太平煤矿井下主排水监控系统升级改造

太平煤矿井下 主排水 监控系统 升级 改造

彭波

四川川煤华荣能源股份有限公司 四川攀枝花 617000

摘要：KJ518矿井排水监控系统将计算机技术、自动控制技术和传感器技术融为一体，采用PLC可编程控制器对全矿井水泵成套设备的运行状态、运行过程进行实时监测和优化控制，具有远程监控、自动运行、实时报警、故障保护、统计分析等功能，通过智能调度算法根据水仓水位、水泵运行时间、矿井电力负载等信息对泵房内的所有水泵进行集中管理和统一调度。

关键词：太平煤矿；井下主排水；监控系统；升级改造

1 系统现状

太平煤矿+900m水平主排水系统和+700m水平主排水系统各有5台主排水泵，1号泵采用灌饮水方式，2-4号泵采用射流方式，目前均已建设有集控系统，可实现现场数据采集及远程控制。但是由于水泵房PLC控制箱老化，频繁死机，地面集控中心监控站硬件性能退化，严重影响主排水泵的正常运行。又因金沙江修建水电站，存在井下水量剧增的风险。为了保证矿井安全生产，太平煤矿对+900m水平主排水监控系统和+700m水平主排水监控系统进行了升级改造。

2 设计原则

为了保证煤矿安全生产，高标准、高质量完成该项目，在设计选型过程中始终遵循系统应具备可靠性、安全性、先进性的原则，同时要考虑矿井的近、远期发展，产品的技术更新，以减少不必要的重复投资。系统设计选型原则着重从以下几方面考虑：

2.1 安全性

系统经相关部门严格检测，取得合格证、防爆证、安标证。同时系统对相关程序、数据进行加密处理，对操作权限分级管理，保证系统安全、稳定地运行。

2.2 可靠性

系统经过相关部门检测，具有较强的抗电磁干扰能力，性能稳定，能够在煤矿恶劣环境下长期工作，保证系统可靠运行。

2.3 先进性

采用先进的技术和设备，确保系统功能及性能优质、运行可靠，在技术、管理方面居国内同行业最先进水平。

2.4 可扩展性

系统软硬件选型及系统结构具有前瞻性。一方面，为系统今后的完善、提高留有充裕的扩展容量；另一方面，系统必须具有灵活的网络结构，系统扩展时无须变更已有软硬件，只需增加部分设备即可实现，不影响系统的运行。

3 系统组成

排水监控系统由远程监控、传输网络、现场控制三部分组成。远程监控部分主要由SCADA监控软件、云数据中心、监控客户端及配套外设组成；传输网络部分采用工业以太网+现场总线的方式实现；现场控制部分主要由可编程控制器、显示操作台、电动阀门、各种传感器等组成。

3.1 地面集控中心

（1）更换监控主机2台，一主一备互为冗余；配置音箱，用于语音报警；

（2）监控主机上安装Windows操作系统、组态软件、KJ518煤矿排水监控系统软件，实现水泵房各类监测参数的采集、显示、分析、存储以及远程控制。

3.2 传输网络设计

太平煤矿已建立工业以太环网平台，增补设备利用+700m水平主排水泵房、+900m水平主排水泵房现有网络接口即可接入。

3.3 现场设备配置

（1）采用矿用隔爆兼本安型PLC控制箱为核心进行集成控制。

+700m水平主排水泵房更换2台KXJ660型PLC可编程控制箱、1台TH15显示控制台。+900m水平主排水泵房更换2台KXJ660型PLC可编程控制箱、1台TH15显示控制台。

可编程控制器选择西门子系列PLC为控制核心，用于泵房数据的集中处理和逻辑控制；显示控制台支持本地组态和触屏操作，可编程控制器与显示控制台配合使用可实现泵房设备的状态显示和集中操作。5台水泵监控所需的所有阀门和传感器统一接入PLC控制箱集中采集、控制。PLC预留了现有的18个电动闸阀更换新闸阀后的点位。

（2）水仓水位监测：在每个吸水井设置1台液位传感器和1对浮球开关，液位传感器用于测量水位的连续变化，用于水泵启停控制和水仓进水量监测；浮球开关用于监测水位高低限，与液位传感器形成双重保护。

（3）排水压力监测：在+700m水平排水泵房新增水泵排水管安装1台压力传感器，用于监测水泵排水压力。

（4）水泵负压监测：在+700m水平排水泵房新增水泵负压侧安装1台负压传感器，用于监测水泵吸水负压。

（5）流量监测：利用2019年新安装的唐山大方的超声波流量计。

（6）电量参数监测：通过矿用隔爆兼本安型多协议网关采集水泵配电开关内综合保护器的电压、电流、合分闸状态、故障等信号。利用现有的KJJ660型多协议网关。

（7）温度参数监测：+700m水平排水泵房接入新增水泵平台Pt100温度探头，以及现有已预埋的温度探头，+900m水平排水泵房新增Pt100温度探头接入温度巡检仪。

（8）水泵运行状态监测：在+700m水平排水泵房新增水泵电机的电源线上安装1台开停传感器，通过感应电流确定水泵运行状态。

（9）水泵电机控制：通过触点控制开关的合/分闸，实现水泵电机的启停控制。

（10）电动阀门控制：原控制线路接入更换后的PLC控制箱。+700m水平排水泵房新增水泵的电动阀门、配水闸门、该水平更换的电动闸阀接入新更换的PLC。+900m水平排水泵房更换的总排水管的电动阀门和配水闸门接入新更换的PLC。

（11）视频监控设计：利用现有视频监控系统。

（12）故障报警：在+700m水平主排水房、+900m水平主排水泵房新增声光报警器，当水仓水位超限、水泵状态异常、PLC通讯故障时，水泵房内报警器会提示巡检人员进行现场处理。

（13）PLC可编程控制箱、电动闸阀采用AC 660V供电；电动球阀、流量传感器采用AC 127V供电；其他传感器由PLC可编程控制箱供电，显示操作台由浇封电源供电。

4 系统功能

4.1 三维平台

平台基于ICONCIS组态软件开发，可实现水泵房的三维动态监测。可随时进行视觉切换、视频、运行参数查询功能。

4.2 全方位实时监测

可实现对吸水负压、排水正压、水仓液位、排水流量、轴承及定子温度、电压、电流和水泵运行状态、阀门开关状态、水位高低限等信号的实时监测。

4.3 多模式控制

系统提供全自动控制、远程半自动控制、远程手动控制、本地半自动控制、本地手动控制五种控制模式。每台水泵可独立设置控制模式，其控制优先级从低到高依次为全自动控制<远程半自动控制<远程手动控制<本地半自动控制<本地手动控制。

同时，系统会根据水仓水位进行水泵的自动开停控制：当水仓水位超过设定警界值时，自动开启1台水泵进行排水；若水仓水位在设定时间内仍未降低至警界值以下，自动开启下第二台水泵，依次类推开启水泵，直至水仓水位降低至安全范围内，依次关闭水泵。

4.4 多维度动态显示

可提供总平面图、工艺流程图、信号汇总、报警一览及生产曲线等动画组态界面，包涵数据的图形化显示、报表查询、设备的控制以及报警、事件信息的提示等系统实时数据和历史数据的应用。

4.5 报警

能够提供传感器断线状态、通信异常、阀门故障、运行参数超限等情况的实时报警。

4.6 停机保护

能够在水泵启动、运行、停止过程中提供全方位的故障停机保护，确保排水系统的安全运行。

4.7 查询统计

可通过表格或曲线对历史数据、报警信息、操作记录、运行记录等数据进行查询。

4.8 效能分析

可提供水泵、管道及排水系统的效率、能耗分析，可提供设备开机率、故障率等指标的统计分析，方便及时掌握排水系统的运行效率和潜在问题，指导维护人员开制定维护计划和开展维护工作。

4.9 管理功能

系统管理功能包含用户管理和设备管理两部分。用户管理模块包括用户登录、用户注销、密码修改、用户管理、系统退出等几个功能。设备管理主要包含水泵控制模式修改、水泵工作状态修改、传感器门限值修改等。

4.10 智能化排水控制

本次设计与西安研究院安装的水文监测数据联动：根据水文监测系统通过OPC的方式提供的水文监测数据，预测各区域及全矿井的涌水量，结合各水仓容量、排水能力等情况，实现水位高低限位的动态调整，从而实现水泵数量和投入时间的智能调度和优化控制。

5 结 语

本监控系统是以现场的实际情况数据为依据，在保留原有数据排水的基础上进行自动化升级改造，

实现了矿井排水设备的无人值守和智能联动控制，在节能减排基础上有效延长机组使用寿命，在减员增效基础上进一步减轻工作人员劳动强度，在安全生产的基础上提高矿井的自动化水平和运营管理水平。

参 考 文 献

［1］谭一川.煤矿主排水监控系统应用与研究［J］.科技风.

［2］李泽松 .井下水泵房自动排水系统研究［D］.太原：太原理工大学，2005.

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