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煤礦井下排水泵房自動(dòng)控制與節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)
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井下排水是確保煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，也是用電大戶(hù)，確保其安全、可靠地運(yùn)行，對(duì)礦井的安全、高效生產(chǎn)有著重大意義。我公司和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的煤礦井下水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)在棗礦集團(tuán)、中煤大屯煤電公司、山西焦煤集團(tuán)、盤(pán)江煤電集團(tuán)、平頂山能化集團(tuán)等煤炭企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)控制，傳感器監(jiān)測(cè)、可編程控制器和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下排水設(shè)備的自動(dòng)控制與能效優(yōu)化。
1、系統(tǒng)構(gòu)架
泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)主要由PLC控制、預(yù)警與通話(huà)、視頻監(jiān)控和上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)組成。本系統(tǒng)的信號(hào)交互可以依托于礦井已有的以太網(wǎng)絡(luò)，也可以自建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用西門(mén)子S7系列PLC作為核心元件，PLC程序和上位機(jī)監(jiān)控軟件自主研發(fā)；預(yù)警與通話(huà)系統(tǒng)由自主研發(fā)的數(shù)字語(yǔ)音報(bào)警器KXH127構(gòu)成，具備開(kāi)車(chē)預(yù)警、故障語(yǔ)音提示、語(yǔ)音對(duì)講等功能。視頻和控制系統(tǒng)均具有網(wǎng)絡(luò)發(fā)布接口，無(wú)論是集控室、礦調(diào)度、其它internet用戶(hù)都可以通過(guò)不同的用戶(hù)權(quán)限登陸訪問(wèn)視頻數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)界面。
PLC控制系統(tǒng)配置的傳感器：射流負(fù)壓、出口壓力、電機(jī)溫度、電機(jī)振動(dòng)、水倉(cāng)液位、閥門(mén)到位、電機(jī)智能綜保裝置。下圖是系統(tǒng)構(gòu)架圖。
自動(dòng)排水系統(tǒng)構(gòu)架示意圖
2、主要功能
1）控制方式
礦用本安型操作箱可以實(shí)現(xiàn)操作方式的轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)授權(quán)、故障信息顯示、設(shè)備啟停和手動(dòng)控制等功能。
（1）自動(dòng)方式：系統(tǒng)通過(guò)水倉(cāng)水位和每臺(tái)水泵累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，在無(wú)人值守的情況下，按能效優(yōu)化的規(guī)則，合理調(diào)度每臺(tái)水泵自動(dòng)啟動(dòng)或停止。
（2）計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制：通過(guò)地面計(jì)算機(jī)下發(fā)命令開(kāi)停水泵，低水位自動(dòng)停止或現(xiàn)場(chǎng)操作人員手動(dòng)停泵。
（3）近控方式：通過(guò)井下操作臺(tái)，控制水泵的開(kāi)停，低水位自動(dòng)停泵或現(xiàn)場(chǎng)操作人員手動(dòng)停泵。
（4）檢修方式：此方式禁止啟動(dòng)設(shè)備。
（5）純手動(dòng)方式：不通過(guò)PLC控制系統(tǒng)，用井下操作臺(tái)上的手動(dòng)按鈕控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟停、閘閥的開(kāi)閉。
（6）可以通過(guò)地面監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)泵房變電所的高壓開(kāi)關(guān)柜的遠(yuǎn)程開(kāi)、合閘。
2）數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)
采集各管路流量、水位、水泵出口壓力、重要部位的溫度等參數(shù)，并保存、分析、參與控制。
3）歷史記錄查詢(xún)
（1）記錄各水泵的運(yùn)行時(shí)刻和累計(jì)運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)；
（2）記錄和查詢(xún)電機(jī)電流、水倉(cāng)水位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線，便于數(shù)據(jù)分析。
（3）記錄水泵的故障信息，并支持查詢(xún)一年的設(shè)備故障信息。
（4）能夠記錄過(guò)去某時(shí)刻系統(tǒng)所處的運(yùn)行狀態(tài)，并記錄操作員的操作過(guò)程。
（5）能通過(guò)礦局域網(wǎng)傳送水泵控制系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)和運(yùn)行圖，使有權(quán)限的計(jì)算機(jī)能夠查詢(xún)。
4）輪換工作功能
基于能效優(yōu)化的原則，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了水泵自動(dòng)輪換工作制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)自動(dòng)記錄并累計(jì)，系統(tǒng)根據(jù)這些運(yùn)行參數(shù)按一定順序自動(dòng)啟停水泵和相應(yīng)管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻，當(dāng)某臺(tái)泵或所屬閥門(mén)故障，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，并在上位機(jī)上記錄事故，同時(shí)將故障泵或管路自動(dòng)退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動(dòng)輪換工作，以達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理，以免影響礦井安全生產(chǎn)。
3、上位機(jī)監(jiān)控界面案例展示
