井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)在礦山的應用

白鵬

摘要：礦井作業(yè)中，如果產生地下涌水的問題，就會嚴重威脅到作業(yè)安全。即便是礦井下有滲漏的現象，也會影響礦井作業(yè)。如果滲漏嚴重，就會使礦井被淹沒，對井下作業(yè)人員而言會直接危及到他們的生命。目前多數的煤礦井下依然會采用排水系統(tǒng)人工操作的模式，井下水位報警設計也非常簡單，加之管理水平較低，就必然會給礦井作業(yè)埋下隱患，影響礦井的產出效益。隨著信息時代的發(fā)展，井下排水系統(tǒng)采用了可編程序控制技術。這種技術是通過微處理器的運行，對礦井實施自動化監(jiān)控。本文針對井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)在礦山的應用進行研究。

關鍵詞：井下排水 自動化技術 監(jiān)控系統(tǒng) 礦山

中圖分類號：TD442 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5349（2017）08-0191-02

中國的科技領域呈現出突飛猛進的發(fā)展態(tài)勢，隨著信息技術滲入到煤礦企業(yè)的礦井作業(yè)環(huán)節(jié)，實現了礦井生產的自動化運行。在礦井作業(yè)過程中，會由于多種因素的影響導致井下滲水，作業(yè)擱置。如果滲水嚴重，甚至產生涌水的現象，就會危及到礦井作業(yè)人員的生命。為了保證礦井生產質量的同時，提高井下作業(yè)的安全系數，就要將信息技術充分利用起來，將可編程序控制技術應用于礦井監(jiān)控系統(tǒng)中，對井下排水作業(yè)實施自動化監(jiān)控，可以確保礦井生產效率的提高，有助于促進煤礦企業(yè)更好地發(fā)展。

一、井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)所發(fā)揮的作用

井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)所發(fā)揮的功能體現在兩個方面，即用于井下生產運行的機械設備信息系統(tǒng)和用于排水自動化監(jiān)控的信息系統(tǒng)。用于井下生產運行的機械設備信息系統(tǒng)是讓機械設備處于自動化控制狀態(tài)，包括微電子技術、微處理器技術都可以根據需要對機械設備進行控制。用于排水自動化監(jiān)控的信息系統(tǒng)是對井下水泵進行管理的系統(tǒng)，使井下排水工作在自動化控制環(huán)境下完成。

排水自動化監(jiān)控的信息系統(tǒng)主要采用的是可編程控制器，編程的接口為標準化設計，與任何的接口都能夠建立連接。[1]在硬件技術平臺上為分布式通信總線設計。隨著監(jiān)測系統(tǒng)的運行，就可以對井下排水狀況進行現場檢測，并按照指令進行操作控制，排水工作可以自動完成。

二、井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的基本性能

（一）井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定可靠性

可編程序控制器在運行中采用兩種控制模式，這些控制模式可以根據監(jiān)控系統(tǒng)的運行需要進行轉換，以使監(jiān)控系統(tǒng)達到良好的運行狀態(tài)。如果信息在遠程傳輸中，通信點遭到了阻斷，就需要將信息控制模式轉換為本地模式。井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以實現對井下的全面控制，對井下的任何位置都不會有所疏漏，當發(fā)現異常狀況，警報系統(tǒng)就會啟動。

（二）井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用光纖技術進行信息傳輸

井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)在信息傳輸中所采用的光纖技術。與傳統(tǒng)的信息傳輸相比，光纖技術可以快速地進行信息傳輸，而且可以獲得良好的傳輸質量?？删幊绦蚩刂破魇窃赩C.net 編程技術的支持下使得監(jiān)控系統(tǒng)的運行效率有所提高，而且安全可靠。運行程序具有通用性，進行再次開發(fā)時，不僅可以提高系統(tǒng)的利用率，而且可以降低成本。對于用電高峰階段和低谷階段的電價計算，通過運行計算機的計算軟件就可以獲得精確的結果，使水泵所消耗的能量降低，達到經濟運行的效果。當水泵處于持續(xù)運行狀態(tài)的時候，水泵啟動的時間、運行的時間都會累加，水泵的運行情況就會體現出來，而且水泵也不會由于長時間運行而導致疲勞損壞。井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)通過對水位報警進行設置，可以確保水位問題存在的時候進行自動調整，使水位控制在合理的范圍內。

三、井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的分析系統(tǒng)

井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的分析系統(tǒng)具有獨特的性能，對電動機的電流控制參數、軸承溫度控制參數、中央泵房中水倉水位的控制參數等，都可以通過監(jiān)控系統(tǒng)反映出來，同時信息數據實現遠程傳輸。當信息傳輸中出現異常狀況，報警系統(tǒng)就會自動啟動。井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)能夠對遠程設備予以控制，而且還能夠用于在線監(jiān)控傳感器、泵房等，包括帶式輸送機、網絡信息通信子系統(tǒng)以及因此產生的各種數據等，都實現了數字化顯示。

四、井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的構成

（一）井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的現場傳感器監(jiān)測子系統(tǒng)

現場傳感器檢測子系統(tǒng)的傳感器是主要的構成部件，這些傳感器被安裝于不同的位置，可以對各個設備運行狀態(tài)信息進行采集，諸如水泵運行狀況、電動機運行狀況、水流量以及管道的壓力等，傳感器所傳遞的信息主要電流、流量、溫度、位置以及壓力等方面，所以，信息更具有合理性。

（二）井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的采集前端數據以及控制設備

井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)運行中，所收集的前端數據以及對控制設備信息數據采集后，都傳遞給可編程序控制器。每個控制箱的旁邊都安裝有水泵，連接到中央轉換功能上，可以確保緊急情況下各種控制箱正常啟動。[2]水泵內部的數據用西門子ET200M分布式控制系統(tǒng)進行采集，輸入/輸出系統(tǒng)對各個子系統(tǒng)進行控制，之后使用可編程序控制器對各個子系統(tǒng)所傳遞的信息進行收集和控制。

（三）井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的處理監(jiān)視泵房數據子系統(tǒng)

井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的數據處理中采用西門子CPU315-2DP可編程控制器，信息傳遞程序接口集成之后，可以確保16個中央處理器同時運行。使用可編程序控制器對所檢測的數據進行分析，可以將數據向工業(yè)控制傳輸，所有的傳輸信號在觸摸屏上都會顯示出來，根據信息情況發(fā)出指令，水泵的啟動指令和操作指令都會同時發(fā)出。

五、井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)建立

在網絡系統(tǒng)相同的情況下，系統(tǒng)運行會受到影響，甚至會導致癱瘓。采用井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)，通過運行不同的信息傳輸網絡，用PROFIBUS DP將可編程序控制器與西門子ET200遠程連接，用信息傳遞程序接口將觸摸屏與可編程序控制器連接，就可以對遠程信息進行有效傳遞了。以太網可以將工控機與可編程序控制器連接起來。采用這種連接的方式，就可以遠程通信網絡系統(tǒng)、自動化監(jiān)控系統(tǒng)對井下排水實施有效控制。

六、井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的操作方式

井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的操作方式包括三種，即本地手控操作方式、全自動操作方式以及遠程手控操作方式。其中，本地手控操作方式就是根據井下的水位情況，采用手控操作的方法進行排水作業(yè)，對水泵都是采用手動控制的方式；全自動操作方式就是采用可編程序控制器對排水泵進行控制，對于水的存儲情況以及蓄水情況都可以自動控制，對水泵的啟動和停止也是系統(tǒng)自動操作；遠程手控操作方式就是工作人員通過使用電腦對控制泵進行控制，井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)在運行中可以對監(jiān)控現場的信息進行收集，以光纖為載體將所獲得的信息遠程傳遞給控制器。

七、井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的功能

（一）井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的水泵自動輪換功能

井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的水泵自動輪換功能，就是對實際用泵和備用泵之間根據作業(yè)需要進行輪換，井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)設計有自動旋轉模式，幾個水泵都可以按照這個模式運轉。當實際用泵無法正常運轉的時候，其他的水泵就可以啟動。在控制程序中，包括水泵的啟動時間、運行時間和停止時間都進行參數設計，水泵運行的頻率、流水線、系統(tǒng)操作等各項功能也都可以進行參數設置。當水泵運行的過程中，就可以按照預先的參數設置執(zhí)行各項命令。如果水泵運行中存在故障，自動化監(jiān)控系統(tǒng)還可以自動檢查，以提高故障解決的效率。

（二）井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的水泵自動調度功能

井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)所發(fā)揮的水泵自動調度功能，是對水位控制泵的啟動情況進行檢測。主要的檢測內容為管道壓力的檢測、管道流量的檢測，電機運行過程中的溫度參數和流量參數的設置等，都對水泵的運行狀況具有一定的影響。如果水泵在運行中存在異常，井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)就會發(fā)出警報，要求水泵停止運行，啟動備用水泵。

水泵啟動的時間決定于供電時間，同時水位也是重要的影響因素。為了避免峰谷期對水泵運行產生的影響，還能夠最大限度地滿足降下排水需求，就可以在高峰時段和低谷時段采用干線控制。當谷期結束之后，將水位清空，當進入到高峰時段，就不需要排水，由此可以獲得更高的經濟效益。[3]如果出現水位告急，就需要立即采取措施排水。這就說明，無論是高峰時段還是低谷時段，都需要保持持續(xù)排水，以將井下水位控制在規(guī)定的范圍內。

（三）井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的震動檢測

井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用技術先進的設備檢測震動情況，不僅是對速度的檢測，而且還具有很高的抗干擾能力。特別是遠距離的信號傳輸中，也可以獲得良好的檢測效果。如果水泵在運行的過程中存在故障，監(jiān)控系統(tǒng)就會啟動發(fā)出警報。工作人員接到警報之后，就要立即到故障現場檢修，可以采用觸屏的方式明確具體的故障位置。另外，自動化監(jiān)控系統(tǒng)還具有信息存儲功能，并將故障信息詳細地記錄下來。

八、結語

綜上所述，雖然礦山開采中，對井下作業(yè)已經普遍采用了自動化監(jiān)控設備，但是由于自動化技術應用程度比較低，就會導致礦井的排水系統(tǒng)依然以人工操作為主。人工控制不僅工作效率很低，而且容易出現操作失誤，就必然會給井下作業(yè)造成安全隱患。為了提高礦井井下排水的自動化水平，就需要應用先進的計算機技術?？删幊绦蚩刂萍夹g的應用，提高了排水自動化監(jiān)控水平。特別是根據礦井作業(yè)環(huán)境進行自動化監(jiān)控系統(tǒng)設計，維護了井下作業(yè)人員的安全，而且還有助于提高煤礦企業(yè)的經濟效益。

參考文獻：

[1]劉江坡.邢臺煤礦排水自動化控制系統(tǒng)的應用[J].數字技術與應用，2015（3）：1.

[2]王軍，黃勇，張維可，陳有力，潘國軍.西馬煤礦井下排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)研究與應用[C].第24屆全國煤礦自動化與信息化學術會議暨第4屆中國煤礦信息化與自動化高層論壇論文集，2015.

[3]王光普，陸振新.智能化自動化控制技術在煤礦井下主排水系統(tǒng)中的應用[J].煤炭科技，2015（9）：33-34.

責任編輯：于 蕾