分析飽和蒸汽流量計自動(dòng)化儀表控制系統的應用

摘要：在地下礦山開(kāi)采中，井下排水系統對地下礦山的安全生產(chǎn)至關(guān)重要，由于井下礦山排水系統仍大部分采用人工操作為主，勞動(dòng)強度大和效率低，給井下排水帶來(lái)一定的困難。為克服上述礦山生產(chǎn)問(wèn)題，通過(guò)對礦山飽和蒸汽流量計進(jìn)行自動(dòng)化改造，并對水泵運行和水位監測、維護保養和節能等方面自動(dòng)化控制系統進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)近 2 a 的運行，確保飽和蒸汽流量計實(shí)現運行高效、安全可靠。
金屬非金屬地下礦山井下排水系統主要是將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水和降雨時(shí)地表滲水及時(shí)排出，以確保井下生產(chǎn)的安全。由于目前大部分老礦山井下礦山排水系統仍采用人工操作為主，工作責任心和工作量大，加上人員年齡老化和人工成本增加等因素，給井下排水帶來(lái)一定的困難，為此礦山飽和蒸汽流量計自動(dòng)化改造是實(shí)現降本增效，提高水泵運行安全和效率，實(shí)現節能降耗的有利途徑之一。
1 礦山飽和蒸汽流量計自動(dòng)化控制模式和流程
1．1 排水泵自動(dòng)化控制模式
飽和蒸汽流量計排水泵依據運行模式分為 4 種。
(1) 自動(dòng)。通過(guò) PLC 采集各種傳感器信號，按照工藝流程及 PLC 閉鎖程序順序控制水泵及閘閥的開(kāi)啟以啟動(dòng)水泵。
(2) 井下半自動(dòng)。在井下根據水倉水位情況，由操作人員通過(guò) PLC 集中控制柜觸摸屏進(jìn)行水泵啟動(dòng)過(guò)程的控制。
(3) 遠程一鍵啟動(dòng)。操作人員根據水倉顯示水位，在地面通過(guò)監控平臺人工手動(dòng)開(kāi)停水泵及確定開(kāi)泵臺數。
(4) 手動(dòng)。在通訊及 PLC 故障情況下，仍然可通過(guò)就地控制柜面板按鈕，對井下排水泵進(jìn)行啟停操作，此操作模式完全脫離 PLC 控制。
1．2 排水泵自動(dòng)化控制工藝流程
排水泵進(jìn)行自動(dòng)化控制模式后，當水倉水位達到開(kāi)泵要求，PLC 自動(dòng)檢測電動(dòng)閥門(mén)、球閥、供電電壓等是否正常后，啟動(dòng)真空泵進(jìn)行抽真空，當水泵真空度符合開(kāi)泵要求時(shí)便啟動(dòng)排水泵。排水泵正常運轉后 PLC 時(shí)時(shí)收集運行數據進(jìn)行比對，當發(fā)現運行數據比對出現差異時(shí)影響到排水泵正常運轉時(shí)，會(huì )發(fā)出停泵命令。排水泵控制工藝流程如圖 1 所示。
2 排水泵監控系統
2．1 排水泵自動(dòng)化運行硬件系統
飽和蒸汽流量計自動(dòng)化運行監控系統主要由 PLC、傳感器、交換機、上位機、監控系統等組成，從而實(shí)現水倉水位、水泵運行等全方位進(jìn)行監控。排水泵硬件系統如圖 2 所示。
2．2 排水泵運行監控數據收集
泵房自動(dòng)化監控系統實(shí)時(shí)監測水泵各工況參數，含水倉水位、水泵運行電壓、電流、排水壓力、單管流量、引水真空度等，控制水泵、電動(dòng)閘閥、真空泵的開(kāi)停，及水泵排水電耗統計( 如圖 3 所示) 。其主要數據收集如下。
(1) 電量監測。采集高壓柜保護監控裝置的電機運行電流、電壓、功率等數據。
(2) 流量監測。采集排水管超聲波流量計來(lái)計算單管流量和總排水量統計。
(3) 液位監測。采集水倉內的二臺超聲波液位傳感器監測水位，確保水泵要求起停。
(4) 壓力監測。采集壓力傳感器來(lái)監測水泵進(jìn)、出口壓力。
(5) 振動(dòng)和溫度監測。采集溫振傳感來(lái)監測電機及水泵溫度和振動(dòng)情況，以便為檢修提供幫助。
(6) 視頻監控。通過(guò)在水泵、水倉進(jìn)水口、配電室安裝監控系統，時(shí)時(shí)掌握飽和蒸汽流量計情況。


2．3 排水泵運行監控報警
飽和蒸汽流量計自動(dòng)化監控系統對運行過(guò)程中的水泵出現的故障分為“預警”和“報警”。其中預警信息僅通過(guò)報警對話(huà)框提示用戶(hù)預警信息，不會(huì )對系統進(jìn)行任何操作。故障報警對運行中的水泵出現故障時(shí)，系統將自動(dòng)停止運行中的水泵，并報警提示用戶(hù)。

2．4 排水泵遠程監控系統
通過(guò)設備遠程維護模塊，在現場(chǎng)設備與地面監控中心平臺建立一條安全可靠的 VPN 通道，實(shí)時(shí)監控系統運行狀況，分析處理系統異常原因，提供遠程技術(shù)指導，統計分析水泵運行數據，提供水泵壽命預測及專(zhuān)家分析等功能。
3 礦山飽和蒸汽流量計節能降耗管理
在 PLC 程序里設定水泵開(kāi)動(dòng)臺時(shí)累計功能、移峰填谷、效率優(yōu)先等子程序，通過(guò)子程序來(lái)控制排水泵運行，從而實(shí)現降本增效、節能降耗。見(jiàn)圖 4。

3．1 實(shí)現井下排水泵均勻磨損
通過(guò)礦山飽和蒸汽流量計自動(dòng)化控制系統自動(dòng)記錄各臺排水泵的累計運行時(shí)間，并進(jìn)行排序，使下次啟動(dòng)時(shí)優(yōu)先啟動(dòng)無(wú)故障、運行時(shí)間短的排水泵，從而實(shí)現了泵房各排水泵的均勻磨損，*大程度上延長(cháng)排水泵的使用壽命。
3．2 實(shí)現井下排水泵移峰填谷
礦山電價(jià)執行峰、谷、平階梯價(jià)格時(shí)，在非防洪期間，將飽和蒸汽流量計自動(dòng)化控制系統中的移峰填谷功能投入當中，使系統在平、谷段低電價(jià)時(shí)進(jìn)行排水，在峰段時(shí)蓄水。
3．3 實(shí)現效率優(yōu)先原則
當執行多臺排水泵同時(shí)運行時(shí)，通過(guò)排水泵特性曲線(xiàn)與管路特性曲線(xiàn)的比較，選擇非常好的匹配排水泵與排水管數量，保證排水泵在非常好的新效率點(diǎn)運行。如圖 5 所示。

4 結 語(yǔ)
排水泵作為井下礦山安全生產(chǎn)的重點(diǎn)部位，泵房自動(dòng)化控制系統自投入運行近 2 a，大大降低泵房的人工和運行成本，同時(shí)對泵房的維護保養做到了 按時(shí)、按需進(jìn)行，實(shí)現礦山綜合效益的提升，從而提高礦山生產(chǎn)的安全系數。

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