ZSK(B)型矿用水泵自动化控制系统的应用

ZSK（B）型矿用水泵自动化控制系统的应用

我矿井下自动排水采用的ZSK（B）型矿用水泵自动化控制系统，以操作台、隔爆控制箱、就地控制箱、传感器等为主要组成部分，实现中央水泵房的“无人值守”。现就该系统的应用进行一些探讨。

标签：ZSK（B）型矿用水泵；自动化控制系统；应用

1 系统设备及组成

水泵房监控装置包括PLC隔爆控制箱、井下集中操作台、LED模拟显示屏、就地控制箱和外围传感器，地面上位工控机等五部分。

2 ZSK（B）型矿用水泵自动化控制系统硬件特点

2.1 采用PLC可编程控制器为核心

PLC是选用AB公司的PLC，工业生产中最常见的控制器。该系统不会因PLC故障而无法排水，大大提高了生产的可靠性，和应急预案提出的前瞻性。

2.2 外围设备性能可靠

原来使用的电磁阀因采用线圈牵引动作方式存在电压适应性差、密闭性能不好、压力过高打开受阻等缺点，给排真空带来了不少的问题后更改为24V供电的电动球阀解决了原来的问题。

2.3 应急措施齐全

井下环境恶劣经常发生电力设备故障，经常造成故障断电或检修断电致使控制设备无法正常运行。低压电源断电后将不能打开排真空的电动球阀，无法排真空使得水泵无法排水，为解决此问题，将电动球阀并联一个手动球阀解决因低压电源故障、高压电源正常时造成无法排水问题。

2.4 模块化灵活性高

无排风扇结构，易于实现分布，成为各种从小规模到中等性能要求的控制任务既方便又经济，大大提高了维护和更换的灵活性。

2.5 组网功能强大

系统PLC控制器提供TCP/IP的RJ45接口可挂接在中央变电所的网络交换机上，通过交换机与全矿综合自动化系统连接，并通过点表直接同上位机进行通讯完成远程控制功能，实现“无人值守”。

2.6 液晶显示屏人机界面（HMI）直观

方便的人机界面已经集成在PLC操作系统内。因此人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从PLC中要求数据，PLC按指定的刷新速度传这些数据。送操作系统自动地处理数据的传送。

2.7 多级口令保护，确保数据保密

现在企业对技术的保密和网络信息保密十分重视，而该水泵的自动控制系统，可以为客户提供多级、供不同层次人员准入的口令保护，同时实行分级授权，有效防止非授权人员进行私自复制和修改信息，确保网络信息安全，杜绝技术信息流失。

2.8 PLC具有多种不同的通讯接口

多种通讯处理器用来连接MPI接口、PROFIBUS和工业以太网总线系统，通讯处理器用来连接点到点的通讯系统；多点接口（MPI和PROFIBUS）集成在CPU中，用于同时连接编程器、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。

2.9 远程和现场编程，实现在地面调度室和井下现场都可通过笔记本对程序或参数进行修改。

3 ZSK（B）型矿用水泵自动化控制系统的软件特点

3.1 无人值守减员增效

将本机工作方式转为“地面控制”或“自动控制”时，各水泵由地面主机或PLC 根据自身程序以安全为第一的标准进行控制，最终实现无人值守。

3.2 削峰填谷降低成本

地面计算机根据每天矿井的用电负荷情况，确定用电高峰、低谷时间，并将参数传给本机，使水泵在最经济的时间内自动运行。

3.3 曲线式水位自动控制

水位监测一直是矿井排水参数中最重要的参数之一，往常把水仓水位分为五档低水位、正常水位、高水位、上限水位、危险水位，通过水位传感器的监测反馈判断水位所处于哪个档，然后执行相应的控制动作。经过长时间的摸索和实际经验现将固定档位式水位控制更改为曲线式控制，式PLC控制“IQ”更高。

3.4 涌水量增大早预警

根据水仓加装的水位传感器实时监测水仓水位，以时间、容积、水位相结合的方式测算出单位时间的涌水量，实现了突发事故早发现、早预警、早排水的目的。

3.5 设有用水量监测

通过模拟量水位传感器监测单位时间内的上涨速度，测算出矿井的涌水量并结合水位高度确定泵控制动作，可提前了解事故情况为紧急事故提前预知提前进入紧急排水状态。

3.6 一键起停操作简单

在井下操作台和地面调度室可以实现一键起停功能，系统将按设备顺序自动启动自动监测各个设备数值最后达到自动排水。大大降低了操作难度减小了误操作的发生概率。

3.7 故障直观易于维护

在现场触摸屏上可汉字显示各故障信息并报警，在地面控制站上可显示现场单元当前的报警信息以及保存的报警记录当运行的水泵出现轴承超温、高压开关故障、流量不够、正压过低、电流不正常时自动停止运行，并能确切的显示故障位置和类型且有声光报警。

4 监测功能

安全的控制离不开齐全的监测。整个集中控制系统由PLC集控及监控部分、现场设备两大部分组成。主要监测的信号有：

4.1 被动反馈

由开关提供的各水泵的开停信号、电压信号、电流信号、真空泵的开停信号。各个电动球阀的开关到位信号、各电动闸阀的开关位置和开关过位信号，把信号反馈到PLC集控。

4.2 主动监测类（传感器监测类）

采用超声波流量传感器监测排水管路的流量，误差小、安装方便不破坏排水管壁；采用超声波或压膜水位传感器监测水仓的水位，能随时显示水仓水位的具体高度精确到5毫米传送到PLC同时在触摸屏和地面上位机显示；采用绝压传感器0-1MPa监测泵体内部的真空度将数据传到PLC内此数据为启动水泵的重要依据；采用正压传感器0-10MPa监测泵出口压力达到因海拔高度差别产生的压力后方可开启排水闸阀进行排水，在泵运行过程中压力过低为故障停泵的依据之一；电机绕组温度及电机前、后轴承、三项绕组及水泵前、后轴承预埋的PT100

温度传感器数据将采集到PLC内进行温度监测在温度过高时成为故障停泵的依据之一并在操作台上隔爆屏内显示实时温度数据。

5 控制功能

自动控制功能，本着水位优先的原则实现各个水泵的自动控制，当水位达到高位或不在高位而处在用电低谷时间内，将自动启动运行泵，当达到低位或不在高位而处在用电高峰时间内时自动停泵。当水位达到上限水位时，自动启动“运行泵”及“备用泵”，直到水位低于高位时停止“备用泵”只运行“运行泵”，当达到低位或不在高位而处在用电高峰时间内时自动停泵，实现无人值守。

手动控制功能，根据实际需要也可以从自动控制方式切换到手动控制方式。此方式下操作人员在操作台上人工手动控制。可对单个设备进行启、停操作但此时操作闭锁关系投入仍然对设备设有保护功能。

地面远程控制，井下集中控制台在将控制方式选择为“地面远程”控制时，地面工控机被授予控制权限可对井下设备进行非检修操作，实现远程控制。

就地检修控制各设备工作方式打到就地检修位置时，可直接在开关上或设备附近的检修就地控制箱上人工手动控制。因检修方式闭锁不投入只报警，故检修方式只允许在就地检修箱上进行操作。