撫順東露天礦泵站自動化改造

1、撫順東露天礦泵站自動化改造    摘要：通過對撫順東露天礦西南泵站的自動化改造，以較小投資實現(xiàn)自動化控制，且運行效果穩(wěn)定，實現(xiàn)了無人值守，節(jié)約了人員和能耗，減少了設(shè)備故障，消除了不安全事故隱患，實現(xiàn)泵站管理由粗放型向效益型的轉(zhuǎn)變，為該礦礦坑下所有的固定泵站實現(xiàn)自動化奠定了基礎(chǔ)，保證了該礦在取得良好經(jīng)濟效益的同時，也取得很好的社會效益。關(guān)鍵詞：泵站；自動化；改造；無人值守1前言撫順東露天礦排水泵站多處礦坑周圍區(qū)域，且都是為采礦服務(wù)的。泵站主要匯集各區(qū)域的匯水，并確保雨水的正常排出，保護開采礦區(qū)、泵房水泵及其它生產(chǎn)設(shè)備不被水淹。它是為礦區(qū)的安全生產(chǎn)提供保障服

2、務(wù)的極其重要的系統(tǒng)。目前我礦采區(qū)的排水系統(tǒng)具有以下特點：在雨季暴雨來時各泵站水池水位上漲速度很快，水位變化幅度很大，現(xiàn)在各泵站設(shè)備數(shù)量較多且均為手動操作，再加上一天中暴雨來臨時間無法確定，在暴雨來臨時甚至還需進行室外操作或巡察，極大的惡化了工人的工作環(huán)境，加大了工人的工作強度；在枯水期和汛期的交替時，精確到天或小時的操作規(guī)律更不好掌握；同時為了平衡峰谷用電時間，又要求排水泵站常常在礦區(qū)的一些特定時間段運行，因此在目前泵站的控制條件下工人對于排水的時機常常掌握不好，造成了電量的浪費。綜上所述，對我礦泵站進行自動化改造已勢在必行。2自動化改造方案的概述此次方案選擇西南泵站作為改造的試點，待試驗成功

3、后，再向我礦各泵站推廣。2.1西南泵站的概況西南泵站位于東露天礦的西南匯水區(qū)內(nèi)，肩負著西南部201萬m2的大氣降水和西部南幫地下自然涌水的匯集與抽排。西南泵站位于礦坑西南部+72標(biāo)高，主要用于攔截老虎臺地區(qū)的匯水?，F(xiàn)有5臺Y3554高壓電機，電壓6000V，功率280kW，帶動水泵執(zhí)行排水任務(wù)。水泵的進水管口高于室外排水水池水位，而水泵為不具密封抽氣功能的雙吸泵，所以在水泵的入口管上配備有真空泵進行抽真空控制，以幫助排水泵啟動時吸水。真空泵為2臺（一用一備），通過手動切換真空泵出口閥門來決定啟動哪臺真空泵。在真空泵主管道與排水泵入口的連接管道上安裝有DN25球閥，由球閥控制水泵抽真空過程。在每

4、臺水泵的出水管道上安裝有手動蝶閥以隔斷排水泵和出水總管的連接，以防止總管水流倒灌，同時在關(guān)閉狀態(tài)下還可以實現(xiàn)排水泵電機在低負荷下啟車。在泵房室外有一臺低位排水閥，當(dāng)冬季所有排水泵停止運轉(zhuǎn)時通過此閥手動排出管內(nèi)的積水，以防排水管道凍結(jié)堵塞。此外西南泵站還有變壓器室、高壓控制室和工人休息室。變壓器室內(nèi)安裝有6000V/380V的變壓器為泵站內(nèi)的所有交流設(shè)備提供380V交流電源。高壓控制室內(nèi)安裝有直流屏、進線柜、聯(lián)絡(luò)柜、電機控制柜等設(shè)備。整個高壓室為雙電源進線，在兩路電源進線處均設(shè)有手動隔離開關(guān)，當(dāng)一路電源故障時通過手動操作將電源轉(zhuǎn)換到另一路繼續(xù)供電。為了實現(xiàn)在遠程進行電源轉(zhuǎn)換或雙電源自動互投的需要

5、，本方案將手動隔離開關(guān)也改為電動操作。針對該泵站的部分手動設(shè)備需完成相關(guān)的參數(shù)監(jiān)測、自動控制、報警和聯(lián)鎖保護等改造工作。2.2泵房自動化改造的思路整個泵站自動控制的關(guān)鍵點就是對蓄水池內(nèi)的水位進行控制，相關(guān)的泵和電動閥門的操作都可以在上位機中進行，且這些設(shè)備均具有手動/自動兩種運行狀態(tài)可供選擇?？刂葡到y(tǒng)中，蓄水池設(shè)置一臺連續(xù)測量的實時水位計和上限、下限開關(guān)量報警水位計。在上位機畫面中可以單獨設(shè)定每臺排水泵的啟、停泵水位，也可以將該泵設(shè)為備用泵，以便在其它水泵運行故障時自動排水，還可以選擇任意水泵為手動狀態(tài)，從上位機中手動對水泵進行開啟、停泵。當(dāng)蓄水池水位達到水泵設(shè)定的啟泵水位時，在自動狀態(tài)下控制

6、系統(tǒng)自動進行如下動作：開啟運行真空泵閥門，關(guān)閉備用真空泵閥門，同時打開真空主管路與排水泵入口連接管道上的電磁閥，啟動真空泵開始抽真空，在此環(huán)節(jié)中一旦真空泵或真空泵閥門發(fā)生故障立即自動將真空管路投入到另1臺真空泵上。在抽真空主管路上安裝有1臺壓力變送器測量管道真空度，將壓變的測量信號傳到PLC，由PLC來比較判斷真空度的形成是否完成，當(dāng)?shù)竭_設(shè)定的真空度時，啟動水泵電機，系統(tǒng)自動關(guān)閉真空泵和相關(guān)的閥門。在水泵的出口和出口閥門之間安裝有壓力變送器，當(dāng)水泵啟動后，只有當(dāng)壓力值到達設(shè)定值時才打開泵的出口電動閥，同時壓力值也作為泵是否正常上水的一個判斷。如果長時間水泵的出口壓力沒有到達設(shè)定值，則判斷排水泵

7、故障，將水泵切換到另1臺滿足啟動條件的泵進行工作。如果沒有滿足啟動條件的水泵，則將備用泵投入運行，同時上位機進行報警顯示相應(yīng)的水泵故障。在自動狀態(tài)下，如果有多臺水泵同時滿足啟動條件，則按水泵的排列次序依次啟動。當(dāng)蓄水池水位低于停泵水位時，控制系統(tǒng)自動關(guān)閉運行水泵的出口電動閥，停止機組運行?？紤]到晝夜用電價格的差異，可以在上位機上設(shè)定排水泵的運行時間段，當(dāng)排水泵滿足啟泵條件后，且只有在當(dāng)前時間到達設(shè)定的時間段時，水泵才自動運行，這樣就可以讓水泵在電價較低的時間段內(nèi)進行排水，使系統(tǒng)運行更加經(jīng)濟合理。        &#

8、160;       將泵房室外的管道低位排水閥改為電動閥，可以在上位機的畫面上手動操作閥門的開啟和關(guān)閉，隨時進行排水操作，也可以在所有的排水泵都停止運行時自動進行排水，當(dāng)排水到達設(shè)定時間后再自動關(guān)閉排水閥。該控制系統(tǒng)操作簡便，自動運行時可以實現(xiàn)泵站的無人值班，手動運行時系統(tǒng)設(shè)有PLC觸摸屏，可直接在觸摸屏上進行形象直觀的手動控制操作，同時技術(shù)人員也可方便地在觸摸屏上修改調(diào)整運行參數(shù)。這樣以后將上位機移到調(diào)度室之后，既可以在上位機上進行遠程操控也可以在泵房的控制柜上進行操控，整個操控過程方便靈活。采用電視監(jiān)控系統(tǒng)對泵站的運行

9、設(shè)備和高壓控制柜進行監(jiān)控記錄，所有監(jiān)控數(shù)據(jù)和實時監(jiān)控畫面均可上傳調(diào)度中心。3控制方式選擇3.1儀表選擇因室外排水水池冬天水面會結(jié)冰固定，如選用非接觸式傳感器超聲波液位計，在水面結(jié)冰的情況下就不能準(zhǔn)確的測量水位，所以水位采集傳感器采用投入式水位變送器。將變送器的水位探頭安裝在蓄水池底，即使在冬季池底水也不會上凍，從而確保了對水位的精確測量。安裝時為防止傳感器受力口堵塞，影響儀表準(zhǔn)確性，傳感器安裝于污泥層界面之上并采用套管安裝，完全適應(yīng)了現(xiàn)場的工作環(huán)境。在蓄水池的水位高點還裝有兩套浮球開關(guān)作為上限報警和上上限保護，一旦排水池液位到達上限報警點，系統(tǒng)立即進行報警并且在上位機和觸摸屏上顯示出來。在液位

10、繼續(xù)上升到達上上限保護點時，如果保護啟泵設(shè)為自動，則設(shè)為自動狀態(tài)下的排水泵可以按前述自動運行的原則依次進行啟泵，直至水位排至設(shè)定的液位低點。每臺排水泵的出口安裝有1臺壓力變送器，該壓力變送器的信號也直接進入到PLC，作為水泵是否抽上水和水泵出口閥門是否可以打開的判斷信號，同時改值也實時地顯示在上位機和觸摸屏上。壓力變送器不直接安裝于排水泵的出口管道上，而是通過導(dǎo)壓管從排水泵的出口管道上進行引取。32電動閥選擇電動閥門選用開關(guān)式電動閥，給出信號后閥門可以直接開到滿位或關(guān)到零位，閥門打開或關(guān)閉信號在上位機和觸摸屏上顯示。選擇閥門時規(guī)格尺寸盡量與原手動閥門接近，以最大限度地降低改造時的安裝工作量。閥

11、門主要包括以下幾處：真空泵出口電動閥、排水泵入口與真空管路連接電磁閥、排水泵出口電動閥、室外管路排空電動閥。33高壓隔離開關(guān)選擇為了在遠程對泵房的兩路高壓進線電源進行手動或自動切換，需對高壓進線柜進行改造。高壓進線柜的改造是將兩路進線電源的刀開關(guān)變?yōu)殡妱樱蛊湓谌我宦愤M線電源斷電時可以在上位機手動/自動投到另一回路供電。在兩臺進線柜的刀開關(guān)下方增設(shè)電壓互感器，再通過電壓變送器將柜子是否帶電的模擬信號傳送至PLC，通過PLC的判斷進行電源回路的投切，并將高壓進線柜是否帶電信號顯示在上位機和觸摸屏上。開關(guān)選擇型號為FN2512D/630電動型。3.4網(wǎng)絡(luò)選擇整個泵站系統(tǒng)最終完成時，排水管理處調(diào)度中

12、心將與泵站通訊，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是典型的一點對多點的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。設(shè)計時把排水管理處調(diào)度中心設(shè)為主站，各個排水泵站設(shè)為從站，即可方便的實現(xiàn)這種組網(wǎng)方式。針對上述情況，一方面因為泵站信號的傳輸不僅包括設(shè)備的控制信號，還有電視監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)的傳輸，其傳輸?shù)男盘枖?shù)據(jù)量很大，另一方面我礦對泵站考慮鋪設(shè)光纜進行各種通信和數(shù)據(jù)交換，使之采用光纜通訊組網(wǎng)成為目前最佳的選擇。通過光纜進行通訊傳輸，速度快，誤碼率極低，單位時間內(nèi)可傳輸大容量的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場及操控信號均可及時準(zhǔn)確抵達，而且組網(wǎng)方便，保密性和安全性高。為此我礦泵站此次改造采用了光纜方式進行組網(wǎng)。35控制系統(tǒng)選擇泵站控制系統(tǒng)采用計算機監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)。它是指通

13、過采用儀表、控制裝置和計算機等設(shè)備對泵站進行自動檢測、監(jiān)測、控制和管理，以保證系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、有效地運行，同時可對泵站工藝進行適時控制?？刂葡到y(tǒng)配備1臺上位機和一套PLC控制系統(tǒng)，二者之間通過以太網(wǎng)連接。在西南泵站改造中，上位機和PLC控制柜均安裝于現(xiàn)值班室，電源從變壓器室的低壓電源饋出柜引取。采用這種結(jié)構(gòu)的好處是當(dāng)將來各排水泵站和調(diào)度中心之間鋪設(shè)了光纜之后，可以直接將上位機搬到遠方的調(diào)度中心進行遠程遙控，其間不需要增添或更換設(shè)備配置。隨著泵站規(guī)模的不斷發(fā)展，整個系統(tǒng)的不斷擴大，不僅顯得擴展方便，且接入成本低。計算機監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件采用西門子公司的WINCC軟件，實現(xiàn)遠程監(jiān)視和控制、數(shù)據(jù)存檔、報表功能、報警功能和打印功能。WINCC是基于WINDOWS2000/XP平臺的組態(tài)軟件，它遵循TCP/IP，SQL，ODBC等國際標(biāo)準(zhǔn)，可以從遠程站的PLC中采集數(shù)據(jù)，實時反映各個泵站的運行狀態(tài)。上位機界面主要顯示部分包括排水泵站的控制流程、運行狀態(tài)、報警和歷時數(shù)據(jù)的查詢、趨勢圖等。帶控制點的工藝流程圖反映