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摘 要 ：KJ472排水监控系统采用西门子PLC作为核心设备，利用多种不同功能的传感器实时采集数据给PLC 控制系统，对井 下排水系统进行实时监测与控制。具有良好的自动控制特性，还可以满足手动操作的需求。介绍了 KJ472 排水监控系统在武山 铜矿井下 -210 的应用和使用注意事项， 提高了排水系统的稳定性及排水效率， 保证了井下的安全生产。
关键词 ：排水监控系统 ；西门子 ；自动控制 ；井下 ；应用 ；维护
某矿是一座井采矿山，在井下矿石的开采过程中，会聚集矿 层涌水以及大量的地下水 [1-3]。不同的深层以及季节的差异性， 导致井下涌水量不断的变化， 多达 17m3/s~20 m3/s 及以上。当涌 水量急剧的汇集增长时， 会超出排水系统的上限范围， 储水仓爆 满导致突水事故的发生， 严重威胁武山铜矿的安全生产。
早期的井下排水系统采用简单的PLC 控制模块对液位进行 粗略的判断，存在控制不变，信号反馈不及时等问题，需要操作 人员24 小时在井下实时盯梢液位的情况。某矿所管辖南 -210 的 KJ472 排水监控系统采用 S7-1200 型号西门子作为核心设备，选 取温度、压力、水位高度传感器分布在井下相应位置，对排水系 统的参数进行实时的监控。将从传感器中获取到的数据通过模 拟量传输给PLC，然后PLC 控制系统根据先前调节好的阈值对 现场的水位进行实时采样监测与控制。
排水系统运转时，先通过探测液位的传感器测出水域的高 度及水位变化的速度，得到的模拟量数据传输给 PLC[4-6]。系统 将得到的水位高度和变化速度数据与事先设定好的阈值进行对 比，以此确定是否启动水泵进行作业。设置不同的挡位，根据挡 位的不同来确定开启水泵的台数。当水域的液位高度或者液位 下降的速度满足低于阈值时，排水系统会逐渐的减少作业水泵 的台数及水泵的运行功率。按需进行排水调控， 既能保障排水的 安全， 又能节约能源， 大大提高了排水系统的稳定性和经济性。
1 KJ472排水监控系统的工作原理
1.1 运行主界面及控制面板
在图 1 画面中会动态反馈每台水泵的出水压力、真空压力、 电机电流、管路流量、电机温度、水泵温度、水泵振动、泵组效 率、运行时间以及主排水泵的运行状态，水仓的液位情况等。操 作人员可以根据该主界面实时的观测排水系统是否正常运作， 如有数据发生异常， 可及时做出处理， 保障排水的工作效率。
在图 2 所示画面中，操作人员通过点击“一键启动”按钮， 可将处于“投入”状态的主排水泵起动、排水闸阀打开 ；当水泵 启动完成后，可根据水域液位高度情况按“一键停止”按钮，一 键关阀，停泵。不需要人工手动运行，达到了精准启动与停泵的 水平。该排水监测系统同时具有故障监测和应急处理功能， 当所 反馈的数据超出所设置的阈值时， 判断运行异常， 控制系统迅速 下达停机指令。为了避免机组突然停止运行导致系统内出现“水 锤”冲击现象，系统在控制停机时首先逐步降低排水泵的运行转 速，实现柔性停机， 确保排水泵的运行安全。
1.2 参数设置
在图 3所示的参数设置画面中，可以对水泵运行模式，液位 检测信号来源，避峰填谷功能，真空泵投切、高压补水阀与水箱 补水阀的手动 / 自动模式进行相应的切换操作。
其中高压补水阀处于自动模式时，当 1-6# 泵组任一台泵处 于引水步时，且高压水压力所设定的低压下限值 17bar，系统会 自动打开高压补水阀补水，当高压水压力高于所设定的高压值 23bar， 系统会自动关闭高压补水阀。
水箱补水阀处于自动模式时，浮球开关处于高位，会自动关 闭补水阀 ；当浮球处于低位， 会自动打开补水阀。
真空泵 1 与真空泵2 必须有 1 台处于投入状态，系统默认2# 真空泵处于投入状态，若需将2#真空泵切除，需先将 1#真空泵 切至投入状态，真空泵2 方能切除成功。不论投切状态，当一台 真空泵跳闸时， 系统自动将备用真空泵投入。
如图 4所示画面，可对系统运行的各泵组参数进行设置。其 中真空补偿压力是自动根据所设定的真空压力与水仓水位进行 补偿计算后所需要达到的数据。参数的设定根据现场情况可适 当调整。
1.3 全自动控制原则
（1）常规控制 ：此控制模式下，当液位超过“单泵液位”时， 起动 1 台水泵 ；当液位超过“双泵液位”时 ,起动2 台水泵 ；当液 位超过“极限液位”时，起动 3 台水泵 ；当液位低于单泵液位时， 只运行 1 台水泵，当液位低于“停泵液位”时，会停止所有水泵。 可通过设备液位参数进行模拟的方式试车。水泵启动时，启动近 段时间内运行时间最短的水泵， 停止近段时间内运行时间最长的 水泵， 运行时间在每个月的 1号、11号、21号 1 点 1分重新归零。
（2）超限控制（液位超过“超限液位”）：起动能够启动的 3 台水泵， 当 3 台启动后， 液位还在上涨， 将再次启动 1 台。
1.4 参数曲线
如上图 5，可对排水流量、电机电流、电机定子温度、排水 压力、真空压力、电机前轴温度、电机后轴温度、泵组振动、水 仓水位等参数进行历史数据曲线查询，历史曲线可分泵组进行 快捷查询。
2 操作步骤及注意事项
2.1 一键启停操作步骤
（1）将泵房现场电控柜面板上“就地 /远程”旋至“远程”操作状态， 并在触摸显示屏上画面确认相关柜体状态。
（2）在“参数设置”页面上确认“引水方式”为射流泵或真空 泵，并确认所需要启动的泵组处于投入状态。
（3）点击所需启动的泵组，会弹出操作面板，点击“一键启 动”系统会自动引水，自动启动水泵，自动打开排水闸阀 ；点击 “一键停止”系统会自动关闭排水闸阀， 自动停止水泵。
2.2 启停过程中注意事项
（1）水泵抽真空过程 ：水泵抽真空时，真空泵或射流泵运行 后，此时相应泵组的真空压力会下降，下降至“真空初偿压力” 数值并延时“真空延时时间”时间后，会自动启动水泵。若真空 泵组运行后，真空压力数据没有发生变化，可能是阀门故障，或 有漏气情况发生，系统会发出“引水失败”的故障报警，需再次 启泵之前进行泵组检修， 排查泵组漏气原因。
（2）水泵启动过程中，观察泵组的排水压力与排水流量，泵 组的排水压力需大于“开阀出水压力”才会自动打开排水阀门， 若泵组在启动过程中， 排水压力小于所设定的排水压力下限， 可 能是泵组没有上水， 系统会自动停止泵组， 需重新启动泵组抽真 空，若多次出现此情况，需对该泵组进行检修或适当修改“真空 设定压力”数值并加大“真空延时时间”参数值。
2.3 系统联锁保护
系统运行过程中共有以下几种情况会联锁保护停机 ：①电 机定子温度 >95℃ 、前轴、后轴温度 >75℃。②水泵前轴、后轴 温度 >55℃ 。③真空压力 >（0.85+ 液位补偿值）。④电机电流 >50A。⑤电机电流 <30A。⑥水泵流量 <100m3/h。⑦排水压力 <23bar。⑧排水压力 >27bar。⑨水仓水位 <1.7m。⑩启动柜故障。 排水闸阀故障。 运行信号丢失。
以上信号会引起水泵联锁故障停机，在试车过程中可通过 调整保护参数设置的方式进行故障测试。
2.4 系统启停泵保护
系统启停泵过程中共有以下几种情况会启泵失败 ：真空泵 或射流泵运行后 4 分钟内，真空还没有达到“真空补偿压力”，系 统会发出“抽真空失败”报警。水泵启动运行后 50S 内，没有接 收到电机所反馈的运行信号或排水压力没有达到“允许开阀压 力”，系统会发出“启泵失败”报警。在开阀或关阀命令发出后 125S 内，没有接收到阀门相应的全开或全关信号，系统会发出 “开阀失败”或“关阀失败”报警。在停泵命令发出后 20S 内，或 还接收到电机所反馈的运行信号， 系统会发出“停泵失败”报警。
3 结语
介绍了 KJ472 排水监控系统在某矿井下 -210 的应用和使用 注意事项 ：①该排水监测系统能够通过井下水域的液位变化情 况，自动调整水泵开启的台数。且能柔性停机，缓慢的降低水泵 的功率， 保护其使用寿命。②该排水系统能在保证安全生产的前 提下，灵活的控制排水作业，降低了排水的成本费用，具有经济 性。③采用的液位传感器，可靠性高、稳定性好，可实时监测水 位变化情况。④该排水系统投入使用后， 排水的耗电量及液位报 警次数大大减少，未出现因排水不及时而导致的紧急撤离现象， 确保了采矿、掘进作业的顺利进行。
参考文献
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[2] 胡萍 . 煤矿井下主排水系统节能技术改造 [J]. 煤炭技术 ,2013,33（10）:209-211.
[3] 张喜萍 , 谭一川 , 程玉龙 . 煤矿排水自动控制系统的设计与研究 [J]. 自动化仪 表 ,2013,34(6):45-47.
[4] 郑茂举 .矿井下无人值守泵站监控系统设计 [J]. 现代企业教育， 2013(2):3-4 [5] 王幸福 .矿井排水自动化控制系统 [J]. 煤矿机电 ,2010(4):78-80.
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