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煤矿井下排水泵房自动控制与节能优化系统

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井下排水是确保煤矿安全生产的重要环节，也是用电大户，确保其安全、可靠地运行，对矿井的安全、高效生产有着重大意义。我公司和中国矿业大学联合研发的煤矿井下水泵自动控制系统在枣矿集团、中煤大屯煤电公司、山西焦煤集团、盘江煤电集团、平顶山能化集团等煤炭企业得到了广泛应用。该系统利用计算机控制，传感器监测、可编程控制器和工业网络技术，实现了对井下排水设备的自动控制与能效优化。

1、系统构架

泵房自动排水系统主要由PLC控制、预警与通话、视频监控和上位机监控平台组成。本系统的信号交互可以依托于矿井已有的以太网络，也可以自建网络系统。控制系统采用西门子S7系列PLC作为核心元件，PLC程序和上位机监控软件自主研发；预警与通话系统由自主研发的数字语音报警器KXH127构成，具备开车预警、故障语音提示、语音对讲等功能。视频和控制系统均具有网络发布接口，无论是集控室、矿调度、其它internet用户都可以通过不同的用户权限登陆访问视频数据和控制数据界面。

PLC控制系统配置的传感器：射流负压、出口压力、电机温度、电机振动、水仓液位、阀门到位、电机智能综保装置。下图是系统构架图。

 自动排水系统构架示意图 

2、主要功能

1）控制方式

矿用本安型操作箱可以实现操作方式的转换、系统授权、故障信息显示、设备启停和手动控制等功能。

（1）自动方式：系统通过水仓水位和每台水泵累计运行时间，在无人值守的情况下，按能效优化的规则，合理调度每台水泵自动启动或停止。

（2）计算机远程控制：通过地面计算机下发命令开停水泵，低水位自动停止或现场操作人员手动停泵。

（3）近控方式：通过井下操作台，控制水泵的开停，低水位自动停泵或现场操作人员手动停泵。

（4）检修方式：此方式禁止启动设备。

（5）纯手动方式：不通过PLC控制系统，用井下操作台上的手动按钮控制驱动电机的启停、闸阀的开闭。 

（6）可以通过地面监控软件实现泵房变电所的高压开关柜的远程开、合闸。

2）数据采集与存储

采集各管路流量、水位、水泵出口压力、重要部位的温度等参数，并保存、分析、参与控制。

3）历史记录查询

（1）记录各水泵的运行时刻和累计运行时间等参数；

（2）记录和查询电机电流、水仓水位实时数据曲线，便于数据分析。

（3）记录水泵的故障信息，并支持查询一年的设备故障信息。

（4）能够记录过去某时刻系统所处的运行状态，并记录操作员的操作过程。

（5）能通过矿局域网传送水泵控制系统的各种数据和运行图，使有权限的计算机能够查询。

4）轮换工作功能 

基于能效优化的原则，本系统设计了水泵自动轮换工作制，控制程序将水泵启停次数及运行时间等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当某台泵或所属阀门故障，系统自动发出声光报警，并在上位机上记录事故，同时将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产。

3、上位机监控界面案例展示