基于瓦斯泵房无人值守自动化控制系统

王春杰 梁坤 古桂亭

【摘  要】随着煤炭企业自动化、智能化技术的不断提高，无人值守的智能化自动控制系统已逐渐成为煤矿中一种重要的工作模式。针对高瓦斯矿井下瓦斯抽放泵房的无人值守自动化系统建设，已成为矿井瓦斯治理智能化建设的重要环节。论文的瓦斯抽放泵房无人值守自动化控制系统已经在河南省平顶山天安煤业股份有限公司一矿三水平戊一下延瓦斯泵房实现无人值守的自动化控制，并取得了良好的效果。

【Abstract】With the continuous improvement of automation and intelligent technology in coal enterprises， unattended intelligent automatic control system has gradually become an important working mode in coal mine. Aiming at the construction of unattended automatic system of gas drainage pump room in high-gas mine， it has become an important link of intelligent construction of gas control in mine. The automatic control system of unattended gas drainage pump room in the paper has been realized in the unattended gas drainage pump room of No. 1 mine in Pingdingshan Tianan Coal Mining Company Limited， Henan Province， and has achieved good results.

【關键词】瓦斯抽放泵;智能化;自动控制;无人值守

【Keywords】gas drainage pump; intellectualization; automatic control; unattended

【中图分类号】TD442;TP273                                【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）07-0184-02

1 引言

根据安全规程规定，煤矿瓦斯抽放系统必须做到抽放泵站环境瓦斯监测、抽放流量监测、抽放瓦斯浓度监测、温度监测、管道压力监测，同时也突出说明了建设煤矿瓦斯抽放监控系统的重要性和必要性。根据煤矿安全规程高瓦斯矿井必须配备瓦斯抽放系统的要求，很多高瓦斯矿井都建立了井下瓦斯抽放泵房，但是大多瓦斯抽放泵房还是停留在传统生产的手动控制方式中。随着煤矿自动化、智能化技术的逐步成熟，瓦斯抽放泵综合自动化无人值守控制已经成为一种趋势。随着无人值守自动化控制系统的投入，实现了企业减员增效，提高了设备的有效开机率。此系统可以记录各种操作事件、系统参数、工作日志等，对系统故障做到可预警、可处理、可溯源，同时，配备了视频监控设备，在实行无人值守自动化控制的同时，还能通过视频监控系统实时监测现场情况，为事故分析提供依据。

2 自动化控制瓦斯抽放泵的概述

瓦斯抽放泵房安装2台2BEC50型315kW水环真空瓦斯抽采泵，主管路采用？准300mm瓦斯抽采管，标称吸气量260m3/min，采用重力自然供水。瓦斯抽放泵房自动化控制系统通过西门子PLC S7-300模块实现，然后通过Profibus-DP通讯方式和数据采集分站BHD之间进行数据交换，以此来实现对瓦斯泵的自动化控制和数据采集。另外，利用矿井工业环网，通过TCP/IP协议，使PLC和上位控制主机进行通讯，对系统的各种参数进行实时监视，一方面把数据传至泵房操作台触摸屏上显示，另一方面通过接口上传所有信息至地面监控中心操作员站，同时将操作记录、报警记录、开停记录等储存至数据库。

3 自动控制瓦斯抽放泵房系统

3.1 控制功能

瓦斯抽放泵控制功能可分为地面远程自动化控制、井下现场操作台自动化控制和井下现场手动控制三种方式。

地面远程自动化控制：通过PLC采集瓦斯抽放泵内部的运行状态及环境参数，通过上位机IFIX组态软件，实现对瓦斯泵组的控制和数据采集，不仅能够实现电动球阀、电动蝶阀、瓦斯抽放泵等单个设备的远程手动控制，还能按照工作流程实现整个瓦斯抽放系统的自动化一键启/停，更能根据上位机设定实现瓦斯抽放泵的智能化无人值守工作模式。

井下现场操作台自动化控制：当环网通讯网络等出现故障时，可在井下现场利用操作台的手动操作按钮实现瓦斯抽放系统就地启/停，以确保正常生产，达到工艺要求。现场采用触摸屏作为人机界面，可以随时直观地了解设备的运转状况，提高机器的现代化程度和自动化程度，方便操作。

井下现场手动控制：当程序出现故障或操作台不受控制时，在PLC控制器上能够直接控制瓦斯抽放泵，蝶阀电动控制箱上可直接控制蝶阀，避免瓦斯抽放系统停机事故的发生。

3.2 井下操作台控制流程

为便于井下现场检修维护，在现场操作台上设置了就地检修工作模式。以1#泵为例：

就地检修模式开1#泵：首先把“操作方式”转换开关旋转至“就地”模式，把“控制模式”转换开关旋转至“检修”模式，选择1#泵，然后把“管路阀开关”（进气蝶阀）档旋至“开”的方向，蝶阀开到位后会自动停止，把“泵蝶阀开关”（出气蝶阀）档旋至“开”的方向，蝶阀开到位后会自动停止，这时，按下“启动”按钮，瓦斯泵启动，最后把“球阀开关”档旋至“开”的方向，球阀开至30%后自动停止，完成瓦斯抽放泵启动操作。

就地检修模式停1#泵：按照开泵顺序反向操作，首先按下“停止”按钮，瓦斯泵停止运行，并把“球阀开关”档旋至“关”的方向，直至球阀关到位，然后把“管路阀开关”（进气蝶阀）档旋至“关”的方向，蝶阀关到位后会自动停止，把“泵蝶阀开关”（出气蝶阀）档旋至“关”的方向，蝶阀关到位后会自动停止，完成瓦斯抽放泵停止操作。

3.3 上位机监控功能

瓦斯抽放泵自动化控制系统通过IFIX组态软件对整个瓦斯泵设备及环境数据进行画面监控、数据显示、数据报警、自动切换瓦斯泵，其瓦斯泵集控监测主界面如图1所示。

3.3.1  画面监控

系统作为整个瓦斯抽放泵房监控及数据处理中心，负责对整个系统数据处理及状态显示和启停控制，实现设备远程联控操作功能。可通过计算机画面显示系统工艺流程图，各按钮及画面通过鼠标点击对象进行切换、控制。

3.3.2  数据显示

监控画面中实时显示瓦斯抽放系统压力、温度、流量、電流、管道瓦斯浓度、环境瓦斯浓度、一氧化碳浓度、设备运行时间等工艺参数数据，同时以颜色、文字提示来显示现场设备的运行状态，保证操作员从上位机清晰了解整个瓦斯抽放泵站的现场工作状况。

3.3.3  数据报警

当现场有报警发生时，画面上该相应设备将以闪烁及颜色变化显示报警状态，并且自动弹出视频。报警浏览画面中显示当前报警信息，说明报警设备、报警类型、报警时间等，并做报警历史记录。

系统具有自诊断和故障保护控制功能，当系统检测到瓦斯抽放系统发生异常状态时，可根据故障状态的差异，对被控设备发出控制指令，同时发出声光报警信号，并可以从触摸屏和上位机上查询故障发生原因。

3.3.4  自动切换瓦斯泵

瓦斯泵在运行的过程中难免会出现故障，在经过上位机的设置后，即使运行中的瓦斯泵在运行中出现故障，此时会自动把预先设置的瓦斯泵自动启动，启动的同时会对相应的故障进行报警，安全抽采的同时及时预警，为工作人员高效完成故障处理争取时间。

4 结论

此系统已经在平顶山天安煤业股份有限公司一矿三水平戊一瓦斯抽放泵房成功运用。瓦斯抽放泵房的自动化控制可有效降低瓦斯泵系统故障率，并加快故障处理速度，记录故障发生过程分析原因，减少同样故障重复发生几率，为企业的安全可靠生产模式保驾护航。

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