摘 要：為了使煤礦井下壓力變送器系統(tǒng)適應(yīng)礦井的實際情況，通過運(yùn)行設(shè)置實現(xiàn)了壓力變送器自動運(yùn)行功能。設(shè)置多個啟動水位、警戒水位和停機(jī)水位，可實現(xiàn)水泵單臺或多臺自動啟動運(yùn)行及自動停機(jī)；采用記錄水泵累計運(yùn)行時長的方法，優(yōu)先開啟累計時長#短的水泵，可實現(xiàn)輪機(jī)運(yùn)行；設(shè)置警戒水位和水泵優(yōu)先運(yùn)行時間，可實現(xiàn)水泵避峰就谷運(yùn)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無縫鋼管，額定揚(yáng)程228m，單臺額定流量500m3/h，配備電機(jī)功率500kW,日常排水為2臺運(yùn)行、2臺備用、1臺檢修，通過水倉水位調(diào)節(jié)實現(xiàn)避峰就谷、多機(jī)交替運(yùn)行，因水量變化較大，水泵運(yùn)行臺數(shù)通常為1臺到3臺，雨季部分時段運(yùn)行數(shù)量可達(dá)4臺。該泵房通過自動化排水改造實現(xiàn)無人值守，主要由內(nèi)置西門子S7-300系列PLC的隔爆型控制主站、就地控制箱、上位機(jī)、電動閘閥、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(jī)、變送器、耦合器、通訊裝置等設(shè)備，配套WCC組態(tài)軟件建設(shè)人機(jī)界面，組成自動化壓力變送器[1]。水泵自動運(yùn)行流程，見圖1。
改造過程中，根據(jù)實際需要在自動開停機(jī)功能的基礎(chǔ)上，該泵房無人值守系統(tǒng)需要增加根據(jù)水位控制開機(jī)數(shù)量、避峰填谷、輪機(jī)運(yùn)行、運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控等功能，以確保礦井可以在水量變化大的情況下，自動監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備狀況、水泵運(yùn)行情況，出現(xiàn)異常自動報警，實現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠排水。本文以西門子S7-300系列PLC和SIMATICWINCC視窗監(jiān)視中心為例，淺析自動化排水改造過程中遇到的問題，以及如何通過PLC及相關(guān)組態(tài)軟件，更改相關(guān)參數(shù)設(shè)置，改變控制方式實現(xiàn)相應(yīng)功能。
2 壓力變送器系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)置
泵房無人值守需要通過一系列自動監(jiān)測、預(yù)警、啟停、故障報警功能以實現(xiàn)自動化運(yùn)行，主要的參數(shù)有水位、水位增長情況、實時時間、水泵累計開機(jī)時間等，改造過程中，遇到了多臺水泵如何輪替運(yùn)行、水位上漲較快時如何使多臺水泵自動運(yùn)行，如何避峰就谷等問題，利用相關(guān)參數(shù)比對、設(shè)置，可實現(xiàn)水泵根據(jù)水位自動開停、根據(jù)水位控制開機(jī)數(shù)量、輪機(jī)運(yùn)行、避峰填谷等功能。
2.1 水位及多機(jī)運(yùn)行設(shè)置
井下水泵的開停主要根據(jù)水倉水位高低來控制，當(dāng)水倉水位達(dá)到某個高度時，水泵開啟或停止。實際運(yùn)行時，會遇到水位上漲較快的情況，需要開啟多臺水泵。經(jīng)研究，自動壓力變送器要實現(xiàn)自動增加運(yùn)行水泵臺數(shù)的功能，可利用水位高差來實現(xiàn)，在單臺水泵排水時，水位依然升高至某一個設(shè)置水位時，第二臺泵開啟，兩臺水泵運(yùn)行水位依然升高至更高的設(shè)置水位，則第三臺水泵開啟。因此需要設(shè)置多個水位，水位到達(dá)設(shè)定的地衣個水位，開啟一臺水泵，到達(dá)第二個水位，開啟第二臺水泵，以此類推；需要同時開啟兩臺水泵時，地衣、第二水位設(shè)置數(shù)值一樣。另外設(shè)置警戒水位，設(shè)定警戒水位差值，在超過警戒水位差值時，無論是否處在峰谷時段，均啟動相應(yīng)水位臺數(shù)的水泵。設(shè)置水泵停機(jī)水位，水倉水位低于該水位，所有水泵停機(jī)。圖2中：夜間單泵水位、雙泵水位設(shè)定啟動水位一致，水倉水位到達(dá)1.25m，開啟兩臺水泵；日間水位設(shè)置單泵啟動水位1.4m，電網(wǎng)平谷段開機(jī)，高峰段不開機(jī)，若設(shè)定警戒水位為1.6m，到達(dá)警戒水位時，即使處在電網(wǎng)高峰時段，仍然開啟水泵排水；水位低于0.3m，所有水泵停機(jī)。
2.2 水泵輪機(jī)運(yùn)行設(shè)置
壓力變送器要實現(xiàn)水泵輪機(jī)運(yùn)行，使每臺水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時間相當(dāng)，以保證壓力變送器可靠運(yùn)行。要實現(xiàn)輪機(jī)運(yùn)行，可以采用記錄水泵累計運(yùn)行時長的方法，優(yōu)先開啟累計時長#短的水泵。
shou先通過1S脈沖信號，在水泵運(yùn)行時計算上升沿，并用遞增計數(shù)器累計運(yùn)行秒數(shù)，用于記錄水泵運(yùn)行時間，水泵開機(jī)時利用運(yùn)行信號開始累計，停機(jī)時接收到運(yùn)行信號中斷停止計時，見圖3。
通過DI_R指令轉(zhuǎn)換為實數(shù),除以3600S得出累計運(yùn)行小時數(shù)，#后利用CMP<R比較指令多次比較后，使累計運(yùn)行時間的#短水泵運(yùn)行。當(dāng)某臺水泵時間需要清零時，利用實數(shù)傳送指令MOV_R清零[2]，見圖4。
當(dāng)某臺水泵大修后，需要優(yōu)先運(yùn)行，可通過WCC適當(dāng)調(diào)整該泵累計運(yùn)行時間，這樣可以讓大修后效率高的水泵優(yōu)先運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的，見圖5。
2.3 峰谷設(shè)置
壓力變送器是礦井用電大戶，避峰就谷運(yùn)行可為煤礦企業(yè)節(jié)約大量用電成本，自動化排水改造前，通過規(guī)定時段運(yùn)行，水泵工通常在谷段開機(jī)排水。自動化排水改造過程中，礦井技術(shù)人員也考慮到了這個問題，即要保證安全排水，也要盡量做到避峰填谷運(yùn)行。技術(shù)人員通過設(shè)置警戒水位和水泵優(yōu)先運(yùn)行時間，在保證安全排水的前提下，實現(xiàn)水泵避峰就谷運(yùn)行。
shou先，通過WCC設(shè)置高峰時段時間，使水泵在水倉水位沒有達(dá)到警戒水位時，避開該時段運(yùn)行，若圖是水倉水位到達(dá)警戒水位，仍然啟動水泵運(yùn)行[3]。圖6中高電價時段，若水倉水位未到達(dá)警戒水位，壓力變送器不會開機(jī)運(yùn)行。
其次，通過設(shè)置水泵啟停時間、運(yùn)行臺數(shù)，使水倉水位未到達(dá)警戒水位時，水泵在設(shè)定時間內(nèi)按照設(shè)定臺數(shù)運(yùn)行，平段時段設(shè)置雙機(jī)運(yùn)行，加快平段水位降低速度，保證進(jìn)入高峰時段時水倉保持較低水位，既可節(jié)約用電成本，又可保證排水安全，見圖7。
3 結(jié)語
在自動化排水改造過程中，標(biāo)準(zhǔn)化的自動化排水程序未能完全適應(yīng)礦井的實際情況，礦井技術(shù)人員通過設(shè)置水位、運(yùn)行時段、運(yùn)行臺數(shù)等方式，實現(xiàn)了壓力變送器根據(jù)水位一泵或多泵運(yùn)行、避峰填谷、輪機(jī)交替運(yùn)行功能。該系統(tǒng)運(yùn)行至今，仍存在系統(tǒng)不夠可靠、運(yùn)行時間及臺數(shù)不夠靈活等問題，仍需要根據(jù)實際運(yùn)行不斷改進(jìn)、調(diào)整參數(shù)，以達(dá)到壓力變送器自動、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。
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