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一种基于PLC 的电动机组软启停的程序设计
发表时间:2018/6/26

基于井下无人值守水泵房的安全预警系统
摘要:在煤矿井下的作业中,通过安全预警系统的应用,使水泵房的安全性、自动化水平都得到了提升,根据多年的工作经验,针对无人值守的水泵房,提出了预警解决方法,并且,在实际的应用中,取得了良好效果。本文主要基于井下无人值守水泵房的安全预警系统,展开了论述。   
关键词:井下;无人值守;水泵房;安全预警系统
如今,传统生产模式已经满足不了当前生产工作的需求,正在逐渐被自动化控制系统所代替。泵房工作系统的现代化水平不断提升,无人值守已经工作模式已经逐渐应用开来,起到了节能减员的作用。作为新兴的技术,这种生产方式更要具有严谨的避险措施、故障预警。通常,在企业中,应用无人值守的水泵房时,还要具有配套的故障预警系统,除了提高工质量,其还能起到记录工作日志、运行参数、相应事件的作用,从而安全可靠地达到可追查和可预警的作用。
一、无人值守全的自动水泵基本工作原理
水泵房中,开启该系统或者停止该系统时,主要是参照时间、用电负荷,以及水位的参数来实现水泵的运转,从而完成连锁模式的启停泵阀,同时需要实时状态下监控着系统中各个参数,运用接口把全部信息传输到地面监控中心,然后还需要把信息上传数据库。其具体的工艺流程可见图 一 。

图一   工艺流程
水泵被开启或者停止的时候,需要依靠下位机程序将阀门设定在标准状态。设定符合和时间时,应该通过操作员来完成,将指令输入到上位机中,才能设定出具体条件。上位机操作界面可见图二。

                       图二   上位机操作界面
二、无人值守的全自动水泵房安全预警
水泵房安全防护需要基于其现状,采取相应的安全预警方式。当处于无人值守期间,是否能够高效判断出每个信号传达出的信息,对于系统运行有着一定影响。单纯就保护信号来说,其主要来源于:水位变化、阀门开度不够、压力的变化、流量不足、电机的欠压、振动、过热、电机过流、真空度不足、电网的波动等等。想要让对水泵提供更加有效的保护,煤矿泵房所传递的各种数据信息,表现出的排水结构会存在微小差异,而这些就是控制的关键点。当这些信号传递到系统中,系统会转换到自我保护状态,发出预警信息,同时保持关停状态,然后监控人员会发现异常问题。该系统用来监控的主机上,还可以使用软件系统同将报警信息存储起来,利用WEB来提醒相应的值班人员。
(1)传感器保护。详细内容见图三。

     图三    传感器保护表
(2)视频辅助。企业先期使用无人值守形式去控制水泵,可是存在制度不完善的问题,还有人员技术水平有限,因此需要安装视频辅助设备,起到辅助控制的作用。该套系统包括传输介质、客户端、摄像仪。摄像仪需要安装到井下水泵的位置,利用三台固定的摄像仪,对水泵的位置进行监视。对摄像仪的位置进行调整之后,能够拍摄到整个水泵系统的所有设备,图像的清晰度较好,还能上传给地面的监控中心,让操作人员可以清楚、直观的找到故障位置。
(3)应急广播辅助。该部分需要安装在地面位置监控中心,便于同时操作水泵房系统。正常生产状态下,监控中心的主要作用包括,传达当日检修计划、传达主要会议精神、高职专项管理规程等等。必须在水泵房范围内安装起到应急作用的广播终端,假设系统存在故障,下位机可以传输预警信息到广播终端。水泵房和配套变电所区间内,可以通过音箱得知事故类型,从而方便巡检工作人员开展巡检工作,提高故障处理效率。
(4)专项停送电。在水泵房的配套变电所中,其高压防爆的配电装置要应用“五遥”技术,以此完成监控中心的远程停、送电,通过下位机、“五遥”服务器,进了数据的交换,使水泵故障联动系统得到了断电保护,也防止一些高压设备遭到破坏。对于水泵系统的供电,由低压配电设备根据每台水泵的情况完成的,例如:阀门、电控装置等,应用该设备后,可以在系统中介入低压模式供电开关。假设某一水泵工作台出现了故障,会通过下位机会判断故障,并将故障分类,如果是非常严重的故障,必须停止该台水泵的低压供电,这样才能够保证以外水泵能够继续工作。
(5)上位机报警。操作站社有操作终端,依据权限实施分配,在权限的限制下,操作员原有不同分工。分工类型有修改设置、故障查询、查看报表。不管是水泵系统的是运行,还是停止,其各种设备的相关状态,以及相应的参数等,例如:水位、温度、流量、压力等,都会在上位机中进行实时的显示,从变化动态去看,能够将历史曲线计算出来,并存储到数据库。除了这样,像故障和操作记录也都能做数据备份,然后在数据库中查询。
(6)全套的安全预警系统处理。下位机功能发挥作用,区别对待故障类型,做出不同反应,像急停或者停泵等,这些数据也会传输到数据库中,处理故障的流程可见图三。

图三   故障处理流程
三、系统的组成
系统具体构成见图四,以水位传感器发出指令为依据,采集到水位的具体信息,了解到水位高低,进行能够判断出是否启动水泵。

图四    系统组成
四、系统数据采集功能和控制功能
(一)采集主要参数功能
采集参数:电机工作电流、电机启动电流、闸阀开度、排水管流量、排水压力、吸水管真空度、电网电压、水仓水位、水泵的运行时间、拖动电机用电参数、总排的水量。具体数据有总用电量、无功功率、有功功率、功率因数等等。收集到这些数据信息,才能有效实现自动控制系统对各个设备的监控。
(二)控制功能
控制方式有三种形式,自动控制、半自动控制、手动控制。控制有限实现的关键点在于建设和改造系统时,要确保自动控制牵涉的阀门都是电动阀门,而且,各个控制的监控点应安装传感器,这样可以确保将精准控制依据提供给系统。
日常状态下的系统,一般采用自动形式的控制,没有出现检修或者调式时,系统会根据传回的监测信息,决定是否需要进行排水,如果需要排水,要根据水泵累计的工作时间,当前泵组的状态,泵组的供电情况等,再选定开泵的动作。当水位低于停机位的时候,该系统依照水泵操作流程,以自动形式关闭水泵。
对于半自动方式,又可分为两种,其一为就地控制,需要运用手动操作形式,启动或者停止泵组;其二为远程控制,以上位机中组态界面实行控制,进而控制泵组的启动、停止。
(三)操作方式 
    (1)对于检修方式,要在整个系统脱离了控制器的情况下进行,结合水仓的水位,对各个设备进行手动操作,一般情况,当需要检修使,或者是控制系统故出现障,作为应急的操作手段。
    (2)对于自动方式,要结合水仓的水位、水泵是否上水,以及水泵的运行时间等,从而对水泵进行启停。通过阀门和水泵间的启停,可以检测设备的实际情况,若出现故障,就会自动地停机、报警。
    (3)远程方式,在地面的控制室,对设备的启停进行远程操作,对设备的运行状态进行监视,掌握运行参数的变化情况。
五、水泵的控制策略
(一)水泵的控制流程
    当启动离心式的水泵时,要去报水泵处于满水状态,这样才能在启动之后,使水泵处于正常的上水,所以,在水泵的控制流程中,判定水泵的抽真空就是确保水泵正常运行的前提。但是,受水仓的水位、水泵的密封性,以及水泵盘根的压紧情况的限制,抽真空的运行也会受到影响,并且,水泵之间,或者同一台水泵,在不同的时期,其满水的真空度值也有所差异,尤其是在手动操作时,受水位的影响,有时会使真空度不能到达设定值,进而无法启动。因此,真空度十分关键,要结合水仓的水位,水泵的气密性,以及水仓的总深度,减掉当时的水位,再加上水泵距离地面的高度,以此来判断真空度。为了使水泵充满水,应给一定的时间,再启动水泵。
(二)水泵的控制策略
水泵开启时,应对水仓的水位进行检测。如果水位超过了低水位,要启动1台水泵,即:系统的第一次运行,启动1号泵,之后根据运行的时间,启动运行时间段的泵,如果该水泵所处检修状态,就需要将下一个序号水泵开启。与此同时,启动了1号水泵后,运行一阶段,水位依旧上涨,可以依照顺序开启下一个序号水泵。但是水位不升反降,并处于低水位限之下,那么,可将工作时间最长的水泵进行停止。对于一些满足开启要求的水泵,开启之前,要先将真空系统进行启动,再对真空度进行检测,当真空度达标后,才可以开启。但是水位高出警戒水位线,需要将除检修泵外其他泵全部开启。值得注意的是,水泵出现故障,必须在第一时间内停止运行,并进行检修。
    此套系统中,可以把水仓水位当作启停水泵的基本依据,以此为前提,然后,遵循均匀磨损的原则,以及电价避峰填谷的原则,操作水泵的起停。首先,要设定四个水位的限值,即:H1、、H2、H3、H4,详情见图五。

图五  水位限值
假设水位已经到达报警水位线,需要对电网负荷进行检查;假设用电负荷处于用电谷段或者平段,应该立刻启动。但是处于用电的峰段时,其启动可稍缓以下。当水位继续超过了限水位,不管电网的负荷如何,要马上启动水泵。因为水位上升到了超限水位,就表明一台水泵无法满足矿井的出水需求。不管投入多少台水泵,必须使水位降低,一直降到低限水位,才能停泵。
六、系统功能
(一)无人值守
对于系统的设置,处于自动工作的模式后,主要靠水位传感器来获取水仓的水位信息,如果满足了排水条件,水泵就会启动进行能排水。停机条件得到满足后,该系统会发出停机指令,水泵遵照指令关闭。
(二)错峰填谷
很多地区电费计量方式均为分段模式,如果在这种模式地区用电,应该运用一些节能措施,比如说,可以把水位段设置成四个段位,也就是高水位、中1水位、中2水位、低水位。中1水位设置在高计费时段时,暂时并不用启动水泵,当设置到低计费时段时,应该将水泵启动;而中2 水位时一定要将水泵启动;高水位时可以增加水泵启动。
(三)自动轮班工作
以水泵运行时间为基础,控制水泵,能够实现自动化轮班。不论在泵组闲置很久的情况下,还是工作过长情况下,都会提醒工作人员进行定期的维护,不仅减少了系统的大规模的维护,也节约了成本。
(四)通讯功能
在本控制系统中,具备以太网模块,通过以太网,能将中央泵房内水泵机组的相关信息传送给地面的控制室,其通过煤矿局域网,将这些信息传送给相关的部门,对于被授权的工作人员,会掌握排水系统的全部检测的数据、工作的状态,还能远程控制设备。
(五)运行参数实时监测及故障报警
系统可以对相应的信号及参数进行实时的检测,如:泵、阀门的状态、水泵的真空度和出口压力、排水管路流量、电机的电流和温度等,在现场与地面控制室中进行设备显示,并记录相应的参数。如果某参数有异常,会及时的停泵,发出报警,并且,在现场和地面控制室中,还会显示设备,查询当前的信息,以及历史的故障记录。
七、无人值守泵房在矿井中的运行效果
(1)通过监控主机,可以让值班领导更直观、更合理的指挥调度生产,也会给维修人员相应的故障显示,从而迅速地处理故障。
    (2)在该系统,通过历史的数据,可以对矿井的用电负荷情况进行统计,掌握用电高峰,以及低谷时间,进而“避峰填谷”,合理用电。在无人值守的泵房中,采用节能的排水手段,每年可以减少了几百万度的用电,会节省几十万元。
    (3)通过对水仓的水位以及其他的参数进行检测,除了能对水泵的轮流工作进行控制,以及对备用泵进行及时的启用,还能对水泵的运行进行合理的调度、轮换,减少水泵故障的检修时间。
(4)生产运行的可靠性得到了保障,操作事故率减少了60-80%。
    (5)变电所的可靠性、处理能力有所提升。
    (6)削减了各方面的开销,比如:工资、保险、奖金等。
    (7)每年的停电事故减少了80次,煤炭生产量增加了1万吨,经济效益突破500万元。
    (8)地面对煤矿井下的变电所进行了实时性的检测,提高了自动化的管理水平。
结语:
    在井下无人值守水泵房中,对于安全预警系统,其主要根据相应的参数,对设备进行自动控制,以及实时的监视,进而实现无人值守。在煤矿水泵房中,该系统得到了良好应用,可有效减少水泵系统的故障,为无人值守、安全生产保驾护航。
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