设置两套水 位传感器 ， 分别设于井 底水 仓内。选用矿用液 位传感器和浮 球液位开关 ， 动 态实时检测水仓水位。将水位信号送至 P L C控制 机并 由控制机送 至监控主机 ， 实现根据水 位启停 泵。选用矿用防爆 流量计 ， 动态 实时检 测排 水管 路流量， 将排水管路流量信号送至 P L C控制机并 由控制机送至监控主机 。 表 1 自动化 控制系统设备 清单 序号 设备 名称 型 号规格 单位 数量 1 矿用隔爆兼本安型 P L C可编程控制箱 K 【 J 1 2 7 △ 2 口 2 水泵就地控制箱 矿用隔爆型水泵综合 自动控制箱 K X B一 1 8 6 6 O S 1 J 3 矿用隔爆型 电动 闸阀 Mz 9 4 -1 H一 4 0 DN 2 5 O 套 3 3 4 矿用手动 闸阀 MZ 4 1 H一 4 0 D N 2 5 0 4 5 矿用旋起式缓 闭止 回阀 H 4 4 H一 4 0 D N 2 5 0 △ l l 口 6 矿用隔爆型真空泵 S K l 2 套 2 7 真空泵 出口电动球 阀 MGQ I 一2 5 D N 5 0 套 2 8 离心泵吸气 口电动 球阀 MG QI 一2 5 D N 2 0 套 l 1 9 矿用 电动配水 阀 P X WI I 一6 0 o 套 6 1 0 矿用 电动配水 阀 P X WI I 一1 6 o O 套 4 l 1 矿用隔爆型 阀门电动装 置控 制箱 K X B C一31 5 ／ 6 6 o D Z 4 l 2 放水 闸阀 MZ 4 l H一 4 0 D N 8 0 △ 4 肌 1 3 通过式流量传感器 4 1 4 压 力变送 器 G P D 6 0 01 0 MP a 个 l 3 1 5 浮球 式液 位开关 C LE VA一0 5 个 1 3 1 6 矿用隔爆型超声 波液位传感器 G U Y 5 2 1 7 专 用工 具 、 备品备件 套 l 各设备之间的自 动化控制关系如图 1 所示。 图 1 系统控制示意图 排水系统。 2结语 本工程井下水泵自动化控制系统采用 P L C对 相关设备进行监控， 并将数据传送到监控主机， 既 可实时显示设备运行状态 、 水仓水位高低 ， 又 可实 现 自动响 应和控 制 ， 效率 高 ， 反应快 ， 安全 性高。 经过一段时问的应用 ， 该系统各设备运行稳定 ， 技 术成熟 ， 可靠 性高 ， 很 好地 实现 了系 统 自动化运 行 。 该设 计在实践应用中取 得了 良好的技术及经 济效益， 对于企业的安全、 长远发展具有重要影 响 ， 建议在条件具 备的矿井积极推 广应 用 自动化 1 3 6 参考 文献 [ 1 ] 李泽松 ， 等． 采区水泵房 自动排水 系统方案探 讨 [ J ] ． 矿山机械 ， 2 0 0 5 ， 3 3 5 6 4 6 5 ． [ 2 ] 蔡俊， 等． 矿井水泵房 自动排水监控系统设计[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 1 1 ， 3 2 4 3 03 2 ． [ 3 ] G B ／ T 5 0 0 6 2 ． 电力装置的继电保护和 自动装置设 计规范[ S ] ． 2 0 0 8 ． [ 4] G B ／ 5 0 0 5 8 ． 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规 范[ S ] ． 2 0 1 4 ． [ 5 ] G B ／ 3 8 3 6 ． 1 ． 爆炸性环境用防爆 电气设备通用要 求[ S ] ． 2 0 0 0 ． 责任编辑 焦蓬华