矿井多水平综合自动化排水系统.pdf

第 4期 2 0 1 1年 1 2月 水 力采 煤与 管道 运输 HYDRAUL I C C 0AL MI NI NG ＆ P I P EL I NE T RANS P ORTAT 1 0N No． 4 De C ． 2 0 1 1 矿井多水平综合 自动化排水系统 袁志金刘志辉 ( 开滦 集 团公 司 河 北 唐 山 0 6 3 0 0 0) 摘要 ： 介绍了开滦集团公司矿井多水平综合 自动化排水系统的实际应用及 系统特点、 组成结构、 系统功能， 解 决了矿井单一水平排水 系统应用难点问题 。 关键 词 ： 多水 平 排 水 系统 自动 化 矿 井 中图分类号 ： T D 6 7 9文献标识码 ： B文章编号： l 0 0 6— 0 8 9 8 ( 2 0 1 1 ) 0 4— 0 0 5 9— 0 2 0前 言 为了实现排水系统的 自动化控制和提高排水系统的 效率 ， 特别是对于多水平联合排水系统的优化控制 ， 开滦 集团公 司利用 现代控制技术与理论 ， 研究 开发 了适 用于 煤矿井下的多水平排水综合控制 系统。该控制系统利用 可编程控制器 P L C及其控制 网络构建监控平 台， 利用 冗 余现场总线及工业 以太网实现各分 系统的统一监控 。自 动化排水系统具有数字化 、 自动化 、 信息化 、 网络化的特 点 。水泵还能实现远程无人值守 自动控制。系统采用模 块化结构 ， 具有很好的维护性和可扩展能力 。 1使 用 目的 通过建立矿井多水平优化综合 自动化排水系统的数 学模型， 采取高位 排水、 双管并联排水 、 躲峰填谷 等控 制 策略 ， 使得排水系统能够在涌水量 、 水仓容量 和水泵的排 水效率渐变的情 况下 ， 达到最大 限度地利用用 电谷段排 水的 目标 ， 提高 了系统的整体运行效率， 达 到高效节电运 行 的 目的。 2 结构特点 ①多水平联合排水 ， 实现排水 系统优化 、 节能运行控 制 。 ②具有防灾变应急处理系统 ， 实现远程监控管理。 ③实现矿井透水“四自动” 应急控制功能。 3 解决的实际问题 ①传统单一水平排 水， 自动化排水 运行功能差 的问 题 。 ② 由于各级泵房联系不及时 自行排水 ， 造成的各类生 产 难题 。 ③ 由于单级排水对于水位监测不及时而造成满仓事 故 的发 生 。 ④ 由于单级考虑用 电负荷造 成供电系统局部负荷增 加 的 难题 。 4 实现功能 ①具有计量／ 时间／ 运行统计的功能。 ②根据各水平水仓水位 自动调度排水泵的启停。 ③控制各水平水泵轮流工作 ， 使 每台泵磨损程度均 等 。 ④根据各水平水仓水位 、 供电峰谷段时间、 电网 日负 荷变化曲线等情况 ， 合理调度水泵运行， 既考虑节省运行 费用 ， 也要考虑电网的承受能力和对其他设备的影响。 ⑤检测水泵及其电机 的工作参数。如 ： 水 泵流量 、 出 口压力 、 水泵轴温 、 电机定子温度及轴温 、 电机 电流和功 率等。根据水泵及 电机 的运行参 数测算 水泵 的运 行效 率， 为水泵的维护保养提供科学依据 ， 为点检系统提供详 细数 据 。 ⑥实现防水闸门的自动控制 。 ⑦具有故障报警 、 自动保护等功能 。 ⑧通过接 口向上传送数据 ， 对全 矿井涌水量进行监 测 ， 根据全矿井供电负荷调整要求 ， 按预定 的工作程序进 行定期排水 ， 实现矿井多水平排水优化控制。并根据各 水平水仓水位情 况 自动控制排水泵 的开停 ， 达 到经济运 行的效果。 ⑨组网功能。通过 P L C ( 可编程逻辑控制器) 提供 的 以太网接 口接人 全矿综合 自动化 系统工业 以太 网， 水泵 主电机开停实现远控( 要设定权限和密码) 。 ⑩实现多级水泵的联合控制 ， 使排水系统运行效率最 高 、 安全系数最高。 5设 计思 路 多水平节能排水 自动系统设计思路是基于数字化 、 自 了成本 。 ④使用锚杆支护收尾多开采了煤炭 ， 增加了收入。 ⑤使用锚杆支护在综采工 作面收尾技术可行 ， 经济 合理 ， 安全可靠 ， 效益显著。 作者简介： 周艳 国( 1 9 6 7一)， 男 ， 河北唐 山人 ， 本科 ， 采 煤 工程 师 ， 现 任 开滦钱 家营矿 业 分公 司生产 副经 理。 收稿 日期 ： 2 0 I 1— 0 4—2 6 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年 l 2月 水力 采煤 与管道 运输 第 4期 动化 、 网络化和信息化等先进技术 ， 采用“ 多 P L C网络控 制 +上位机诊 断与监控 +局域网信息互联”的控制思路 进行总体设计 。 6基 本 组成 控制系统由 P L C、 触摸屏 、 检 测部分( 模拟量和开关 量) 、 执行部分等组成 。硬件结构如图 1 所示。 图 1 P L C、 传感器及执行机构硬件结构图 6 ． 1 P L C模块 系统的核 心部分 ， 完成对监 测量 的处理 、 运 算 和存 储 ， 并根据监测结果进行逻辑处理， 控制水泵及附属设备 启停。系统选用德国西门子生产的 s 7—3 0 0系列 P L C， 各 个水平排水控制分系统采用相 同硬件配置。 6 ． 2 触摸屏 P L C的延伸外围设备 ， 实 时生 动地 显示水泵 当前状 态 ， 并为用户提供水泵井下控制 的平 台。 6 ． 3 模拟量检测部分 ‘ 模拟量检测部分主要完成对监控需要模拟量 的采集 和处理， 并送入 P L C。主要包括以下几类传感器 ： 水仓水 位传感变送器 ； 流量传感变送器 ； 压力传感变送器 ； 负压 传感变送器； 温度巡检仪及传感器。 6 ． 4 开关量检测部分 将液压闸阀 、 电动球 阀、 真空泵、 防水门、 配水 阀等 的 工作状态与位置状态以及浮球水位等开关量信号接入 P L C， 监控系统实时监测运行状态。 6 ． 5 执行部分 由就地控制柜 、 集控柜的外围电控机构组成 ， 完成对 水泵 、 液压闸阀、 配水阀、 电动球阀、 防水门等的控制。 。 7创 新功 能 提出了基于煤矿井下多水平涌水量 、 水仓容积以及水 泵效率渐变过程 、 矿井供 电峰谷时段 的矿井多水平排水 优化节能控制模式 。 提出并实现 了矿井 透水灾变 “四 自动 ” 应急控制 技 术。该技术根据矿井涌水量变化趋势， 对矿井透水灾变 自动预警 ； 矿井透水后 ， 自动检测巷道及 排水泵房 的水 位 ； 超过规定水位后 ， 自动关 闭防水 闸门； 矿井透水灾变 时 ， 自动控制所有水泵联合运转。 8 应用的实际意义 开滦( 集团) 有限责任公 司是 中国特大型煤炭企业 ， 2 0 1 0年开滦集团原煤产量达到 6 0 8 7万 t ， 随着生产规模 的不断扩大 ， 所属各 个分公 司的煤炭生产水平 已不断延 伸 ， 形成了多个水平开拓准备 、 生产延伸的布局。矿井多 水平综合 自动化排水系统 能实现 多级水泵 的联合控制 ， 使排水系统运行效率最高 、 安全 系数最高。并具备灾害 运行模式， 具备透水灾害的自动处理预案 ， 最大限度降低 灾害损失。 参考文献 [ 1 ] 王振平． 矿井通风、 排水及压风设备． 徐 州： 中国矿业大学 出版 社 ． 2 0 1 0 [ 2 ] 曹挥 ， 霍罡． 可编程控制器过程控制技术． 北京： 机械 工业 出版 社 ． 2 0 0 6 作 者简 介 ： 袁志金 ( 1 9 7 9一) ， 河北唐山人， 机 电工程师， 2 0 0 3年毕业于 湖北 工学 院( 现湖 北 工业 大 学 )自动 化 专 业 ， 现在 开滦 集 团公 司 从 事 自动化 工作 。 收稿 日期 ： 2 0 1 1—0 5—1 1 6 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m