煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化分析

韓志偉

（開灤股份呂家坨礦業(yè)分公司，河北 唐山 063106）

煤礦井下排水系統(tǒng)非常復(fù)雜，結(jié)合井下排水的需求，設(shè)計(jì)具有自動(dòng)控制功能的排水方案，在PLC技術(shù)的干預(yù)下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化中需要深化軟件控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控井下排水狀態(tài)，提供有效實(shí)現(xiàn)控制自動(dòng)化，保障井下排水系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確度，保障排水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，以免過度浪費(fèi)煤礦井下的用水資源，體現(xiàn)排水系統(tǒng)的節(jié)約特性。

1 煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)方案

煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)方案，主要包括中央泵房設(shè)計(jì)、自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)及排水系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控三個(gè)方面的內(nèi)容。

1．1 中央泵房設(shè)計(jì)

中央泵房是煤礦井下排水系統(tǒng)的核心，提供排水動(dòng)力[1]。中央泵房?jī)?nèi)的各項(xiàng)設(shè)備處于配合工作的狀態(tài)，目的是達(dá)到自動(dòng)控制的狀態(tài)，排水系統(tǒng)自動(dòng)化的中央泵房設(shè)計(jì)中，比較常用的是單臺(tái)水泵工作，以某煤礦井下排水系統(tǒng)為例，分析自動(dòng)化控制下中央泵房的設(shè)計(jì)：（1）止水閥應(yīng)該穩(wěn)定的安裝到排水管上，閘閥、電動(dòng)裝置等都要安裝到位，支持中央泵房設(shè)計(jì)的手動(dòng)和電動(dòng)部分；（2）水泵出口處需要安裝壓力監(jiān)測(cè)裝置，如壓力表，監(jiān)控并傳送水泵出口的壓力，保障排水系統(tǒng)自動(dòng)化的安全運(yùn)行；（3）嚴(yán)格控制中央泵房各項(xiàng)設(shè)備的型號(hào)，不同型號(hào)的設(shè)備或裝置，對(duì)應(yīng)了不同的功能，中央泵房設(shè)計(jì)的過程中，還要著重審核設(shè)備型號(hào)，以免出現(xiàn)型號(hào)不匹配的情況，進(jìn)而完善中央泵房的運(yùn)行。

1．2 自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的組成

煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的重點(diǎn)是監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)的中心是CPU模塊、PLC控制柜以及遠(yuǎn)程系統(tǒng)。

自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)由9個(gè)部分組成，全面監(jiān)控排水系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行。自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分主要包括：（1）水位監(jiān)控：水位監(jiān)控模塊用于監(jiān)控吸水井的水位，利用超聲波液位儀收集吸水井的信號(hào)，實(shí)時(shí)反饋吸水井的水位變化；（2）開關(guān)柜監(jiān)控，水泵啟動(dòng)時(shí)，開關(guān)柜內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)都會(huì)發(fā)生變化，參數(shù)信號(hào)由RS485傳輸?shù)絇LC控制柜，此時(shí)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)需要識(shí)別PLC控制柜內(nèi)接收的信息，判斷開關(guān)柜的運(yùn)行是否正常；（3）閘位置監(jiān)控，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在閘門處安裝了行程開關(guān)，行程開關(guān)會(huì)提供開關(guān)信號(hào)，同樣傳輸?shù)絇LC控制柜內(nèi)執(zhí)行邏輯判斷；（4）球閥閥位監(jiān)控，其與閥位置監(jiān)控的方式相同；（5）溫度監(jiān)控，排水系統(tǒng)內(nèi)安裝了溫度探頭，用于感應(yīng)偏離正常溫度的系統(tǒng)位置，如果系統(tǒng)潛在高溫危害，溫度探頭會(huì)將此信息傳遞到自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，提示溫度過高并采取保護(hù)措施；（6）信號(hào)監(jiān)控，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)以壓力、負(fù)壓為主，識(shí)別排水系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行的狀態(tài)；（7）故障監(jiān)控，此部分是自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的重點(diǎn)，PLC控制柜不斷收集現(xiàn)場(chǎng)排水的信息，分析現(xiàn)場(chǎng)信息的狀態(tài)，找出異常的參數(shù)，明確引起參數(shù)異常的故障；（8）水泵啟停監(jiān)控，井下排水系統(tǒng)的水泵，按照指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化啟停，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)需監(jiān)督水泵啟停，防止出現(xiàn)不準(zhǔn)確的啟停操作；（9）停泵監(jiān)控，供電高峰期間，煤礦井下排水系統(tǒng)需停止運(yùn)行，此時(shí)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)需發(fā)送停泵指令。

1．3 排水系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控

煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的運(yùn)行，必須通過PLC實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。排水系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控的方式主要有三類[2]。第一是全自動(dòng)控制，完全由PLC控制柜控制，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行和自動(dòng)監(jiān)控，整個(gè)監(jiān)控過程不需要人為參與；第二是就地控制，便于維護(hù)排水系統(tǒng)自動(dòng)化的安全狀態(tài)，保障各項(xiàng)排水設(shè)備的準(zhǔn)確運(yùn)行，其可規(guī)范排水設(shè)備的狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)的情況；第三是半自動(dòng)控制，其可分為半自動(dòng)調(diào)度室集控和半自動(dòng)觸摸屏集控兩類，通過對(duì)應(yīng)的端口完成對(duì)排水系統(tǒng)的監(jiān)控操作。

2 煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的軟件設(shè)計(jì)

煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的軟件主要是指PLC的軟件設(shè)計(jì)，因?yàn)镻LC是可編程序的控制器，所以PLC的軟件設(shè)計(jì)可以執(zhí)行編譯命令，對(duì)排水系統(tǒng)的自動(dòng)化進(jìn)行控制。

2．1 設(shè)計(jì)操作方式

煤礦井下排水系統(tǒng)的自動(dòng)化，對(duì)PLC軟件設(shè)計(jì)的操作方式有一定的要求。PLC軟件設(shè)計(jì)中的操作方式，必須符合排水系統(tǒng)自動(dòng)化的狀態(tài)，保障操作方式的準(zhǔn)確切換，PLC軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要感應(yīng)操作方式的狀態(tài)，只有在停泵的狀態(tài)下，才能進(jìn)行操作方式的轉(zhuǎn)化，如果水泵沒有停止就執(zhí)行切換，PLC會(huì)發(fā)出警報(bào)，提示操作人員誤動(dòng)。

2．2 設(shè)計(jì)水泵啟停

水泵與煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的安全存在直接的聯(lián)系，煤礦企業(yè)非常注重水泵的啟?？刂疲_保其出于安全的運(yùn)行狀態(tài)，避免影響排水系統(tǒng)自動(dòng)化的運(yùn)行狀態(tài)[3]。PLC軟件設(shè)計(jì)中，深化了水泵啟停的設(shè)計(jì)，運(yùn)用自動(dòng)控制的方式，維持水泵安全啟停的狀態(tài)。水泵啟停的設(shè)計(jì)內(nèi)容有：（1）PLC軟件接入地面監(jiān)控中心，實(shí)時(shí)傳送水泵的運(yùn)行信息，遠(yuǎn)程監(jiān)控水泵的啟停工作；（2）保留PLC軟件設(shè)計(jì)中的手動(dòng)功能，作為水泵啟?？刂频膫溆?；（3）PLC軟件設(shè)計(jì)中引入就地自排的思想，監(jiān)控水泵在排水自動(dòng)化中的運(yùn)行方式。

2．3 設(shè)計(jì)水泵臺(tái)數(shù)

煤礦井下的排水量是一個(gè)不確定的數(shù)值，存在很大的變動(dòng)特性[4]。PLC軟件設(shè)計(jì)時(shí)需要監(jiān)控井下排水量，根據(jù)井下排水量設(shè)計(jì)水泵的臺(tái)數(shù)，還要考慮井下排水的用電時(shí)段，盡量降低用電高峰期的水泵臺(tái)數(shù)。

3 煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的硬件設(shè)計(jì)

煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的硬件設(shè)計(jì)，相對(duì)軟件設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)單。硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

第一，是PLC選型的應(yīng)用。PLC內(nèi)存在可編寫的程序，而PLC是一項(xiàng)硬件裝置，需要根據(jù)煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的需求，選擇合適的PLC，通過PLC硬件裝置，提升排水系統(tǒng)的控制能力，還要保障排水系統(tǒng)的安全性。

第二，是傳感器分配的應(yīng)用。井下排水系統(tǒng)的傳感器類型較多，如：液位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等，傳感器負(fù)責(zé)傳輸排水系統(tǒng)自動(dòng)化的狀態(tài)參數(shù)，降低排水系統(tǒng)監(jiān)督的難度，保障自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確運(yùn)行。

第三，是電動(dòng)球閥的應(yīng)用。煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的規(guī)模較大，由此硬件設(shè)計(jì)中將電動(dòng)球閥的選用歸屬為技術(shù)領(lǐng)域，致力于通過設(shè)計(jì)電動(dòng)球閥，強(qiáng)化排水系統(tǒng)的密封性，進(jìn)而加強(qiáng)排水系統(tǒng)自動(dòng)化的控制能力，準(zhǔn)確應(yīng)用電動(dòng)球閥，完善排水系統(tǒng)自動(dòng)化的監(jiān)控與運(yùn)行。

4 結(jié)束語

煤礦井下排水對(duì)自動(dòng)化水平的要求比較高，傳統(tǒng)的排水方式存在嚴(yán)重的缺陷，嚴(yán)重浪費(fèi)排水資源，不利于煤礦整個(gè)排水系統(tǒng)的運(yùn)行，所以煤礦企業(yè)針對(duì)井下排水系統(tǒng)實(shí)行自動(dòng)化的設(shè)計(jì)，運(yùn)用PLC、自動(dòng)控制的理念，強(qiáng)化井下排水系統(tǒng)的自動(dòng)化，一方面優(yōu)化排水系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行，另一方面監(jiān)控排水狀態(tài)，促使井下排水的狀態(tài)達(dá)到最佳，最大程度的控制排水效益。

［1］李強(qiáng).煤礦主排水監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D].太原理工大學(xué)，2010.

［2］赫飛，張鵬，汪玉鳳.基于PLC的煤礦井下排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[C].全國(guó)冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)，《冶金自動(dòng)化》雜志社.

［3］自動(dòng)化技術(shù)與冶金流程節(jié)能減排——全國(guó)冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)2008年會(huì)論文集[C].全國(guó)冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)，《冶金自動(dòng)化》雜志社，2008:3.

［4］李寧，魏傳勇.煤礦井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2010，3:318.

［5］丁麗萍，朱曉潔，王啟峰，蔣偉.煤礦井下沿巷涌水匯集點(diǎn)及中轉(zhuǎn)水倉(cāng)自動(dòng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2013，08:114-116.