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一、礦井綜合自動化
大柳塔煤礦是中國神華集團(tuán)神府東勝煤炭有限責(zé)任公司所屬的一座特大型現(xiàn)代化礦井，地處蒙陜交界的毛烏素沙漠邊緣，大柳塔煤礦開發(fā)建設(shè)以來，依托優(yōu)勢資源，依靠科技進(jìn)步，立足“高起點(diǎn)，高技術(shù)，高質(zhì)量，高效率，高效益”的建設(shè)方針，在全國煤炭界率先全套引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和裝備，所轄兩井均裝備國際先進(jìn)水平的生產(chǎn)系統(tǒng)。2000年通過綜合自動化改造，將信息技術(shù)、高科技應(yīng)用到礦井的生產(chǎn)管理中，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的雙向數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集離散化、設(shè)備控制分布智能化、生產(chǎn)管理信息化、安全自動監(jiān)測監(jiān)控化、辦公管理自動化。在生產(chǎn)規(guī)模、機(jī)械化、自動化程度上躍居國內(nèi)領(lǐng)先水平。
大柳塔綜合自動化選用美國ROCKWELL公司先進(jìn)的工業(yè)控制系列產(chǎn)品， ROCKWELL的網(wǎng)絡(luò)采用三層結(jié)構(gòu)（見圖1）：1．在信息層采用以太網(wǎng)（EtherNet），用于全礦的數(shù)據(jù)采集和程序維修；2．在自動化和控制層采用控制網(wǎng)（ControlNet）、DH+和遠(yuǎn)程I/O，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)I/O控制、控制器互鎖和報(bào)文傳送；3．設(shè)備層：使用DeviceNet (設(shè)備網(wǎng))網(wǎng)絡(luò)，它將低層的設(shè)備直接聯(lián)接到低層控制器上，這種聯(lián)接無需通過I/O模塊。成本低、信息集成效率高。入網(wǎng)設(shè)備包括DNB掃描模塊、POWERMONITOR II（PM II）和PM3000電力監(jiān)測單元、FLEX I/O離散模塊、MCC電機(jī)控制中心、1336PLUS變頻器、SMC軟啟動、DSA設(shè)備啟動適配器等。
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)以光纖為傳輸介質(zhì)ControlNet主干網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，再配合LINIE、RS232串行通訊，增大網(wǎng)絡(luò)的輻射面。
圖1
圖2
二、礦井水的綜合利用
在礦井水的綜合利用以前，井下生產(chǎn)用水，消塵消防用水依靠地面工業(yè)用水，經(jīng)加壓泵加壓來滿足，隨著礦井開掘的加深，供水距離隨之加長， 逐步不能達(dá)到所需的壓力。一方面由于礦區(qū)地處毛烏素沙漠邊緣，隨著礦區(qū)的開發(fā)，水資源顯得尤為珍貴。另一方面，由于礦區(qū)煤層淺埋深、薄基巖、上覆厚松散層的特征，煤層回采頂板垮落后，賦存在第四系砂礫層和風(fēng)化基巖中的淺層地下水大量涌入采空區(qū)及工作面，再由排水系統(tǒng)和污水排出井口處理，造成水資源的極大浪費(fèi)，還得投入大量的人力物力。
鑒于以上原因，礦上采取了高效、低成本的礦井水凈化復(fù)用技術(shù)。選用12601首采工作面順槽作為2-2煤層采空區(qū)礦井水的集水區(qū)域。充分利用ROCKWELL產(chǎn)品統(tǒng)一的平臺及高性能全方位控制的特點(diǎn)，在集水點(diǎn)建立變電硐室（見圖3）。安裝三臺80DLX10型立式離心泵，揚(yáng)程200米，流量50m3/h。驅(qū)動電動機(jī)為YB250M-4，功率55KW，。一號加壓泵通過AB公司的1336PlusⅡ變頻器控制，作為系統(tǒng)的主泵。由DCM(Devicenet Communications Module)進(jìn)入DEVICENET模塊。二、三號泵作為輔助泵，采用SMC Dialog plus軟啟動器，進(jìn)入DEVICENET模塊（見圖4）。通過流量和壓力反饋的信號，進(jìn)入PLC系統(tǒng)，集成到礦工控網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)生產(chǎn)需求，將壓力傳感器設(shè)定為18Kg/cm2,流量設(shè)定為80m3/h，或按要求在上位機(jī)通過PID進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)調(diào)節(jié)，對三臺泵自動開啟或關(guān)閉。改造后的水泵可達(dá)到三遙控制，恒壓供水，可方便地組成供水閉環(huán)控制系統(tǒng)，整套系統(tǒng)能根據(jù)管網(wǎng)壓力的變化進(jìn)行智能化和數(shù)字化的控制，以保障系統(tǒng)的響應(yīng)速度、供水質(zhì)量和穩(wěn)定性，從而達(dá)到最佳的節(jié)能效果。多泵型產(chǎn)品投資，避免單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、節(jié)省投資，提高運(yùn)行效率
圖3
圖4
剩余的水經(jīng)10寸鋼管自流到井口，與礦區(qū)自來水網(wǎng)相接，滿足部分工業(yè)及生活用水。
三、礦井水復(fù)用的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)極其顯著。
1、使用變頻調(diào)速和軟啟動器，能充分降低啟動電流，提高繞組承受力，保護(hù)電動機(jī)免受瞬時(shí)啟動的沖擊，延長其工作壽命。提高電動機(jī)及負(fù)載設(shè)備的工作精度。
2、供水實(shí)現(xiàn)無人值守，減少崗位工5人。除正常保養(yǎng)，其余維護(hù)量極小。穩(wěn)定可靠的恒壓閉環(huán)供水系統(tǒng)，保障了大功率采掘設(shè)備的冷卻需求，延長設(shè)備使用壽命。
3、完全滿足煤礦這種高危行業(yè)需要，保證井下消防消塵用水需求，減少事故發(fā)生，保障職工身心健康。
4、節(jié)約資源。大柳塔井每小時(shí)礦井水流量為280m3左右，礦井用水按平均70 m3/h計(jì)算，全年為L＝70×24×365＝569400 m3 ，每年可節(jié)約水費(fèi)50萬元。根據(jù)已知風(fēng)機(jī)、泵類在不同控制方式下的流量－負(fù)載關(guān)系曲線和現(xiàn)場運(yùn)行的負(fù)荷變化情況進(jìn)行計(jì)算。按2臺電動機(jī)計(jì)算，每天連續(xù)24小時(shí)運(yùn)行，其中每天20小時(shí)運(yùn)行在90%負(fù)荷，4小時(shí)運(yùn)行在50%負(fù)荷，則每年的節(jié)電量為66000kW•h ，則每年可節(jié)約電費(fèi)2.18萬元。
5、減少了地表水體水量的利用，減緩地下水位的下降，有利于地表生態(tài)環(huán)境的維持與改善；維持表土層的保水能力，防止水土流失；富余的礦井水通過靜壓自排到地面，與礦區(qū)自來水網(wǎng)相接，經(jīng)過濾處理應(yīng)用于礦區(qū)生活用水及工業(yè)用水，緩解供水緊張局面，有利于周邊地區(qū)的綠化與生態(tài)改善。產(chǎn)生良好的社會效益。
1、《電動機(jī)變頻器與電力拖動》 戴廣平 編，書 號： 7-80043-763-9，中國石化出版社。
2、《變頻器世界》月刊，國際刊號：ISSN1561-0330
3、《1336Plus用戶手冊》
作者簡介：
賈澎，男，1974年6生，工程師。畢業(yè)于西安科技大學(xué)計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)。現(xiàn)在神華集團(tuán)神東煤炭有限公司大柳塔煤礦信息組工作，主要負(fù)責(zé)礦井綜合自動化系統(tǒng)維護(hù)。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號