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一、礦井綜合自動化
大柳塔煤礦是中國神華集團神府東勝煤炭有限責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)建設以來，依托優(yōu)勢資源，依靠科技進步，立足“高起點，高技術，高質(zhì)量，高效率，高效益”的建設方針，在全國煤炭界率先全套引進國外先進技術和裝備，所轄兩井均裝備國際先進水平的生產(chǎn)系統(tǒng)。2000年通過綜合自動化改造，將信息技術、高科技應用到礦井的生產(chǎn)管理中，實現(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，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集離散化、設備控制分布智能化、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、機械化、自動化程度上躍居國內(nèi)領先水平。
大柳塔綜合自動化選用美國ROCKWELL公司先進的工業(yè)控制系列產(chǎn)品， ROCKWELL的網(wǎng)絡采用三層結(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+和遠程I/O，實現(xiàn)實時I/O控制、控制器互鎖和報文傳送；3．設備層：使用DeviceNet (設備網(wǎng))網(wǎng)絡，它將低層的設備直接聯(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電機控制中心、1336PLUS變頻器、SMC軟啟動、DSA設備啟動適配器等。
整個網(wǎng)絡以光纖為傳輸介質(zhì)ControlNet主干網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，再配合LINIE、RS232串行通訊，增大網(wǎng)絡的輻射面。
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，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用技術。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，在集水點建立變電硐室（見圖3）。安裝三臺80DLX10型立式離心泵，揚程200米，流量50m3/h。驅(qū)動電動機為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)進入DEVICENET模塊。二、三號泵作為輔助泵，采用SMC Dialog plus軟啟動器，進入DEVICENET模塊（見圖4）。通過流量和壓力反饋的信號，進入PLC系統(tǒng)，集成到礦工控網(wǎng)絡，根據(jù)生產(chǎn)需求，將壓力傳感器設定為18Kg/cm2,流量設定為80m3/h，或按要求在上位機通過PID進行實時參數(shù)調(diào)節(jié)，對三臺泵自動開啟或關閉。改造后的水泵可達到三遙控制，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)壓力的變化進行智能化和數(shù)字化的控制，以保障系統(tǒng)的響應速度、供水質(zhì)量和穩(wěn)定性，從而達到最佳的節(jié)能效果。多泵型產(chǎn)品投資，避免單泵電機深度調(diào)速造成水泵、節(jié)省投資，提高運行效率
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、礦井水復用的經(jīng)濟效應極其顯著。
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，保護電動機免受瞬時啟動的沖擊，延長其工作壽命。提高電動機及負載設備的工作精度。
2、供水實現(xiàn)無人值守，減少崗位工5人。除正常保養(yǎng)，其余維護量極小。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備的冷卻需求，延長設備使用壽命。
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。大柳塔井每小時礦井水流量為280m3左右，礦井用水按平均70 m3/h計算，全年為L＝70×24×365＝569400 m3 ，每年可節(jié)約水費50萬元。根據(jù)已知風機、泵類在不同控制方式下的流量－負載關系曲線和現(xiàn)場運行的負荷變化情況進行計算。按2臺電動機計算，每天連續(xù)24小時運行，其中每天20小時運行在90%負荷，4小時運行在50%負荷，則每年的節(jié)電量為66000kW•h ，則每年可節(jié)約電費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)于西安科技大學計算機及應用專業(yè)。現(xiàn)在神華集團神東煤炭有限公司大柳塔煤礦信息組工作，主要負責礦井綜合自動化系統(tǒng)維護。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號