矿山井下排水系统自动化控制设计

矿山井下排水系统自动化控制设计

作者：王统海

来源：《中国科技博览》2018年第02期

[摘要]随着社会的发展，我国的科学技术发展迅速，自动控制技术在矿山行业中得到越来越多的应用。自动控制技术在矿山井下排水系统的应用使得井下无人值守排水系统得以实现。本文阐述了该井下排水系统的总体组成、功能及系统配置。

[关键词]矿山；井下排水系统；自动化控制

中图分类号：S193 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0019-01

0 引言

中国的科技领域呈现出突飞猛进的发展态势，随着信息技术渗入到煤矿企业的矿井作业环节，实现了矿井生产的自动化运行。为了保证矿井生产质量的同时，提高井下作业的安全系数，就要将信息技术充分利用起来，将可编程序控制技术应用于矿井监控系统中，对井下排水作业实施自动化监控，可以确保矿井生产效率的提高，有助于促进煤矿企业更好地发展。

1 自动控制系统概述

自动控制伴随着人类的发展而出现，这项技术大力的推动了人类的发展。随着二战结束后，计算机技术的突飞猛进，自动控制技术也迎来了一个跨越式的大发展。在矿山井下排水系统中采用自动控制技术是国内数字化矿山建设的必然要求，矿井中央泵房是矿山企业的机电要害场所，直接影响到矿山企业的安全生产，现在国内的矿山企业矿井中央泵房的自动化水平还不是很高，严重影响了生产的安全生和高效性，在矿井中央泵房采用自动控制技术可以有效解决这些问题。

2 排水自动化系统的主要结构

2.1 地面自动化控制中心

地面的监控站主要设置在控制中心，借助监控站对矿山井下的泵房设施进行监视和集中控制，主要的设施和设备有：工作站、显示器、不间断的电源，语音报警设备等。

2.2 传输数据的线路

现场的操控、单泵以及显示装置和主控设备间主要借助现场的总线对数据进行传输。

2.3 泵房监控单元

这一部分主要由监控分站，采集信号装置，传感器等构成，主控站是井下控制通信的核心，发挥着监控分站信息和地面控制中心信息传递和交互的作用，还可以借助现场操作显示屏，为井下相关人员提供系统运行的整体状况。对需要进行控制的中央泵房系统来说，其电控柜已经拥有了微机综合保护器，目前的一些手动系统还需要增加控制的单元，整体的信息化设计在各个泵房中都设置通讯主站，各个泵也都设置分站，这一监控主站能够当做泵房设备控制单元，地面控制中心的指令借助专业光缆或者以太网传到通讯的主站和分站，并对相应的动作进行控制。

2.4 语音预警

语音预警主要包括地面控制中心和泵房的实时语音报警，地面控制中心的语音报警可以实时全面的完成整个系统中的报警，借助工程师站对相应报警设备进行驱动。泵房语音报警主要根据泵房的实际状况和需求，提前制定出语音报警的内容，控制主站则对采集到的综合数据展开及时、有效的判断，明确相关程序，并对报警的条件进行设置，然后由系统相关程序对报警的内容进行驱动，还可以实现对泵房的简介进行播报以及各种用语的定制等。

2.5 视频的巡检

这一环节主要由主控设备、专业的导轨和摄像仪以及驱动电机等构成，可以就地对摄像仪进行控制，根据预设的目标进行移动，实现远距离传递图形的存储并进行监视，可以按照预设的程序，自动移动对相应的目标，可以对图像进行变焦、拉远以及拉近等，并对摄像仪目前的位置进行显示。

3 系统设计

3.1 主控设备

泵房的排水自动化主要使用分布式结构，在矿山井下的泵房中设立矿用隔爆可编程的主控站，并配置相应的矿用本安型集中控制操作台，进而对泵房中的各个设备集中进行控制。每台泵都要设立矿用隔爆本安型综合接入网关，地面需要设置工程师站，远程监测系统和设备，双机热备，对系统中的数据进行实时展示，并对系统的故障和报警点及时进行播报，保留完整的记录，以便后续查询以及报表的打印等。

3.2 系统数据

井下控制主站是系统核心，能够实时进行通信，并接受工程师站下达的各种命令和各种参数的设置，对现在存在的多余数据及时进行反馈，然后借助井下集中控制平台，主控站发送相关的命令，由主控站对整个程序的流程进行具体执行，还需要在集中操作控制平台对系统的各种信息进行显示。和各个泵网关进行总线的通信，主站和各个泵网间能够对数据进行双向实时传递。此外，系统的供电借助矿用隔爆型设备，不间断的提供电流，进而为整个系统中的主控设备提供持续的电流。

4 系统控制的方式

4.1 井下排水自动化监控系统

所发挥的功能体现在两个方面，即用于井下生产运行的机械设备信息系统和用于排水自动化监控的信息系统。用于井下生产运行的机械设备信息系统是让机械设备处于自动化控制状态，包括微电子技术、微处理器技术都可以根据需要对机械设备进行控制。用于排水自动化监控的信息系统是对井下水泵进行管理的系统，使井下排水工作在自动化控制环境下完成。排水自动化监控的信息系统主要采用的是可编程控制器，编程的接口为标准化设计，与任何的接口都能够建立连接。在硬件技术平台上为分布式通信总线设计。随着监测系统的运行，就可以对井下排水状况进行现场检测，并按照指令进行操作控制，排水工作可以自动完成。

4.2 水泵控制系统

水泵控制系统根据运行工况自动启动各台水泵。当水位再次上升至需要水泵投入时，休息时间最长的无故障和非备用泵投入，当需要备用泵强制投入时，休息时间最长的备用泵先投入。由于矿浆是高压输送，当矿浆到达终端时，矿浆存在较大的压力，矿浆进入矿浆池之前必须经过消能处理。PLC控制系统根据终端消能阀门站前矿浆管道的压力大小，自动开启相应的阀门，合理选择消能孔板来消除矿浆残存的压力。

5 系统的功能

5.1 故障停泵

首先，水泵如果在自动化控制下进行运行时，其工作在出现故障后，计算机就根据预先设置的停泵流程，自动对水泵的运行进行停止。而且，水泵如果在检修工作模式下进行运行时，在出现突发故障需要及时进行停泵时，就要按照下面顺序进行操作：同时关闭管路手动的闸阀，禁止阀门在开通部位停机，在阀门关闭到指定位置后，就要停止电动机的运行。不管水泵使用何种方式运行，在遇到故障并需要紧急进行停泵时，相关人员需要按下急停按钮。在出现故障并停泵之后，就要对故障出现的原因进行仔细检查，然后向上级汇报，在故障修好之后，就要按下故障复位按钮，进而使系统得到恢复，为备用水泵的启用做好相应准备。

5.2 自动化控制

为了确保矿山井下的生产安全，保障系统能够正常运行，水位信号在自动化管理中是很重要的数据参数。所以，系统在不同的水仓设置了两套超声波水位传感器，PLC把接收到的水量信号划分为不同的水位段，并对单位时间内不同水位上升的速率进行计算，进而对矿井通水量进判断，这一系统还能够对井下电流值进行检测，计算负荷率，按照矿井的通水量与用电负荷，对一天中不同用电情况时水泵的开启进行控制，实现避峰节能目的。