中金岭南凡口铅锌矿 广东 韶关 512325
摘要：自动排水系统是铅锌矿中不可或缺的重要组成部分，本文主要以凡口铅锌矿-650m中段水泵房为应用为例，探讨自动排水系统方案的实现方式。
关键词：凡口铅锌矿；中段水泵房；自动排水系统方案
一、目前状况
凡口矿-650水平泵房安装有5台水泵,其中两台为200D-65×6，电机功率为500kw，电压等级为6KV，这两台电机为新电机，带有加热器和温度检测点，另外3台为D280-43×6、功率为280KW电压为6KV；电机启动方式为高压馈电直接启动；水仓位置在水泵安装位置之上，水泵启动无需引水可直接启动水泵；每台水泵带有一个出口电动阀门，3趟管路配置4个管路电动阀门；每个泵都配有一套反冲洗系统，用了管道为DN50的手动阀门。设备目前运行的状态：水泵旁的就地操作柜启动/停止水泵、开/关水泵出水口电动闸阀，完成水泵的起泵和停泵过程，在水泵的启动前需要进行管路反冲洗，把管路沉淀的泥浆全部冲洗干净，操作模式属于全手动操作模式，不具备自动控制和远程控制功能。
泵房内还安装了两台积水池排水泵，用于电缆沟、泵房地面积水的排水工作，操作方式都属于手动操作模式，不具备远程控制和自动控制功能。
一、系统构成
-650水泵房自动控制及远程监控系统由井下泵房监控部分和井上监控中心PVSS系统两部分组成，井下部分和井上部分通过光纤环网进行通讯连接。井下监控部分主要由集中控制柜1台，水泵就地控制柜5台，积水池控制柜1台，闸阀控制柜1台，相关配套的仪表及传感器、电动闸阀等组成。就地控制柜负责采集单台水泵的运行参数，包括出水压力、水泵前轴振动、水泵后轴振动、水泵前轴温度、水泵后轴温度、水泵回水管温度、电机前轴温度、电机后轴温度、电机绕组温度、三相电压、三相电流、有功功率，功率因数等参数。集中控制柜采集流量、水仓液位、浮球液位等参数。就地控制柜与集中控制柜通过PROFIBUS-DP电缆进行通讯,由集中控制柜中的西门子PLC进行处理，最终实现自动监控的目的。井下泵房和地面集控中心PVSS系统通过以太网模块经光纤环网进行实时通讯与监控。
二、泵房改造的整体方案
整体改造方案采用控制层、数据传输层、设备层三层结构模式进行改造。
控制层采用S7-300PLC为整个控制核心，每台水泵配备ET200以及I/O模块共同组成一个profibus-DP通讯网络，采集泵房所有的运行信号，实现对整个泵房设备远程监视及操控。
数据传输层集中控制柜采用100Mbps以太网光电交换机把泵房控制系统数据接入井下光纤环网，通过光纤与地面监控中心千兆管理型核心交换机相连，构成光纤环型网络。地表控制调度中心通过光电转换把泵房运行数据在系统运行平台实时显示出来，实现泵房的远程监测和控制。
设备层由ZP-31矿井自动排水装置构成，系统配备1台集中控制柜、5台水泵控制就地柜和1台集水池控制柜，外加相应的传感器、电动阀门等实现水泵的自动控制和远程监控功能。
1、水池水位检测：配置两台西门子超声波液位计，互为备用。
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2、出水压力检测：每台水泵配备一台正压变送器进行检测，同时安装耐震压力表用于就地显示压力值。
3、真空度检测：每台水泵配备一台负压传感器进行水泵汽蚀余量的监控。
4、水泵温度检测：每台水泵关键测温点配备贴片式温度变送器进行检测，主要测点为前轴，后轴温度检测。
5、电机温度检测：对没有预埋热电阻的电机增加贴片式温度变送器，进行温度检测，主要测点为前轴，后轴，定子温度检测。
6、振动检测：每台水泵配备两台安装振动传感器来检测水泵运行时的前、后轴振动位移值。
7、总管流量检测：每趟出水总管配备一台超声波流量计，用于检测出水流量和水泵效率分析。
8、电动闸阀控制：水泵出水管路原配的电动闸阀及相应的控制箱，全部拆除，统一在水泵就地柜进行集中控制，便于维护与管理。
9、电机加热器或烤灯的控制：在水泵对应的就地控制柜中增加控制回路，实现在电机停止后一段时间自动开启。
10、反冲洗电动闸阀的控制：反冲洗管路上手动闸阀全部改为电动闸阀并具备手动操作功能，可以完成起泵前自动冲洗功能。
11、集水池就地柜：集泥坑的两台水泵配备一个ET200子站，顺带配备总管联络闸阀控制I/O点，以后总管联络阀门改造直接把信号接入实现远程自动控制和远程监控。
三、泵房改造实现功能
1、采用集中控制器对水泵房设备运行实行在线监控，自动、手动控制水泵的启停及闸阀的开、关，并具有自诊断功能，可实现水泵房的无人值守。
2、控制系统通过以太网接入矿井工业以太干网，实现水泵监控子系统与全矿井的监控系统信息共享，满足全矿井自动化控制的要求。
3、集中控制器采用西门子公司S7-300系列工业级PLC及先进的过程控制软件，综合考虑矿井各种安全信息，实现井下排水监控系统的最优控制策略；井下排水监控系统的报警，信息显示，报表统计处理全部融入整个矿井监控系统的数据系统。
4、水泵房现场以计算机图形界面结合现场操作，最大程度简化操作与状态显示。
5、根据水位控制原则，自动实现水泵的轮换工作。
6、结合水仓水位和全矿电力负荷信息，以“移峰填谷”原则确定开、停水泵时间。
7、系统具有多种通讯协议可选，可与系统互联互通，软件修改可在控制室完成。
8、水泵监控子系统有四种工作方式，“自动”、“远程”、“手动”、“一键启动”。
四、系统运行模式
本系统具有四种运行模式:现场手动操作模式，半自动（一键启动）操作模式，全自动操作模式，远程单步操作模式。
1、现场手动运行模式
现场手动操作模式是在泵房就地控制柜面板中进行的，手动操作面板中的按钮来完成水泵的启停操作。地面PVSS监控系统和集中控制柜触摸屏只观察水泵的运行状态。
2、半自动运行模式（一键启动）
半自动运行模式（一键启动）是在配电室集中制柜触摸屏画面中进行的，通过屏中画面中按钮及相关参数设置来完成操作。
3、全自动运行模式
全自动模式主要是根据“避峰填谷”和“均匀磨损”的原则，结合水仓液位，设定好不同时间段、不同液位高度下启动泵的数量，投入需要运转的泵号。PLC自动计算泵的运行时间，根据泵的运行时间长短来决定泵的启动顺序，运行时间最短的最先启动，运行时间最长的最后启动，保证泵体受损均匀。启动步骤，停机步骤无需人工干预。其操作规程如下：
4、远程单步操作模式
单步操作运行模式操作是在配电室集中制柜触摸屏画面中进行的，通过屏中画面中按钮及相关参数设置来完成操作。
结束语：
本文主要针对凡口铅锌矿-650m中段水泵房自动排水系统方案实现进行了分析，结果显示，排水方案的设置需要兼顾到各类问题，只有遵循相关的设置原则，才能够达到既定的排水效果。
参考文献：
[1]杨彪,罗周全,原桂强,杨红伟. 凡口铅锌矿残矿回收技术研究[J]. 矿业工程研究. 2009(04)
[2]邓志文,杨建安,方超. 矿山地下开采对地下水环境的影响机理及防治[J]. 有色冶金设计与研究. 2015(02)
[3]胡寿松 自动控制原理 科学出版社 2000（4）
论文作者:蒋加川
论文发表刊物:《科技中国》2016年7期
论文发表时间:2016/10/18
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