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摘要：矿山井下排水对于矿井安全生产来说是一个至关重要的环节，目前国内矿井的井下排水在控制方式上，首次将电价的避峰填谷原则引入水泵启动算法中，使得水泵耗能处于最经济的状态。为企业节能减排发挥了巨大的作用，同时企业从中收到良好的经济效益。该系统自2009年3月投
关键词：plc、水泵自动化、节能减排、安全可靠、上位机、工业电视监控、光纤传输。
2.1水泵的集中控制部分如下图一所示。其中泵组高压软启动柜控制系统，自控系统主要有德国西门子S7-300系列可编程控制器(含触摸屏人机界面、各种接口模块)、集中控制柜、工控机、语音报警系统、EPS电源柜、温度、压力、振动、液位变送器、电动阀门、超声波流
图一：水泵的集中控制部分系统结构图
量计、真空泵等。结构组成，设计成为上、下位机结构，传输方式为光纤传输。工控机为上位机，可编程控制器PLC为下位机。
2.2 工业电视视频监控由摄像头、视频光端机、硬盘录像机、视频怎么写作器组成，如下图二所示。
图二：工业电视视频
需要说明的是：由于视频数据占用网络带宽比较大，同时考虑以后工业电视系统的扩展，所以视频工业电视系统与水泵集中监控系统分别采用两对光纤进行传输。
PLC与各传感器：模拟量4～20mA接口
PLC与被控设备：多线制开关量接口
PLC与人机界面：MPI协议
3.1.1全自动运行时，系统的井下下位机PLC实时采集水仓水位状态，并根据水仓水位情况，按照各台水泵的运行时间长短启动相应水泵的运行或停机。不需要人工参与。下位机在正常运行过程中，可以脱离上位机的通讯仍能正常运行。
3.1.2就地手动工作方式时，根据水仓水位或浮球状态，就地通过现场手动控制柜手动控制水泵的启停。
3.1.3远程手动工作时,由授权值班工作人员通过上位计算机控制水泵的启动和停止；系统在正常运行过程中，不论何种工作方式，均可实时将现场的各种参数、设备状态通过工业以太网传到地面调度室。
3.
该无人值守系统以水仓水位作为水泵的起停的基本条件，在此条件满足的前提下，然后再根据均匀磨损的原则、电价避峰填谷的原则实现水泵的起停。该原理为：首先设定四个水位限值：H1(超限水位)、H2(报警水位)、H3(启动水位)、H4(停机水位)，见图三。
当水位达到报警水位时，首先对电网的负荷进行监测，若处于用电谷段或平段时，可以立即启动；若处于用电峰段，则暂缓启动。当水位继续上升至超限水位时，则不论电网负荷如何，必须立即启动水泵。若水位继续上升到超限水位时，则表明一台水泵的排水量已不足以排除矿井出水，以矿井的最大排水能力来排除矿井涌水。不论投入几台水泵，水位必须下降到低限水位方可停泵。即当PLC读取的水仓水位值为H4时，表示水仓水位低于低限水位，水泵机组将不投入运行，水泵机组退出运行。程序流程图如图四所示：
图三：水位图
图
图
拥有远端控制及就地控制两种控制方式，当集中控制柜与远端监控平台通讯中断时，自动转入就地控制方式。就地控制方式又可分为就地集中控制及就地手动控制。由于采用了光纤环网通讯技术取代了原来的总线传输技术使得数据传输更加快捷、可靠。本系统遵循矿井综合监控系统标准子系统接口规范使得该系统可以非常容易地并入矿井综合监控系统中，与其它子系统实现数据的共享。 特别是将电价的避峰填谷原则引入水泵启动算法中，使得水泵耗能处于最经济的状态，为企业节约了大量的电能。如该项目能在煤炭行业、地下开采的非煤矿山行业推广使用，还可以扩充到地面的大型抽排水设备也可推广应用。这样在当今的节能减排中将会产生较大的经济效益。由于本系统是按照无人值守的原则进行设计，所以现场无需人员进行值守，这样就节省了大量的人力资源。
福建马坑矿业股份有限公司.设备动力部
姓名：陈俭平性别：男工作时间：1978年10月学历：中专
职称：工程师/高级技师 职务：副主任工程师
公司名称：福建马坑矿业股份有限公司。设备动力部
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
源于：科研方法与论文写作www.udooo.com
运至今连续稳定运行，工作安全可靠，使用效果良好。关键词：plc、水泵自动化、节能减排、安全可靠、上位机、工业电视监控、光纤传输。
1、系统概述
我公司副井+200水平泵房水泵排水系统由“中冶长天国际工程有限公司”设计，操作方式为现场手动操作方式（手动控制）。公司通过调研论证提出该系统改为远程控制自动化排水系统，经设计院认可，我公司和“长沙佳能通用泵业有限公司”合作完成该系统改造。设备主要工艺参数：MD500-57×3型水泵配用YKK4503-4/400kW-10kV型电机。水泵额定流量Qe=500m3/h,额定扬程He=171m，η=81%。初期开采200m以上时，矿井24h正常涌水量为20613.6m3，矿井24h最大涌水量为29844m3，而3台水泵20h排水能力为30000 m3，正常和最大涌水量情况下3台工作，1台备用, 1台检修。矿井泵房定位无人值守自动化控制系统，并具有以下主要功能和特点：系统满足水泵机组远程自动起停、故障诊断、语音报警、数据处理、传输等完全自动化，不需要人工干预；达到节约能源和人力资源成本。自2009年3月投入运行工作至今, 连续稳定运行工作安全可靠。2、系统构成
该系统由水泵的集中控制部分及泵房的工业电视视频监控两部分组成。2.1水泵的集中控制部分如下图一所示。其中泵组高压软启动柜控制系统，自控系统主要有德国西门子S7-300系列可编程控制器(含触摸屏人机界面、各种接口模块)、集中控制柜、工控机、语音报警系统、EPS电源柜、温度、压力、振动、液位变送器、电动阀门、超声波流
图一：水泵的集中控制部分系统结构图
量计、真空泵等。结构组成，设计成为上、下位机结构，传输方式为光纤传输。工控机为上位机，可编程控制器PLC为下位机。
2.2 工业电视视频监控由摄像头、视频光端机、硬盘录像机、视频怎么写作器组成，如下图二所示。
图二：工业电视视频
需要说明的是：由于视频数据占用网络带宽比较大，同时考虑以后工业电视系统的扩展，所以视频工业电视系统与水泵集中监控系统分别采用两对光纤进行传输。
2.3通讯协议
地面调度中心怎么写作器与PLC： TCP/IP协议(单模百兆光纤接口)PLC与各传感器：模拟量4～20mA接口
PLC与被控设备：多线制开关量接口
PLC与人机界面：MPI协议
3、系统工作原理
3.1系统工作原理及工作方式
泵房水泵启动开关的电量参数由PLC配以各种开关量、模拟量的输入输出 模块以及以太网通讯模块共同完成。PLC自动巡检，通过扩展工业以太网模块及井下以太网交换机及光纤收发器传给地面调度中心。系统可有三种工作方式：全自动、就地手动、远程手动。3.1.1全自动运行时，系统的井下下位机PLC实时采集水仓水位状态，并根据水仓水位情况，按照各台水泵的运行时间长短启动相应水泵的运行或停机。不需要人工参与。下位机在正常运行过程中，可以脱离上位机的通讯仍能正常运行。
3.1.2就地手动工作方式时，根据水仓水位或浮球状态，就地通过现场手动控制柜手动控制水泵的启停。
3.1.3远程手动工作时,由授权值班工作人员通过上位计算机控制水泵的启动和停止；系统在正常运行过程中，不论何种工作方式，均可实时将现场的各种参数、设备状态通过工业以太网传到地面调度室。
3.2水泵的控制原则
3.2.1 当水位超过低水位（满足开泵条件），开启一台水泵，当系统第一次运行，开启一号泵，以后按照运行时间的多少，选择运行时间最少的泵开启。当开启一台水泵运行一段时间后，发现水位仍然上涨，则顺序开启下一序号的水泵。当水位下降到低水位限以下时，则停止一台运行时间最长的水泵。3.
2.2当水位超过警戒水位时(出现涌流)，水泵除检修泵外全部开启。
3.2.3当水泵出现故障时，及时停泵，检修。
3.2.4根据现场的实际需求，本着节约能源为目的，根据电力系统的峰谷平电价原则需求进行相应的调整:该无人值守系统以水仓水位作为水泵的起停的基本条件，在此条件满足的前提下，然后再根据均匀磨损的原则、电价避峰填谷的原则实现水泵的起停。该原理为：首先设定四个水位限值：H1(超限水位)、H2(报警水位)、H3(启动水位)、H4(停机水位)，见图三。
当水位达到报警水位时，首先对电网的负荷进行监测，若处于用电谷段或平段时，可以立即启动；若处于用电峰段，则暂缓启动。当水位继续上升至超限水位时，则不论电网负荷如何，必须立即启动水泵。若水位继续上升到超限水位时，则表明一台水泵的排水量已不足以排除矿井出水，以矿井的最大排水能力来排除矿井涌水。不论投入几台水泵，水位必须下降到低限水位方可停泵。即当PLC读取的水仓水位值为H4时，表示水仓水位低于低限水位，水泵机组将不投入运行，水泵机组退出运行。程序流程图如图四所示：
图三：水位图
图
四、程序流程图
4、工业电视系统
工业电视系统采用一对视频光端机配以一对光纤将六路视频模拟信号进行编码、传输、解码，在控制中心还原出六组视频模拟信号进入硬盘录像机进行存储，同时将视频监控信号通过以太网接口接入工业电视监控主机进行视频信号的监控。5、上位机软件主界面和操作界面
5.1 上位机采用西门子的WINCC组态平台
5.2在此主界面中会动态显示每台泵的出口压力、真空度、累计运行时间、运行状态以及水仓的液位情况详见图五所示。图
五、系统主界面
5.3 每台水泵的运行参数和状态，均有一详细的界面显示。
其中主莱单、报警窗口、系统状态窗口与主界面相同。 在远端手动操作的模式下(可在参数设置界面进行设置) 可以点击。6、实际效果
如福建马坑矿业股份有限公司月总用电量为：700万kwh/月；用于井下排水的月用电量为300万kwh/月；在谷时段月用电量为：150万kwh/月。峰时段电价：0.90170元/kwh，平时段电价：0.61040元/kwh，谷时段电价：0.3190元/kwh。经计算：100万kwh/月×0.3190元/kwh×12月/年＝382.8.万元/年；企业取得良好的经济效益。
7、结论拥有远端控制及就地控制两种控制方式，当集中控制柜与远端监控平台通讯中断时，自动转入就地控制方式。就地控制方式又可分为就地集中控制及就地手动控制。由于采用了光纤环网通讯技术取代了原来的总线传输技术使得数据传输更加快捷、可靠。本系统遵循矿井综合监控系统标准子系统接口规范使得该系统可以非常容易地并入矿井综合监控系统中，与其它子系统实现数据的共享。 特别是将电价的避峰填谷原则引入水泵启动算法中，使得水泵耗能处于最经济的状态，为企业节约了大量的电能。如该项目能在煤炭行业、地下开采的非煤矿山行业推广使用，还可以扩充到地面的大型抽排水设备也可推广应用。这样在当今的节能减排中将会产生较大的经济效益。由于本系统是按照无人值守的原则进行设计，所以现场无需人员进行值守，这样就节省了大量的人力资源。
福建马坑矿业股份有限公司.设备动力部
姓名：陈俭平性别：男工作时间：1978年10月学历：中专
职称：工程师/高级技师 职务：副主任工程师
公司名称：福建马坑矿业股份有限公司。设备动力部
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。