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地下矿山自动化排水系统探讨

2020
04/25
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maqingfen

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建筑界
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【摘要】随着智能化矿山的不断推进,国家对环保节能方面的重视,自动化生产成为矿山发展的主要方向。本文通过对PLC可编程控制系统的原理和构成的研究,实现排水系统的监控和自动控制目的。

  摘要:为了改善地下矿山排水系统的艰苦作业环境,完成对地下矿山排水系统的自动化控制,通过对PLC可编程控制系统的原理和构成的研究,实现了排水系统的监控和自动控制电机与闸阀的目的。对实现井下水位自动监测,合理安排水泵运行,保证矿山排水安全有重要指导意义。

  关键词:PLC;自动化;井下排水

  随着智能化矿山的不断推进,国家对于环保、节能方面的重视,自动化生产成为矿山发展的主要方向。矿山的井下排水系统除了要正常排水外,还需在电价高峰期与低谷期时间段内调整排水时间,降低排水费用。而当前地下矿山的主要排水方式仍然为传统的人工排水,劳动强度大,工程繁琐,所需人员多。因此,需要使用一种自动排水系统来降低能耗与劳动强度。在工业方面,PLC单片机被视为自动化控制系统的核心,被广泛采用[1]。PLC可以辅助监测设备进行实时监控,并与计算机连接,进行数据通讯。如果计算机出现故障,PLC机也可不依赖计算机,独立运行,进而保证整个系统的正常运转。

  1自动化排水系统结构与功能

  由于PLC机编程简单、可靠性高、使用方便,系统的设计、调试工作量小,维修简单,对于环境复杂的地下矿山具备很好的适应性,拥有计算机联网能力,操作室内值班人员可实时监控排水系统,进行远程排水作业,便于全矿的自动化生产。

  1.1系统结构

  PLC系统框架主要有上位工业计算机集控平台、工业光纤以太网通讯系统、现场信号采集及控制系统、数据采集传感器系统、PLC电控柜组成(图1)。(1)系统信号采集有水仓水位,开泵时间,电机电压、电流,出水口压力,吸水口真空度,排水流量,各阀门开闭状态。(2)系统控制信号有电机开关控制,各闸阀开关控制。(3)地面监测站为最主要的人机交换平台,利用软件系统可视界面设计为3D效果,具有操作简单且富有人性化的特点,对收集的数据进行汇总、报表,执图1PLC系统结构行监测、报警以及维护、命令等任务,对各水泵控制电控柜分站进行遥控操作。

  1.2监测报警

  PLC机可以实时监测运行参数,电机电流和电压、水泵出水口压力、水泵吸水口真空度、水泵开启时间、排水管流量,以及水仓水位的变化,将监测数据传送给计算机,并定时储存,保存1~2a。实时显示系统按时、分、秒的时间格式,显示电机电流和电压、水泵出水口压力、水泵吸水口真空度、排水管流量,以及水仓水位变化。历史记录显示系统按年、月、日的时间格式,显示系统中水位变化、水泵开启时间、排水流量等参数的趋势曲线,并可以无极放大缩小显示。根据所设置的限制条件进行监督,对超出安全范围的情况,在数据窗口集中显示报警,图符闪烁,并对报警情况进行记录,报警记录中包含日期、时间、编号、持续时间和报警信息等。事故报警已经发生但未进行确认,符号显示为红色闪烁,确认后,符号显示为红色静止;预告报警发生但未确认,符号显示为黄色闪烁,确认后报警符号消失。

  1.3保护功能

  按照设计,井下排水水泵与排水管路至少要留出1台备用设备,如何按照设定程序自动运行是自动化生产的趋势。水泵在运行时,若检测系统检查到过大或过小的排水流量或电流电压,PLC机会自动判定水泵故障,停止问题水泵运行,启动另一台备用水泵,并发出报警。为了确保水仓水位安全,水仓中使用超声式液位计与投入式液位计两种检测仪器,两种水位监测计反馈信息相差较大时进行报警提醒,巡视人员需根据具体情况检查现场状况。监测系统同时会采集和记录水泵使用情况信息形成历史数据,为工作人员提供排水系统状况,同时为PLC系统提供数据,使各水泵、管路得到均匀磨损的使用状况。使每台水泵或管路使用时间相近,防止某个设备磨损严重或受潮损坏。水仓管道布置见图2。

  1.4控制功能系统

  自动控制系统启动方式分为自动、手动、检修3种模式[2]。(1)自动模式。在此模式下,PLC系统根据监测到的水位信息,根据避峰就谷原则,尽量避免用电高峰期启动水泵,同时在高峰期来临前,尽量降低水位[3]。开启水泵时,排水管路中电磁阀打开,对离心泵充水,在吸水口处真空度达到要求后,接通水泵电机,开始排水。在水位降至安全水位以下后,关停水泵,并关上逆止阀,停止水泵电机工作。此状态可在无人值守情况下进行。(2)手动模式。通过井上的上位计算机软件控制,监管人员根据检测到的水位、电流、电压、压力、流量等传输回来的信息,人工选择水泵的开启,以及开启数量,PLC系统自动完成水泵启动过程。(3)检修模式。对某一水泵进行维修时,现场选择进入检修模式,现场控制的优先级大于远程控制,远程机上只能对该水泵的数据进行监视,无法进行操控。由现场人员控制水泵电机以及各闸阀门,保证检修人员的安全。

  2水仓水位控制

  井下排水用电量占整个矿山用电的50%左右,因此在用电峰谷时段进行调整,节省用电费用十分必要。水仓水位的高低决定自动化系统的运行,对水位监测的准确与否影响着整个系统的可靠性。在用电高峰与尖峰时期储存更多的涌水,在平段和低谷时期启动水泵排水,使水仓水位降至最低水平。当涌水量较大时,不管是在高峰期还是低谷期,若水位达到了最高安全水位,则开启多台水泵进行排水,使水位保持在安全水平。

  3自动化系统对管理人员的要求

  3.1提高工人自身素质

  自动化技术的运用可有效减少井下作业人员,但对操作人员的素质提出了更高的要求,必须加大对操作人员的业务培训,让操作人员熟知工作原理,了解使用方法和操作技巧,不断充实自己,提高学习水平。

  3.2转变固有思想

  自动化技术为矿山生产带来了集中式管理的便利,地面监测站可将全矿生产情况进行汇总,井下生产状况反馈不再有滞后性,使扁平化管理更加有效。井上、井下可进行直接联络,大大提高了生产效率,管理人员与操作人员一定要合理利用新技术,加强对井下作业的控制力度。

  4结语

  自动化排水系统是数字化矿山的重要组成部分,有利于排水自动化的实现,不仅提高了排水系统的可靠性、安全性,减少了井下作业人员,降低了人工操作失误带来的损失,而且方便实行避峰就谷措施,降低排水费用。实现对井下的统一调度、统一调控,为实现无人化排水系统打下牢固基础,便于矿山集中化管理,为生产提供安全保证。

  参考文献

  [1]钟肇新.可编程控制器及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2002.

  [2]陈子春.井下中央泵房水泵房水泵自动化控制系统的研究与应用[J].工矿自动化,2007(2):77-79.

  [3]李胜旺,吉贵堂,赵晓旭.矿井主排水自动化控制系统[J].工矿自动化,2002(1):3-5

  作者:张文锋 王绍群 单位:河北钢铁集团滦县常峪铁矿有限公司

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