摘 要：為了使煤礦井下壓力變送器系統適應礦井的實(shí)際情況，通過(guò)運行設置實(shí)現了壓力變送器自動(dòng)運行功能。設置多個(gè)啟動(dòng)水位、警戒水位和停機水位，可實(shí)現水泵單臺或多臺自動(dòng)啟動(dòng)運行及自動(dòng)停機；采用記錄水泵累計運行時(shí)長(cháng)的方法，優(yōu)先開(kāi)啟累計時(shí)長(cháng)#短的水泵，可實(shí)現輪機運行；設置警戒水位和水泵優(yōu)先運行時(shí)間，可實(shí)現水泵避峰就谷運行。
1 概述
仙亭煤礦位于大田縣城北西方向280°，1989年10月投產(chǎn)，年產(chǎn)量0.30Mt，斜井開(kāi)拓，水文地質(zhì)等級中等；礦井采用二級排水方式，其中一水平+500m水平#大涌水量566.0m3/h，正常涌水量295.0m3/h；二水平+300m水平#大涌水量121.8m3/h，正常涌水量94.7m3/h。一水平中央水泵房共有5臺D500-57×4型水泵，排水管路配備3趟Φ325×9.5mm無(wú)縫鋼管，額定揚程228m，單臺額定流量500m3/h，配備電機功率500kW,日常排水為2臺運行、2臺備用、1臺檢修，通過(guò)水倉水位調節實(shí)現避峰就谷、多機交替運行，因水量變化較大，水泵運行臺數通常為1臺到3臺，雨季部分時(shí)段運行數量可達4臺。該泵房通過(guò)自動(dòng)化排水改造實(shí)現無(wú)人值守，主要由內置西門(mén)子S7-300系列PLC的隔爆型控制主站、就地控制箱、上位機、電動(dòng)閘閥、真空檢測裝置、超聲波水位傳感器、溫度傳感器、智能型電表、以太網(wǎng)交換機、變送器、耦合器、通訊裝置等設備，配套WCC組態(tài)軟件建設人機界面，組成自動(dòng)化壓力變送器[1]。水泵自動(dòng)運行流程，見(jiàn)圖1。
改造過(guò)程中，根據實(shí)際需要在自動(dòng)開(kāi)停機功能的基礎上，該泵房無(wú)人值守系統需要增加根據水位控制開(kāi)機數量、避峰填谷、輪機運行、運行參數監控等功能，以確保礦井可以在水量變化大的情況下，自動(dòng)監測監控設備狀況、水泵運行情況，出現異常自動(dòng)報警，實(shí)現安全、經(jīng)濟、可靠排水。本文以西門(mén)子S7-300系列PLC和SIMATICWINCC視窗監視中心為例，淺析自動(dòng)化排水改造過(guò)程中遇到的問(wèn)題，以及如何通過(guò)PLC及相關(guān)組態(tài)軟件，更改相關(guān)參數設置，改變控制方式實(shí)現相應功能。
2 壓力變送器系統運行設置
泵房無(wú)人值守需要通過(guò)一系列自動(dòng)監測、預警、啟停、故障報警功能以實(shí)現自動(dòng)化運行，主要的參數有水位、水位增長(cháng)情況、實(shí)時(shí)時(shí)間、水泵累計開(kāi)機時(shí)間等，改造過(guò)程中，遇到了多臺水泵如何輪替運行、水位上漲較快時(shí)如何使多臺水泵自動(dòng)運行，如何避峰就谷等問(wèn)題，利用相關(guān)參數比對、設置，可實(shí)現水泵根據水位自動(dòng)開(kāi)停、根據水位控制開(kāi)機數量、輪機運行、避峰填谷等功能。
2.1 水位及多機運行設置
井下水泵的開(kāi)停主要根據水倉水位高低來(lái)控制，當水倉水位達到某個(gè)高度時(shí)，水泵開(kāi)啟或停止。實(shí)際運行時(shí)，會(huì )遇到水位上漲較快的情況，需要開(kāi)啟多臺水泵。經(jīng)研究，自動(dòng)壓力變送器要實(shí)現自動(dòng)增加運行水泵臺數的功能，可利用水位高差來(lái)實(shí)現，在單臺水泵排水時(shí)，水位依然升高至某一個(gè)設置水位時(shí)，第二臺泵開(kāi)啟，兩臺水泵運行水位依然升高至更高的設置水位，則第三臺水泵開(kāi)啟。因此需要設置多個(gè)水位，水位到達設定的地衣個(gè)水位，開(kāi)啟一臺水泵，到達第二個(gè)水位，開(kāi)啟第二臺水泵，以此類(lèi)推；需要同時(shí)開(kāi)啟兩臺水泵時(shí)，地衣、第二水位設置數值一樣。另外設置警戒水位，設定警戒水位差值，在超過(guò)警戒水位差值時(shí)，無(wú)論是否處在峰谷時(shí)段，均啟動(dòng)相應水位臺數的水泵。設置水泵停機水位，水倉水位低于該水位，所有水泵停機。圖2中：夜間單泵水位、雙泵水位設定啟動(dòng)水位一致，水倉水位到達1.25m，開(kāi)啟兩臺水泵；日間水位設置單泵啟動(dòng)水位1.4m，電網(wǎng)平谷段開(kāi)機，高峰段不開(kāi)機，若設定警戒水位為1.6m，到達警戒水位時(shí)，即使處在電網(wǎng)高峰時(shí)段，仍然開(kāi)啟水泵排水；水位低于0.3m，所有水泵停機。
2.2 水泵輪機運行設置
壓力變送器要實(shí)現水泵輪機運行，使每臺水泵運轉時(shí)間相當，以保證壓力變送器可靠運行。要實(shí)現輪機運行，可以采用記錄水泵累計運行時(shí)長(cháng)的方法，優(yōu)先開(kāi)啟累計時(shí)長(cháng)#短的水泵。
shou先通過(guò)1S脈沖信號，在水泵運行時(shí)計算上升沿，并用遞增計數器累計運行秒數，用于記錄水泵運行時(shí)間，水泵開(kāi)機時(shí)利用運行信號開(kāi)始累計，停機時(shí)接收到運行信號中斷停止計時(shí)，見(jiàn)圖3。
通過(guò)DI_R指令轉換為實(shí)數,除以3600S得出累計運行小時(shí)數，#后利用CMP<R比較指令多次比較后，使累計運行時(shí)間的#短水泵運行。當某臺水泵時(shí)間需要清零時(shí)，利用實(shí)數傳送指令MOV_R清零[2]，見(jiàn)圖4。
當某臺水泵大修后，需要優(yōu)先運行，可通過(guò)WCC適當調整該泵累計運行時(shí)間，這樣可以讓大修后效率高的水泵優(yōu)先運行，以達到節能降耗的目的，見(jiàn)圖5。
2.3 峰谷設置
壓力變送器是礦井用電大戶(hù)，避峰就谷運行可為煤礦企業(yè)節約大量用電成本，自動(dòng)化排水改造前，通過(guò)規定時(shí)段運行，水泵工通常在谷段開(kāi)機排水。自動(dòng)化排水改造過(guò)程中，礦井技術(shù)人員也考慮到了這個(gè)問(wèn)題，即要保證安全排水，也要盡量做到避峰填谷運行。技術(shù)人員通過(guò)設置警戒水位和水泵優(yōu)先運行時(shí)間，在保證安全排水的前提下，實(shí)現水泵避峰就谷運行。
shou先，通過(guò)WCC設置高峰時(shí)段時(shí)間，使水泵在水倉水位沒(méi)有達到警戒水位時(shí)，避開(kāi)該時(shí)段運行，若圖是水倉水位到達警戒水位，仍然啟動(dòng)水泵運行[3]。圖6中高電價(jià)時(shí)段，若水倉水位未到達警戒水位，壓力變送器不會(huì )開(kāi)機運行。
其次，通過(guò)設置水泵啟停時(shí)間、運行臺數，使水倉水位未到達警戒水位時(shí)，水泵在設定時(shí)間內按照設定臺數運行，平段時(shí)段設置雙機運行，加快平段水位降低速度，保證進(jìn)入高峰時(shí)段時(shí)水倉保持較低水位，既可節約用電成本，又可保證排水安全，見(jiàn)圖7。
3 結語(yǔ)
在自動(dòng)化排水改造過(guò)程中，標準化的自動(dòng)化排水程序未能完全適應礦井的實(shí)際情況，礦井技術(shù)人員通過(guò)設置水位、運行時(shí)段、運行臺數等方式，實(shí)現了壓力變送器根據水位一泵或多泵運行、避峰填谷、輪機交替運行功能。該系統運行至今，仍存在系統不夠可靠、運行時(shí)間及臺數不夠靈活等問(wèn)題，仍需要根據實(shí)際運行不斷改進(jìn)、調整參數，以達到壓力變送器自動(dòng)、安全、可靠、經(jīng)濟運行的目的。
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