煤礦井下主排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

劉冰濤（冀中能源股份有限公司東龐礦，河北 邢臺(tái) 054201）

煤礦井下主排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

劉冰濤
（冀中能源股份有限公司東龐礦，河北 邢臺(tái) 054201）

摘 要：在煤礦工程中，礦井主排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用就是要通過(guò)對(duì)水倉(cāng)水位進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，來(lái)對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善。另外，還可以自動(dòng)控制水泵的啟動(dòng)和定制。合理地轉(zhuǎn)換工作，這一系統(tǒng)的應(yīng)用從某種程度上實(shí)現(xiàn)了煤礦主排水泵的自動(dòng)化控制，最終實(shí)現(xiàn)提升效率，降低勞動(dòng)力投入的目的，達(dá)到無(wú)人值守的現(xiàn)狀。在本文中，筆者主要對(duì)煤礦井下主排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行研究，僅供參考。

關(guān)鍵詞：主排水泵；自動(dòng)控制系統(tǒng)；應(yīng)用與研究

在主排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用的過(guò)程中，需要考慮的是系統(tǒng)的整體功能、相關(guān)參數(shù)的設(shè)定、具體的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等等。從整體上看，系統(tǒng)的構(gòu)成比較復(fù)雜，相關(guān)的工作人員需要對(duì)相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行明確，同時(shí)還應(yīng)該根據(jù)工作系統(tǒng)的工作狀態(tài)來(lái)對(duì)其基本特點(diǎn)進(jìn)行掌握。結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用來(lái)明確工作原理。

1 系統(tǒng)組成

1.1 主排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)采集的監(jiān)控信號(hào)。（1）開關(guān)量輸入信號(hào)。這一信號(hào)主要是對(duì)水泵的開關(guān)進(jìn)行控制，如果出現(xiàn)任何故障狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。而且每一個(gè)閥門的開關(guān)狀態(tài)都可以通過(guò)相關(guān)的指令來(lái)完成，相關(guān)的檢修指令是相對(duì)比較重要的構(gòu)成部分，還可以實(shí)現(xiàn)控制指令，檢修指令，對(duì)液位的報(bào)警情況進(jìn)行控制。（2）開關(guān)量出輸出信號(hào)。輸出信號(hào)主要是對(duì)水泵電機(jī)的啟動(dòng)和停止來(lái)進(jìn)行控制，不僅可以對(duì)電動(dòng)閘的開關(guān)進(jìn)行控制，還可以對(duì)真空信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控?？梢?jiàn)，輸出信號(hào)也是不可缺少的信號(hào)類型之一。（3）模擬量輸入信號(hào)。從這一類型的信號(hào)可以看出，水倉(cāng)水位、水泵抽水真空度負(fù)壓等。另外，對(duì)于電機(jī)的軸承、溫度以及排水的流量等都可以進(jìn)行監(jiān)控。

1.3 系統(tǒng)的基本特點(diǎn)。從這一系統(tǒng)來(lái)看，其基本的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：第一，要選擇性能較高的可編程邏輯控制器來(lái)進(jìn)行控制，然后借助以太網(wǎng)的通訊模塊來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效地處理。這種方式的實(shí)時(shí)性比較突出，而且數(shù)據(jù)處理工作也比較快。第二，可以檢測(cè)到水倉(cāng)中其他工況的設(shè)置情況，還可以促進(jìn)水泵管路的分布更加均勻。減少故障的出現(xiàn)頻率。第三，在整個(gè)系統(tǒng)中具有各種不同的可靠性措施，為了應(yīng)急預(yù)案，采取的維護(hù)量比較少，達(dá)到無(wú)人值守的目的。第四，可擴(kuò)展性比較強(qiáng)，可以隨著根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的需要在增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

2 系統(tǒng)功能

2.1 自動(dòng)控制功能。（1）通過(guò)對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)性和準(zhǔn)確性，進(jìn)而達(dá)到自動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理地調(diào)度和輪換工作，最終達(dá)到報(bào)警的目的。自動(dòng)控制功能的實(shí)現(xiàn)效果比較明顯。（2）在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，自動(dòng)控制功能還表現(xiàn)在對(duì)超聲波水位儀以及傳感器結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的配套工作。同時(shí)還可以應(yīng)用PLC來(lái)對(duì)程序進(jìn)行編制，減少水位傳感器故障現(xiàn)象的出現(xiàn)，通過(guò)實(shí)時(shí)報(bào)警來(lái)對(duì)水文進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提升自動(dòng)控制的作用和價(jià)值。（3）可以對(duì)水泵的運(yùn)行程度進(jìn)行自動(dòng)控制。水泵投入使用之前需要檢查相關(guān)的水位，同時(shí)還需要對(duì)供電參數(shù)進(jìn)行明確。另外，水泵循環(huán)使用的相關(guān)記錄還包括管網(wǎng)的壓力檢測(cè)以及負(fù)壓檢測(cè)等工作，只有這些參數(shù)全部符合標(biāo)準(zhǔn)才能夠進(jìn)行運(yùn)行。（4）可以對(duì)水倉(cāng)中水位的變化情況進(jìn)行控制。在高水位開啟的情況下，水位如果達(dá)到了上限，對(duì)多臺(tái)水泵可以進(jìn)行及時(shí)地排水，進(jìn)行低限時(shí)性停泵，可以實(shí)現(xiàn)水泵設(shè)備的自動(dòng)開停。（5）控制程序的運(yùn)行就是對(duì)水泵的開啟和停止的次數(shù)以及相關(guān)的運(yùn)行時(shí)間來(lái)進(jìn)行記錄。并且根據(jù)運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停。這樣不僅可以提升水泵使用率，還可以直接找到故障泵，實(shí)現(xiàn)水泵的輪換，對(duì)故障進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和處理。提升礦井工作環(huán)境的安全性。（6）如果系統(tǒng)出現(xiàn)了故障問(wèn)題，可以通過(guò)查看監(jiān)控畫面的形式來(lái)提升系統(tǒng)的報(bào)警功能。以便施工人員能夠及時(shí)地采取措施來(lái)進(jìn)行解決。

2.2 半自動(dòng)控制功能。根據(jù)礦井工作的需要可以對(duì)運(yùn)行方式進(jìn)行切換，達(dá)到半自動(dòng)控制的方式，在這種情況下，操作人員可以完全地操控水泵和其他設(shè)備的啟停。

2.3 就地控制功能。就地控制功能也是不容小覷的，當(dāng)設(shè)備工作方式切換到就地位置時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)人工方式來(lái)對(duì)控制設(shè)備的啟停進(jìn)行控制，同時(shí)還可以隨時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修和維護(hù)?？梢?jiàn)，就地控制功能是自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要功能之一。

2.4 保護(hù)功能。從保護(hù)功能上看，主要包括超溫保護(hù)、電機(jī)保護(hù)以及電動(dòng)閥門保護(hù)等等。第一，超溫保護(hù)主要是就是當(dāng)水泵或者是電機(jī)軸承達(dá)到最高溫度時(shí)，超過(guò)了警戒線就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警。相關(guān)的工作人員就可以通過(guò)這一報(bào)警信號(hào)來(lái)采取解決對(duì)策。第二，電機(jī)保護(hù)就是對(duì)通過(guò)電機(jī)的電流和電壓等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還包括對(duì)水倉(cāng)水位的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制，對(duì)電機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行功能進(jìn)行保護(hù)。第三，電動(dòng)閥門保護(hù)就是對(duì)閥門的故障信號(hào)以及水泵的連鎖控制系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)對(duì)電動(dòng)閥門的相關(guān)信息進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 主排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益

針對(duì)本次所研究的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在安裝該系統(tǒng)后，每天每班可減少水泵房司機(jī)2人，每工按100元計(jì)算，每年可節(jié)約用工資金365×2×3×100=21.9萬(wàn)元。系統(tǒng)保護(hù)齊全，運(yùn)行安全可靠，減少了事故的發(fā)生，同時(shí)降低了水泵工的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作條件，使水泵工的工作由重體力勞動(dòng)向輕體力、腦力勞動(dòng)轉(zhuǎn)變。

結(jié)語(yǔ)

如今，我國(guó)在煤礦井下排水的優(yōu)化、排水系統(tǒng)的控制、改造設(shè)備及管道的合理布局方面得到了較好的效果，還有一些研究人員在排水系統(tǒng)的控制方面使用了智能控制，將模糊控制及一些先進(jìn)算法應(yīng)用到排水方案中，優(yōu)化了煤礦排水系統(tǒng)的控制策略，使得礦井排水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷、報(bào)警記錄、信息顯示和水泵輪換工作等。

參考文獻(xiàn)

[1]盧恩貴，趙冬梅.礦井自動(dòng)化排水的PLC實(shí)現(xiàn)[J].工礦自動(dòng)化，2006（02）.

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：中國(guó)分類號(hào)：TP273A