分析管道蒸汽流量表自动化仪表控制系统的应用
摘要：在地下矿山开采中，井下排水系统对地下矿山的安全生产至关重要，由于井下矿山排水系统仍大部分采用人工操作为主，劳动强度大和效率低，给井下排水带来一定的困难。为克服上述矿山生产问题，通过对矿山管道蒸汽流量表进行自动化改造，并对水泵运行和水位监测、维护保养和节能等方面自动化控制系统进行优化。通过近 2 a 的运行，确保管道蒸汽流量表实现运行高效、安全可靠。
金属非金属地下矿山井下排水系统主要是将生产过程中产生的废水和降雨时地表渗水及时排出，以确保井下生产的安全。由于目前大部分老矿山井下矿山排水系统仍采用人工操作为主，工作责任心和工作量大，加上人员年龄老化和人工成本增加等因素，给井下排水带来一定的困难，为此矿山管道蒸汽流量表自动化改造是实现降本增效，提高水泵运行安全和效率，实现节能降耗的有利途径之一。
1 矿山管道蒸汽流量表自动化控制模式和流程
1．1 排水泵自动化控制模式
管道蒸汽流量表排水泵依据运行模式分为 4 种。
(1) 自动。通过 PLC 采集各种传感器信号，按照工艺流程及 PLC 闭锁程序顺序控制水泵及闸阀的开启以启动水泵。
(2) 井下半自动。在井下根据水仓水位情况，由操作人员通过 PLC 集中控制柜触摸屏进行水泵启动过程的控制。
(3) 远程一键启动。操作人员根据水仓显示水位，在地面通过监控平台人工手动开停水泵及确定开泵台数。
(4) 手动。在通讯及 PLC 故障情况下，仍然可通过就地控制柜面板按钮，对井下排水泵进行启停操作，此操作模式完全脱离 PLC 控制。
1．2 排水泵自动化控制工艺流程
排水泵进行自动化控制模式后，当水仓水位达到开泵要求，PLC 自动检测电动阀门、球阀、供电电压等是否正常后，启动真空泵进行抽真空，当水泵真空度符合开泵要求时便启动排水泵。排水泵正常运转后 PLC 时时收集运行数据进行比对，当发现运行数据比对出现差异时影响到排水泵正常运转时，会发出停泵命令。排水泵控制工艺流程如图 1 所示。
2 排水泵监控系统
2．1 排水泵自动化运行硬件系统
管道蒸汽流量表自动化运行监控系统主要由 PLC、传感器、交换机、上位机、监控系统等组成，从而实现水仓水位、水泵运行等全方位进行监控。排水泵硬件系统如图 2 所示。
2．2 排水泵运行监控数据收集
泵房自动化监控系统实时监测水泵各工况参数，含水仓水位、水泵运行电压、电流、排水压力、单管流量、引水真空度等，控制水泵、电动闸阀、真空泵的开停，及水泵排水电耗统计( 如图 3 所示) 。其主要数据收集如下。
(1) 电量监测。采集高压柜保护监控装置的电机运行电流、电压、功率等数据。
(2) 流量监测。采集排水管超声波流量计来计算单管流量和总排水量统计。
(3) 液位监测。采集水仓内的二台超声波液位传感器监测水位，确保水泵要求起停。
(4) 压力监测。采集压力传感器来监测水泵进、出口压力。
(5) 振动和温度监测。采集温振传感来监测电机及水泵温度和振动情况，以便为检修提供帮助。
(6) 视频监控。通过在水泵、水仓进水口、配电室安装监控系统，时时掌握管道蒸汽流量表情况。
2．3 排水泵运行监控报警
管道蒸汽流量表自动化监控系统对运行过程中的水泵出现的故障分为“预警”和“报警”。其中预警信息仅通过报警对话框提示用户预警信息，不会对系统进行任何操作。故障报警对运行中的水泵出现故障时，系统将自动停止运行中的水泵，并报警提示用户。
2．4 排水泵远程监控系统
通过设备远程维护模块，在现场设备与地面监控中心平台建立一条安全可靠的 VPN 通道，实时监控系统运行状况，分析处理系统异常原因，提供远程技术指导，统计分析水泵运行数据，提供水泵寿命预测及专家分析等功能。
3 矿山管道蒸汽流量表节能降耗管理
在 PLC 程序里设定水泵开动台时累计功能、移峰填谷、效率优先等子程序，通过子程序来控制排水泵运行，从而实现降本增效、节能降耗。见图 4。
3．1 实现井下排水泵均匀磨损
通过矿山管道蒸汽流量表自动化控制系统自动记录各台排水泵的累计运行时间，并进行排序，使下次启动时优先启动无故障、运行时间短的排水泵，从而实现了泵房各排水泵的均匀磨损，最大程度上延长排水泵的使用寿命。
3．2 实现井下排水泵移峰填谷
矿山电价执行峰、谷、平阶梯价格时，在非防洪期间，将管道蒸汽流量表自动化控制系统中的移峰填谷功能投入当中，使系统在平、谷段低电价时进行排水，在峰段时蓄水。
3．3 实现效率优先原则
当执行多台排水泵同时运行时，通过排水泵特性曲线与管路特性曲线的比较，选择非常好的匹配排水泵与排水管数量，保证排水泵在非常好的新效率点运行。如图 5 所示。
4 结 语
排水泵作为井下矿山安全生产的重点部位，泵房自动化控制系统自投入运行近 2 a，大大降低泵房的人工和运行成本，同时对泵房的维护保养做到了 按时、按需进行，实现矿山综合效益的提升，从而提高矿山生产的安全系数。
金属非金属地下矿山井下排水系统主要是将生产过程中产生的废水和降雨时地表渗水及时排出，以确保井下生产的安全。由于目前大部分老矿山井下矿山排水系统仍采用人工操作为主，工作责任心和工作量大，加上人员年龄老化和人工成本增加等因素，给井下排水带来一定的困难，为此矿山管道蒸汽流量表自动化改造是实现降本增效，提高水泵运行安全和效率，实现节能降耗的有利途径之一。
1 矿山管道蒸汽流量表自动化控制模式和流程
1．1 排水泵自动化控制模式
管道蒸汽流量表排水泵依据运行模式分为 4 种。
(1) 自动。通过 PLC 采集各种传感器信号，按照工艺流程及 PLC 闭锁程序顺序控制水泵及闸阀的开启以启动水泵。
(2) 井下半自动。在井下根据水仓水位情况，由操作人员通过 PLC 集中控制柜触摸屏进行水泵启动过程的控制。
(3) 远程一键启动。操作人员根据水仓显示水位，在地面通过监控平台人工手动开停水泵及确定开泵台数。
(4) 手动。在通讯及 PLC 故障情况下，仍然可通过就地控制柜面板按钮，对井下排水泵进行启停操作，此操作模式完全脱离 PLC 控制。
1．2 排水泵自动化控制工艺流程
排水泵进行自动化控制模式后，当水仓水位达到开泵要求，PLC 自动检测电动阀门、球阀、供电电压等是否正常后，启动真空泵进行抽真空，当水泵真空度符合开泵要求时便启动排水泵。排水泵正常运转后 PLC 时时收集运行数据进行比对，当发现运行数据比对出现差异时影响到排水泵正常运转时，会发出停泵命令。排水泵控制工艺流程如图 1 所示。
2 排水泵监控系统
2．1 排水泵自动化运行硬件系统
管道蒸汽流量表自动化运行监控系统主要由 PLC、传感器、交换机、上位机、监控系统等组成，从而实现水仓水位、水泵运行等全方位进行监控。排水泵硬件系统如图 2 所示。
2．2 排水泵运行监控数据收集
泵房自动化监控系统实时监测水泵各工况参数，含水仓水位、水泵运行电压、电流、排水压力、单管流量、引水真空度等，控制水泵、电动闸阀、真空泵的开停，及水泵排水电耗统计( 如图 3 所示) 。其主要数据收集如下。
(1) 电量监测。采集高压柜保护监控装置的电机运行电流、电压、功率等数据。
(2) 流量监测。采集排水管超声波流量计来计算单管流量和总排水量统计。
(3) 液位监测。采集水仓内的二台超声波液位传感器监测水位，确保水泵要求起停。
(4) 压力监测。采集压力传感器来监测水泵进、出口压力。
(5) 振动和温度监测。采集温振传感来监测电机及水泵温度和振动情况，以便为检修提供帮助。
(6) 视频监控。通过在水泵、水仓进水口、配电室安装监控系统，时时掌握管道蒸汽流量表情况。
2．3 排水泵运行监控报警
管道蒸汽流量表自动化监控系统对运行过程中的水泵出现的故障分为“预警”和“报警”。其中预警信息仅通过报警对话框提示用户预警信息，不会对系统进行任何操作。故障报警对运行中的水泵出现故障时，系统将自动停止运行中的水泵，并报警提示用户。
2．4 排水泵远程监控系统
通过设备远程维护模块，在现场设备与地面监控中心平台建立一条安全可靠的 VPN 通道，实时监控系统运行状况，分析处理系统异常原因，提供远程技术指导，统计分析水泵运行数据，提供水泵寿命预测及专家分析等功能。
3 矿山管道蒸汽流量表节能降耗管理
在 PLC 程序里设定水泵开动台时累计功能、移峰填谷、效率优先等子程序，通过子程序来控制排水泵运行，从而实现降本增效、节能降耗。见图 4。
3．1 实现井下排水泵均匀磨损
通过矿山管道蒸汽流量表自动化控制系统自动记录各台排水泵的累计运行时间，并进行排序，使下次启动时优先启动无故障、运行时间短的排水泵，从而实现了泵房各排水泵的均匀磨损，最大程度上延长排水泵的使用寿命。
3．2 实现井下排水泵移峰填谷
矿山电价执行峰、谷、平阶梯价格时，在非防洪期间，将管道蒸汽流量表自动化控制系统中的移峰填谷功能投入当中，使系统在平、谷段低电价时进行排水，在峰段时蓄水。
3．3 实现效率优先原则
当执行多台排水泵同时运行时，通过排水泵特性曲线与管路特性曲线的比较，选择非常好的匹配排水泵与排水管数量，保证排水泵在非常好的新效率点运行。如图 5 所示。
4 结 语
排水泵作为井下矿山安全生产的重点部位，泵房自动化控制系统自投入运行近 2 a，大大降低泵房的人工和运行成本，同时对泵房的维护保养做到了 按时、按需进行，实现矿山综合效益的提升，从而提高矿山生产的安全系数。