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分析法蘭式渦街流量計(jì)自動化儀表控制系統(tǒng)的應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù)：1960 發(fā)布時(shí)間：2021-01-06 11:23:13
摘要：在地下礦山開采中，井下排水系統(tǒng)對地下礦山的安全生產(chǎn)至關(guān)重要，由于井下礦山排水系統(tǒng)仍大部分采用人工操作為主，勞動強(qiáng)度大和效率低，給井下排水帶來一定的困難。為克服上述礦山生產(chǎn)問題，通過對礦山法蘭式渦街流量計(jì)進(jìn)行自動化改造，并對水泵運(yùn)行和水位監(jiān)測、維護(hù)保養(yǎng)和節(jié)能等方面自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。通過近 2 a 的運(yùn)行，確保法蘭式渦街流量計(jì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行高效、安全可靠。
金屬非金屬地下礦山井下排水系統(tǒng)主要是將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和降雨時(shí)地表滲水及時(shí)排出，以確保井下生產(chǎn)的安全。由于目前大部分老礦山井下礦山排水系統(tǒng)仍采用人工操作為主，工作責(zé)任心和工作量大，加上人員年齡老化和人工成本增加等因素，給井下排水帶來一定的困難，為此礦山法蘭式渦街流量計(jì)自動化改造是實(shí)現(xiàn)降本增效，提高水泵運(yùn)行安全和效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的有利途徑之一。
1 礦山法蘭式渦街流量計(jì)自動化控制模式和流程
1．1 排水泵自動化控制模式
法蘭式渦街流量計(jì)排水泵依據(jù)運(yùn)行模式分為 4 種。
(1) 自動。通過 PLC 采集各種傳感器信號，按照工藝流程及 PLC 閉鎖程序順序控制水泵及閘閥的開啟以啟動水泵。
(2) 井下半自動。在井下根據(jù)水倉水位情況，由操作人員通過 PLC 集中控制柜觸摸屏進(jìn)行水泵啟動過程的控制。
(3) 遠(yuǎn)程一鍵啟動。操作人員根據(jù)水倉顯示水位，在地面通過監(jiān)控平臺人工手動開停水泵及確定開泵臺數(shù)。
(4) 手動。在通訊及 PLC 故障情況下，仍然可通過就地控制柜面板按鈕，對井下排水泵進(jìn)行啟停操作，此操作模式完全脫離 PLC 控制。
1．2 排水泵自動化控制工藝流程
排水泵進(jìn)行自動化控制模式后，當(dāng)水倉水位達(dá)到開泵要求，PLC 自動檢測電動閥門、球閥、供電電壓等是否正常后，啟動真空泵進(jìn)行抽真空，當(dāng)水泵真空度符合開泵要求時(shí)便啟動排水泵。排水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后 PLC 時(shí)時(shí)收集運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，當(dāng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)比對出現(xiàn)差異時(shí)影響到排水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會發(fā)出停泵命令。排水泵控制工藝流程如圖 1 所示。
2 排水泵監(jiān)控系統(tǒng)
2．1 排水泵自動化運(yùn)行硬件系統(tǒng)
法蘭式渦街流量計(jì)自動化運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)主要由 PLC、傳感器、交換機(jī)、上位機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)等組成，從而實(shí)現(xiàn)水倉水位、水泵運(yùn)行等全方位進(jìn)行監(jiān)控。排水泵硬件系統(tǒng)如圖 2 所示。
2．2 排水泵運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)收集
泵房自動化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測水泵各工況參數(shù)，含水倉水位、水泵運(yùn)行電壓、電流、排水壓力、單管流量、引水真空度等，控制水泵、電動閘閥、真空泵的開停，及水泵排水電耗統(tǒng)計(jì)( 如圖 3 所示) 。其主要數(shù)據(jù)收集如下。
(1) 電量監(jiān)測。采集高壓柜保護(hù)監(jiān)控裝置的電機(jī)運(yùn)行電流、電壓、功率等數(shù)據(jù)。
(2) 流量監(jiān)測。采集排水管超聲波流量計(jì)來計(jì)算單管流量和總排水量統(tǒng)計(jì)。
(3) 液位監(jiān)測。采集水倉內(nèi)的二臺超聲波液位傳感器監(jiān)測水位，確保水泵要求起停。
(4) 壓力監(jiān)測。采集壓力傳感器來監(jiān)測水泵進(jìn)、出口壓力。
(5) 振動和溫度監(jiān)測。采集溫振傳感來監(jiān)測電機(jī)及水泵溫度和振動情況，以便為檢修提供幫助。
(6) 視頻監(jiān)控。通過在水泵、水倉進(jìn)水口、配電室安裝監(jiān)控系統(tǒng)，時(shí)時(shí)掌握法蘭式渦街流量計(jì)情況。
2．3 排水泵運(yùn)行監(jiān)控報(bào)警
法蘭式渦街流量計(jì)自動化監(jiān)控系統(tǒng)對運(yùn)行過程中的水泵出現(xiàn)的故障分為“預(yù)警”和“報(bào)警”。其中預(yù)警信息僅通過報(bào)警對話框提示用戶預(yù)警信息，不會對系統(tǒng)進(jìn)行任何操作。故障報(bào)警對運(yùn)行中的水泵出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)將自動停止運(yùn)行中的水泵，并報(bào)警提示用戶。
2．4 排水泵遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
通過設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)模塊，在現(xiàn)場設(shè)備與地面監(jiān)控中心平臺建立一條安全可靠的 VPN 通道，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，分析處理系統(tǒng)異常原因，提供遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)，統(tǒng)計(jì)分析水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)，提供水泵壽命預(yù)測及專家分析等功能。
3 礦山法蘭式渦街流量計(jì)節(jié)能降耗管理
在 PLC 程序里設(shè)定水泵開動臺時(shí)累計(jì)功能、移峰填谷、效率優(yōu)先等子程序，通過子程序來控制排水泵運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)降本增效、節(jié)能降耗。見圖 4。
3．1 實(shí)現(xiàn)井下排水泵均勻磨損
通過礦山法蘭式渦街流量計(jì)自動化控制系統(tǒng)自動記錄各臺排水泵的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，并進(jìn)行排序，使下次啟動時(shí)優(yōu)先啟動無故障、運(yùn)行時(shí)間短的排水泵，從而實(shí)現(xiàn)了泵房各排水泵的均勻磨損，*大程度上延長排水泵的使用壽命。
3．2 實(shí)現(xiàn)井下排水泵移峰填谷
礦山電價(jià)執(zhí)行峰、谷、平階梯價(jià)格時(shí)，在非防洪期間，將法蘭式渦街流量計(jì)自動化控制系統(tǒng)中的移峰填谷功能投入當(dāng)中，使系統(tǒng)在平、谷段低電價(jià)時(shí)進(jìn)行排水，在峰段時(shí)蓄水。
3．3 實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)先原則
當(dāng)執(zhí)行多臺排水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，通過排水泵特性曲線與管路特性曲線的比較，選擇非常好的匹配排水泵與排水管數(shù)量，保證排水泵在非常好的新效率點(diǎn)運(yùn)行。如圖 5 所示。
4 結(jié) 語
排水泵作為井下礦山安全生產(chǎn)的重點(diǎn)部位，泵房自動化控制系統(tǒng)自投入運(yùn)行近 2 a，大大降低泵房的人工和運(yùn)行成本，同時(shí)對泵房的維護(hù)保養(yǎng)做到了 按時(shí)、按需進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)礦山綜合效益的提升，從而提高礦山生產(chǎn)的安全系數(shù)。
金屬非金屬地下礦山井下排水系統(tǒng)主要是將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和降雨時(shí)地表滲水及時(shí)排出，以確保井下生產(chǎn)的安全。由于目前大部分老礦山井下礦山排水系統(tǒng)仍采用人工操作為主，工作責(zé)任心和工作量大，加上人員年齡老化和人工成本增加等因素，給井下排水帶來一定的困難，為此礦山法蘭式渦街流量計(jì)自動化改造是實(shí)現(xiàn)降本增效，提高水泵運(yùn)行安全和效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的有利途徑之一。
1 礦山法蘭式渦街流量計(jì)自動化控制模式和流程
1．1 排水泵自動化控制模式
法蘭式渦街流量計(jì)排水泵依據(jù)運(yùn)行模式分為 4 種。
(1) 自動。通過 PLC 采集各種傳感器信號，按照工藝流程及 PLC 閉鎖程序順序控制水泵及閘閥的開啟以啟動水泵。
(2) 井下半自動。在井下根據(jù)水倉水位情況，由操作人員通過 PLC 集中控制柜觸摸屏進(jìn)行水泵啟動過程的控制。
(3) 遠(yuǎn)程一鍵啟動。操作人員根據(jù)水倉顯示水位，在地面通過監(jiān)控平臺人工手動開停水泵及確定開泵臺數(shù)。
(4) 手動。在通訊及 PLC 故障情況下，仍然可通過就地控制柜面板按鈕，對井下排水泵進(jìn)行啟停操作，此操作模式完全脫離 PLC 控制。
1．2 排水泵自動化控制工藝流程
排水泵進(jìn)行自動化控制模式后，當(dāng)水倉水位達(dá)到開泵要求，PLC 自動檢測電動閥門、球閥、供電電壓等是否正常后，啟動真空泵進(jìn)行抽真空，當(dāng)水泵真空度符合開泵要求時(shí)便啟動排水泵。排水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后 PLC 時(shí)時(shí)收集運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，當(dāng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)比對出現(xiàn)差異時(shí)影響到排水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會發(fā)出停泵命令。排水泵控制工藝流程如圖 1 所示。
2 排水泵監(jiān)控系統(tǒng)
2．1 排水泵自動化運(yùn)行硬件系統(tǒng)
法蘭式渦街流量計(jì)自動化運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)主要由 PLC、傳感器、交換機(jī)、上位機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)等組成，從而實(shí)現(xiàn)水倉水位、水泵運(yùn)行等全方位進(jìn)行監(jiān)控。排水泵硬件系統(tǒng)如圖 2 所示。
2．2 排水泵運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)收集
泵房自動化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測水泵各工況參數(shù)，含水倉水位、水泵運(yùn)行電壓、電流、排水壓力、單管流量、引水真空度等，控制水泵、電動閘閥、真空泵的開停，及水泵排水電耗統(tǒng)計(jì)( 如圖 3 所示) 。其主要數(shù)據(jù)收集如下。
(1) 電量監(jiān)測。采集高壓柜保護(hù)監(jiān)控裝置的電機(jī)運(yùn)行電流、電壓、功率等數(shù)據(jù)。
(2) 流量監(jiān)測。采集排水管超聲波流量計(jì)來計(jì)算單管流量和總排水量統(tǒng)計(jì)。
(3) 液位監(jiān)測。采集水倉內(nèi)的二臺超聲波液位傳感器監(jiān)測水位，確保水泵要求起停。
(4) 壓力監(jiān)測。采集壓力傳感器來監(jiān)測水泵進(jìn)、出口壓力。
(5) 振動和溫度監(jiān)測。采集溫振傳感來監(jiān)測電機(jī)及水泵溫度和振動情況，以便為檢修提供幫助。
(6) 視頻監(jiān)控。通過在水泵、水倉進(jìn)水口、配電室安裝監(jiān)控系統(tǒng)，時(shí)時(shí)掌握法蘭式渦街流量計(jì)情況。
2．3 排水泵運(yùn)行監(jiān)控報(bào)警
法蘭式渦街流量計(jì)自動化監(jiān)控系統(tǒng)對運(yùn)行過程中的水泵出現(xiàn)的故障分為“預(yù)警”和“報(bào)警”。其中預(yù)警信息僅通過報(bào)警對話框提示用戶預(yù)警信息，不會對系統(tǒng)進(jìn)行任何操作。故障報(bào)警對運(yùn)行中的水泵出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)將自動停止運(yùn)行中的水泵，并報(bào)警提示用戶。
2．4 排水泵遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
通過設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)模塊，在現(xiàn)場設(shè)備與地面監(jiān)控中心平臺建立一條安全可靠的 VPN 通道，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，分析處理系統(tǒng)異常原因，提供遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)，統(tǒng)計(jì)分析水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)，提供水泵壽命預(yù)測及專家分析等功能。
3 礦山法蘭式渦街流量計(jì)節(jié)能降耗管理
在 PLC 程序里設(shè)定水泵開動臺時(shí)累計(jì)功能、移峰填谷、效率優(yōu)先等子程序，通過子程序來控制排水泵運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)降本增效、節(jié)能降耗。見圖 4。
3．1 實(shí)現(xiàn)井下排水泵均勻磨損
通過礦山法蘭式渦街流量計(jì)自動化控制系統(tǒng)自動記錄各臺排水泵的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，并進(jìn)行排序，使下次啟動時(shí)優(yōu)先啟動無故障、運(yùn)行時(shí)間短的排水泵，從而實(shí)現(xiàn)了泵房各排水泵的均勻磨損，*大程度上延長排水泵的使用壽命。
3．2 實(shí)現(xiàn)井下排水泵移峰填谷
礦山電價(jià)執(zhí)行峰、谷、平階梯價(jià)格時(shí)，在非防洪期間，將法蘭式渦街流量計(jì)自動化控制系統(tǒng)中的移峰填谷功能投入當(dāng)中，使系統(tǒng)在平、谷段低電價(jià)時(shí)進(jìn)行排水，在峰段時(shí)蓄水。
3．3 實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)先原則
當(dāng)執(zhí)行多臺排水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，通過排水泵特性曲線與管路特性曲線的比較，選擇非常好的匹配排水泵與排水管數(shù)量，保證排水泵在非常好的新效率點(diǎn)運(yùn)行。如圖 5 所示。
4 結(jié) 語
排水泵作為井下礦山安全生產(chǎn)的重點(diǎn)部位，泵房自動化控制系統(tǒng)自投入運(yùn)行近 2 a，大大降低泵房的人工和運(yùn)行成本，同時(shí)對泵房的維護(hù)保養(yǎng)做到了 按時(shí)、按需進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)礦山綜合效益的提升，從而提高礦山生產(chǎn)的安全系數(shù)。