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煤礦井下排水泵房自動控制與節能優化系統

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井下排水是確保煤礦安全生產的重要環節，也是用電大戶，確保其安全、可靠地運行，對礦井的安全、高效生產有著重大意義。我公司和中國礦業大學聯合研發的煤礦井下水泵自動控制系統在棗礦集團、中煤大屯煤電公司、山西焦煤集團、盤江煤電集團、平頂山能化集團等煤炭企業得到了廣泛應用。該系統利用計算機控制，傳感器監測、可編程控制器和工業網絡技術，實現了對井下排水設備的自動控制與能效優化。

1、系統構架

泵房自動排水系統主要由PLC控制、預警與通話、視頻監控和上位機監控平臺組成。本系統的信號交互可以依托于礦井已有的以太網絡，也可以自建網絡系統。控制系統采用西門子S7系列PLC作為核心元件，PLC程序和上位機監控軟件自主研發；預警與通話系統由自主研發的數字語音報警器KXH127構成，具備開車預警、故障語音提示、語音對講等功能。視頻和控制系統均具有網絡發布接口，無論是集控室、礦調度、其它internet用戶都可以通過不同的用戶權限登陸訪問視頻數據和控制數據界面。

PLC控制系統配置的傳感器：射流負壓、出口壓力、電機溫度、電機振動、水倉液位、閥門到位、電機智能綜保裝置。下圖是系統構架圖。

 自動排水系統構架示意圖 

2、主要功能

1）控制方式

礦用本安型操作箱可以實現操作方式的轉換、系統授權、故障信息顯示、設備啟停和手動控制等功能。

（1）自動方式：系統通過水倉水位和每臺水泵累計運行時間，在無人值守的情況下，按能效優化的規則，合理調度每臺水泵自動啟動或停止。

（2）計算機遠程控制：通過地面計算機下發命令開停水泵，低水位自動停止或現場操作人員手動停泵。

（3）近控方式：通過井下操作臺，控制水泵的開停，低水位自動停泵或現場操作人員手動停泵。

（4）檢修方式：此方式禁止啟動設備。

（5）純手動方式：不通過PLC控制系統，用井下操作臺上的手動按鈕控制驅動電機的啟停、閘閥的開閉。 

（6）可以通過地面監控軟件實現泵房變電所的高壓開關柜的遠程開、合閘。

2）數據采集與存儲

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，并保存、分析、參與控制。

3）歷史記錄查詢

（1）記錄各水泵的運行時刻和累計運行時間等參數；

（2）記錄和查詢電機電流、水倉水位實時數據曲線，便于數據分析。

（3）記錄水泵的故障信息，并支持查詢一年的設備故障信息。

（4）能夠記錄過去某時刻系統所處的運行狀態，并記錄操作員的操作過程。

（5）能通過礦局域網傳送水泵控制系統的各種數據和運行圖，使有權限的計算機能夠查詢。

4）輪換工作功能 

基于能效優化的原則，本系統設計了水泵自動輪換工作制，控制程序將水泵啟停次數及運行時間等參數自動記錄并累計，系統根據這些運行參數按一定順序自動啟停水泵和相應管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻，當某臺泵或所屬閥門故障，系統自動發出聲光報警，并在上位機上記錄事故，同時將故障泵或管路自動退出輪換工作，其余各泵和管路繼續按一定順序自動輪換工作，以達到有故障早發現、早處理，以免影響礦井安全生產。

3、上位機監控界面案例展示