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【摘要】矿山井下主排水系统在矿山安全生产中占重要地位，根据水位、峰平谷及其他参数采用PLC控制技术能有效地实现水泵自动开停，实现少人化，无人化，既提高了水泵工作效率，也提高了经济效益。自动化控制系统由PLC根据水仓液位情况、峰谷平时间和涌水量自动控制水泵的启动以及控制启动水泵的台数，自动完成给排水任务。从系统组成、信号处理及程序思路等方面，介绍了排水自动化系统在焦家金矿的设计应用。
【关键词】排水自动化；PLC；焦家金矿
1.概述
在计算机控制技术迅速发展的时代，继电器控制已逐步被PLC（以微处理器为核心的可编程序控制器）取代，并在自动化控制领域的各个行业被广泛应用。
目前，采用继电器控制井下排水系统的矿山仍有不少，水泵的开停及选择切换均由人工完成，还不能实现根据水位、峰平谷或其它参数自动开停水泵，实现无人值守，这将严重制约着井下主排水泵房的工作效率和经济效益。
山东黄金矿业（莱州）有限公司焦家金矿（以下简称焦家金矿）井下某泵房由一个水仓组成。所属设备为3台DF360-40×4水泵，配有电机为250KW/380V；正常情况水泵一开一备一检修。灌饮水方式为：3台水泵均采用无底阀真空吸水罐补水。
井下排水流程为：-390水泵房水仓的水经两条∮356×10的主管路排至地表蓄水池，排水总高度约为126米。
鉴于PLC的先进性和可靠性，该泵站水泵及其附属的设备实施了PLC自动控制及运行参数自动检测，并实现动态显示，数据可传送至调度中心，进行实时监测。系统通过自动检测水仓液位等参数，自动控制水泵轮流工作及备用泵的适时启动，合理安排水泵工作。系统的触摸屏采用图形、图像、数据、文字等显示方式，直观、形象、实时地体现出系统工作状态以及水仓液位、电机工作电流、进口流量、出口压力、电机温度、轴承振动、轴承温度、累计流量、运行时间等参数。该系统具有操作简单、运行安全可靠、自动化程度高等特点，合理地调度水泵运行，延长了水泵的使用寿命，为企业节约了费用。
2.系统构成
本系统包括现场数据传感器检测子系统、前端数据采集子系统、机房数据监视与设备控制子系统、远程数据传输子系统和调度室WEB浏览与控制等五大子系统。
2.1 现场数据传感器检测子系统
该系统由压力传感器、振动传感器、红外传感器、温度传感器等组成。经过防振处理的变送器，延长了其使用寿命、数据采集变换精度更高、信号输出更稳定。
2.2 前端数据采集子系统
该子系统用来将现场各种传感器检测到的参数数据通过以太网传送到PLC和调度中心工控机。
2.3 机房数据与设备控制子系统
主要由PLC、电动阀门、现场控制箱等组成。
该系统负责采集现场传来的检测数据，通过触摸屏显示，并进行分析处理，越限报警等操作；还负责将上级传来的控制命令下达到现场，来控制操作设备。泵房的PLC控制箱可通过井下通讯光缆与地面调度中心实现信息交换。
2.3.1 主PLC
GE 90-30系列CPU374采用AMD586微处理器，主频为133MHZ，具有一个10/100M以太网卡，2个RJ45接口，通讯卡与CPU集成在一起，通讯速度更快。控制系统由上位机OS操作员站监控系统和下位机PLC可编程逻辑控制系统组成。
2.3.2 主回路和补加水电动阀门
该泵房每台泵主排水阀门为电动阀门。真空罐补加水阀门用电动球阀（电磁阀适用于清水，井下水为有杂质污水，故不采用电磁阀，提高系统可靠性）。系统配备大容量在线式UPS电源，保证系统突然停电主电动闸阀和补加水电动球阀等设备能够安全关闭。
2.3.3 现场控制系统
在泵房操作现场，每台水泵都有一台LP.X控制箱，具有就地、远程转换功能，系统根据峰谷平时间和水位进行泵启、停控制，按水位变化率计算预期水量，并根据预期水量决定工作泵的台数。
2.4 远程数据传输子系统
负责通过光缆将泵房数据与现场设备采集的数据上传到调度中心，以便远程实时监控。
2.5 调度室web浏览与控制
在调度中心系统触摸屏上可动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示各参数（如图1所示），并实现远程控制。
3.系统功能
（1）系统可分段调试，分段运行。
（2）系统可实现水泵自动轮流工作，使水泵寿命延长。
（3）系统可根据投入运行泵组的位置，自动选择启动就近的真空泵，如果达不到真空度（在系统设定的时间内），备用泵便自动启动。
（4）系统根据峰谷平时间和水位进行泵启、停控制，按水位变化率计算预期水量，并根据预期水量决定工作泵的台数，大大提高了水泵的利用率。
（5）通过触摸屏可实时监控系统工作状态，出现故障自动报警，并具有历史记录查询、报表查询等功能。
（6）系统通可实现同时与触摸屏及地面监测数据传送，信息交换，实现遥信、遥测、遥控功能。
（7）系统具有启动保护和运行保护功能，系统对每台泵的运行电流、轴瓦振动、前后轴瓦温度等进行监测，当超过报警限值做报警处理以引起操作工的注意，对超出故障限值的进行停机处理，并报故障。
（8）系统具有低水位保护功能。如：水仓水位低于1.20米，泵低水位保护置位并停泵，当水仓水位高于1.45米时复位。水仓水位低于1.40米，备泵低水位保护置位并停泵，当水仓水位高于1.45米时复位
（9）系统控制具有就地（手动）、集中（自动）、远程（自动和手动）。故障检修和手动试车时使用就地（手动）控制方式，集中（自动）时，系统可自动完成各泵组工作；远程（自动和手动）时，如果工作人员选择某台或某几台泵组运行，系统可自动进行启停和监控已选泵组。将LP.X控制箱泵及阀门的“集中/就地”转换开关置于集中位置，如其中任可一台有故障，可以只将其中一台置于集中位置。将要使用的水泵的现场控制箱上的“集中/就地”转换开关置于集中位置，先转换到集中位置的为主泵，其次为备泵。
4.结语
矿井自动化排水系统是矿井生产自动化的一个重要组成部分，焦家金矿自排水自动化系统投入使用，运行良好，效果显著。调度中心可随时直接了解井下水泵的工作状况，为矿山安全生产提供了有力保障，大大节省了人力资源，提高了工作效率，在同类矿山中具有广泛的推广应用前景。
参考文献
[1]殷国友，王海波，朱日来，吕旭君，隋永东，戚克明，张伟.焦家金矿井下中央排水自动化系统开发及应用[J].机电与自动控制，2011，6.
[2]王光生，尹文波，樊兆同.基于PLC的矿井自动化排水系统设计[C].中国煤炭学会矿机电一体化专业委员会、中国电工技术学会煤矿电工专业委员会论文集.
[3]卢恩贵，赵冬梅.矿井自动化排水的PLC实现[J].工矿自动化，2006，4（2）.
作者简介：
邓兴全（1985—），男，青岛理工大学在读工程硕士，助理工程师，主要从事矿山电气技术管理工作，研究方向：矿山企业管理。
徐小粝（1985—），女，从事矿山数字化的建设及维护工作。
【关键词】排水自动化；PLC；焦家金矿
1.概述
在计算机控制技术迅速发展的时代，继电器控制已逐步被PLC（以微处理器为核心的可编程序控制器）取代，并在自动化控制领域的各个行业被广泛应用。
目前，采用继电器控制井下排水系统的矿山仍有不少，水泵的开停及选择切换均由人工完成，还不能实现根据水位、峰平谷或其它参数自动开停水泵，实现无人值守，这将严重制约着井下主排水泵房的工作效率和经济效益。
山东黄金矿业（莱州）有限公司焦家金矿（以下简称焦家金矿）井下某泵房由一个水仓组成。所属设备为3台DF360-40×4水泵，配有电机为250KW/380V；正常情况水泵一开一备一检修。灌饮水方式为：3台水泵均采用无底阀真空吸水罐补水。
井下排水流程为：-390水泵房水仓的水经两条∮356×10的主管路排至地表蓄水池，排水总高度约为126米。
鉴于PLC的先进性和可靠性，该泵站水泵及其附属的设备实施了PLC自动控制及运行参数自动检测，并实现动态显示，数据可传送至调度中心，进行实时监测。系统通过自动检测水仓液位等参数，自动控制水泵轮流工作及备用泵的适时启动，合理安排水泵工作。系统的触摸屏采用图形、图像、数据、文字等显示方式，直观、形象、实时地体现出系统工作状态以及水仓液位、电机工作电流、进口流量、出口压力、电机温度、轴承振动、轴承温度、累计流量、运行时间等参数。该系统具有操作简单、运行安全可靠、自动化程度高等特点，合理地调度水泵运行，延长了水泵的使用寿命，为企业节约了费用。
2.系统构成
本系统包括现场数据传感器检测子系统、前端数据采集子系统、机房数据监视与设备控制子系统、远程数据传输子系统和调度室WEB浏览与控制等五大子系统。
2.1 现场数据传感器检测子系统
该系统由压力传感器、振动传感器、红外传感器、温度传感器等组成。经过防振处理的变送器，延长了其使用寿命、数据采集变换精度更高、信号输出更稳定。
2.2 前端数据采集子系统
该子系统用来将现场各种传感器检测到的参数数据通过以太网传送到PLC和调度中心工控机。
2.3 机房数据与设备控制子系统
主要由PLC、电动阀门、现场控制箱等组成。
该系统负责采集现场传来的检测数据，通过触摸屏显示，并进行分析处理，越限报警等操作；还负责将上级传来的控制命令下达到现场，来控制操作设备。泵房的PLC控制箱可通过井下通讯光缆与地面调度中心实现信息交换。
2.3.1 主PLC
GE 90-30系列CPU374采用AMD586微处理器，主频为133MHZ，具有一个10/100M以太网卡，2个RJ45接口，通讯卡与CPU集成在一起，通讯速度更快。控制系统由上位机OS操作员站监控系统和下位机PLC可编程逻辑控制系统组成。
2.3.2 主回路和补加水电动阀门
该泵房每台泵主排水阀门为电动阀门。真空罐补加水阀门用电动球阀（电磁阀适用于清水，井下水为有杂质污水，故不采用电磁阀，提高系统可靠性）。系统配备大容量在线式UPS电源，保证系统突然停电主电动闸阀和补加水电动球阀等设备能够安全关闭。
2.3.3 现场控制系统
在泵房操作现场，每台水泵都有一台LP.X控制箱，具有就地、远程转换功能，系统根据峰谷平时间和水位进行泵启、停控制，按水位变化率计算预期水量，并根据预期水量决定工作泵的台数。
2.4 远程数据传输子系统
负责通过光缆将泵房数据与现场设备采集的数据上传到调度中心，以便远程实时监控。
2.5 调度室web浏览与控制
在调度中心系统触摸屏上可动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示各参数（如图1所示），并实现远程控制。
3.系统功能
（1）系统可分段调试，分段运行。
（2）系统可实现水泵自动轮流工作，使水泵寿命延长。
（3）系统可根据投入运行泵组的位置，自动选择启动就近的真空泵，如果达不到真空度（在系统设定的时间内），备用泵便自动启动。
（4）系统根据峰谷平时间和水位进行泵启、停控制，按水位变化率计算预期水量，并根据预期水量决定工作泵的台数，大大提高了水泵的利用率。
（5）通过触摸屏可实时监控系统工作状态，出现故障自动报警，并具有历史记录查询、报表查询等功能。
（6）系统通可实现同时与触摸屏及地面监测数据传送，信息交换，实现遥信、遥测、遥控功能。
（7）系统具有启动保护和运行保护功能，系统对每台泵的运行电流、轴瓦振动、前后轴瓦温度等进行监测，当超过报警限值做报警处理以引起操作工的注意，对超出故障限值的进行停机处理，并报故障。
（8）系统具有低水位保护功能。如：水仓水位低于1.20米，泵低水位保护置位并停泵，当水仓水位高于1.45米时复位。水仓水位低于1.40米，备泵低水位保护置位并停泵，当水仓水位高于1.45米时复位
（9）系统控制具有就地（手动）、集中（自动）、远程（自动和手动）。故障检修和手动试车时使用就地（手动）控制方式，集中（自动）时，系统可自动完成各泵组工作；远程（自动和手动）时，如果工作人员选择某台或某几台泵组运行，系统可自动进行启停和监控已选泵组。将LP.X控制箱泵及阀门的“集中/就地”转换开关置于集中位置，如其中任可一台有故障，可以只将其中一台置于集中位置。将要使用的水泵的现场控制箱上的“集中/就地”转换开关置于集中位置，先转换到集中位置的为主泵，其次为备泵。
4.结语
矿井自动化排水系统是矿井生产自动化的一个重要组成部分，焦家金矿自排水自动化系统投入使用，运行良好，效果显著。调度中心可随时直接了解井下水泵的工作状况，为矿山安全生产提供了有力保障，大大节省了人力资源，提高了工作效率，在同类矿山中具有广泛的推广应用前景。
参考文献
[1]殷国友，王海波，朱日来，吕旭君，隋永东，戚克明，张伟.焦家金矿井下中央排水自动化系统开发及应用[J].机电与自动控制，2011，6.
[2]王光生，尹文波，樊兆同.基于PLC的矿井自动化排水系统设计[C].中国煤炭学会矿机电一体化专业委员会、中国电工技术学会煤矿电工专业委员会论文集.
[3]卢恩贵，赵冬梅.矿井自动化排水的PLC实现[J].工矿自动化，2006，4（2）.
作者简介：
邓兴全（1985—），男，青岛理工大学在读工程硕士，助理工程师，主要从事矿山电气技术管理工作，研究方向：矿山企业管理。
徐小粝（1985—），女，从事矿山数字化的建设及维护工作。