礦山井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)

仰大江　李登輝

摘要：礦山井下排水的好壞決定著井下作業(yè)的安全情況，所以，保證礦山井下排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行是井下作業(yè)的前提，運(yùn)用自動(dòng)化控制礦山井下排水可以提高排水系統(tǒng)的可靠性和安全性提高，實(shí)現(xiàn)井下排水泵的遠(yuǎn)程控制，減少員工的勞動(dòng)量。本文通過(guò)分析礦山井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制的重要性，介紹了排水自動(dòng)化系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)，提出了一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)思路，并對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能做了介紹。

關(guān)鍵詞：礦山井下排水；自動(dòng)化控制；設(shè)計(jì)

引言

礦山井下排水系統(tǒng)是采礦生產(chǎn)工程系統(tǒng)中的重要組成部分，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山井下排水系統(tǒng)技術(shù)也得到了很大的提升。但是現(xiàn)在還有很多礦井排水系統(tǒng)用的還是人工監(jiān)測(cè)，利用繼電器控制的方法，但是這種方法不但增加了采礦工作的工作量，而且工作效率低，存在人工監(jiān)測(cè)不到位的情況。所以人工監(jiān)測(cè)的方法在逐漸被淘汰，由自動(dòng)化井下排水系統(tǒng)所取代并被廣泛推廣和應(yīng)用。

1.礦山井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制的重要性

煤礦企業(yè)在采礦作業(yè)的時(shí)候，礦山井下排水的工作直接影響著礦下工作人員的生命安全，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的煤礦企業(yè)在礦井中的中央泵房的操作大部分也還是依賴人工，自動(dòng)化的水平還很低，這不但增加了煤礦企業(yè)的工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也往往因?yàn)楸O(jiān)視不到位的問(wèn)題影響了井下作業(yè)的安全性和生產(chǎn)效率，如果把自動(dòng)化系統(tǒng)加入到礦山井下的排水系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)排水的自動(dòng)化、智能化，就可以有效的解決此問(wèn)題。自動(dòng)化的井下排水系統(tǒng)可以把計(jì)算機(jī)監(jiān)視和可編程控制器集合起來(lái)，不僅減輕了井下工作人員的勞動(dòng)力，也提高了排水工作的穩(wěn)定性和可靠性。礦山井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制改善了井下工作環(huán)境；提高了排水能力，保證了井下作業(yè)的安全性；保證排水設(shè)備的有效運(yùn)行，提高了井下作業(yè)的生產(chǎn)效率。

2.排水自動(dòng)化系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)

2.1地面自動(dòng)化控制中心

地面自動(dòng)化控制中心是負(fù)責(zé)礦山井下自動(dòng)化排水系統(tǒng)的檢測(cè)和控制，控制中心也可以叫做地面監(jiān)控中心，是通過(guò)對(duì)礦山井下排水泵房和排水設(shè)施進(jìn)行監(jiān)視和控制，主要是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、泵房監(jiān)控單元、UBS電源、數(shù)據(jù)傳輸線路和報(bào)警系統(tǒng)組成。

2.2泵房監(jiān)控單元

泵房控制單元的主要組成部分是信息收集系統(tǒng)和控制站，控制站是地面監(jiān)控中心和監(jiān)控單元的信息交通樞紐。信息收集系統(tǒng)將收集到的信息通過(guò)主控站處理，將信息發(fā)送到地面控制中心；地下的工作人員可以通過(guò)檢測(cè)單元的顯示器，實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行的整體情況。如果需要對(duì)排水泵進(jìn)行控制的時(shí)候，地面控制中心會(huì)發(fā)出控制指令，指令通過(guò)傳輸系統(tǒng)到達(dá)泵房監(jiān)控系統(tǒng)的控制站，控制站再把指令分別發(fā)到各個(gè)需要控制的泵，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制站的控制功能。

2.3語(yǔ)音警報(bào)

語(yǔ)音警報(bào)主要由地面控制中心警報(bào)和井下泵房實(shí)時(shí)警報(bào)兩部分組成。地面控制中心的警報(bào)系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)井下自動(dòng)化系統(tǒng)的報(bào)警，由相關(guān)操作人員或者設(shè)定好的程序，對(duì)收集到的報(bào)警信息做出判斷，根據(jù)判斷通過(guò)地面控制中心發(fā)出命令，反饋給地下檢測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制站再進(jìn)行設(shè)備的驅(qū)動(dòng)；泵房實(shí)時(shí)警報(bào)是依據(jù)井下泵房的實(shí)際情況，通過(guò)設(shè)定好的內(nèi)容提前發(fā)出警報(bào)內(nèi)容，也可以通過(guò)地面控制中心控制來(lái)發(fā)出警報(bào)。

2.4視頻的巡檢

視頻巡檢就是通過(guò)攝像儀對(duì)需要檢查的地方進(jìn)行視頻的實(shí)時(shí)檢查或者檢測(cè)畫(huà)面的回放，主要由控制單元，專業(yè)攝像機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)或者固定導(dǎo)軌組成?？刂茊卧ㄟ^(guò)設(shè)定好的程序控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)或者導(dǎo)軌，驅(qū)動(dòng)攝像機(jī)按照需要的要求進(jìn)行移動(dòng)拍攝，把拍攝到的信息再通過(guò)控制單元傳送到地面控制中心，控制中心就可以通過(guò)顯示器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的視頻監(jiān)測(cè)，并可以通過(guò)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)的變焦、移動(dòng)等控制。

3.系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)化排水系統(tǒng)主要使用的是分布式結(jié)構(gòu)，礦山井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是在井下的泵房中的每臺(tái)排水泵加入控制裝置，泵房建立可編程控制站和控制臺(tái)將各個(gè)排水泵的控制裝置連接，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，將這些控制站連接到地面控制中心進(jìn)行集中控制。地面控制中心通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)將井下的情況數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反映出來(lái)，并對(duì)故障進(jìn)行報(bào)警好記錄，可以讓專業(yè)人員及時(shí)得到信息并處理故障，同時(shí)記錄的數(shù)據(jù)也可以留作記錄方便以后的查詢。

3.2系統(tǒng)核心

井下檢測(cè)系統(tǒng)的控制站可以實(shí)時(shí)通信，是接受地面控制中心的指令和反饋井下檢測(cè)數(shù)據(jù)的信息交通樞紐，是整個(gè)礦山井下排水自動(dòng)化系統(tǒng)的核心。地面的控制中心通過(guò)對(duì)各種檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，通過(guò)固定的程序?qū)聶z測(cè)控制站下達(dá)各種命令，控制站接受命令并把命令送到相應(yīng)排水泵的控制器上，實(shí)現(xiàn)命令的具體執(zhí)行，而且井下檢測(cè)控制站還可以把多余的數(shù)據(jù)信息反饋給地面控制中心。各個(gè)排水泵的控制器和井下檢測(cè)系統(tǒng)的控制站相連，把排水泵的信息顯示在井下檢測(cè)控制站的操作平臺(tái)，通過(guò)井下檢測(cè)控制站實(shí)現(xiàn)地面控制中心和各個(gè)排水間能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行雙向?qū)崟r(shí)傳遞。

4.系統(tǒng)的控制功能

4.1系統(tǒng)控制的方式

井下排水系統(tǒng)的自動(dòng)化控制可以分為大體可以分為手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制和無(wú)人自動(dòng)化控制三種概念。手動(dòng)控制就是在井下作業(yè)的工作人員根基當(dāng)時(shí)的作業(yè)情況和設(shè)備自身運(yùn)行情況，通過(guò)井下檢測(cè)系統(tǒng)的控制臺(tái)人為的改變排水泵運(yùn)行狀態(tài)的操作；遠(yuǎn)程控制操作指的是井下排水泵的運(yùn)行狀態(tài)由地面控制中心進(jìn)行控制，可以是遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程手動(dòng)控制兩種控制形式；無(wú)人化自動(dòng)控制是系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)反饋的數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能分析，按照程序事先設(shè)定好的命令進(jìn)行自動(dòng)判斷，對(duì)水泵進(jìn)行自動(dòng)化的啟動(dòng)和停止的控制。

4.2對(duì)水泵的控制

井下排水泵在自動(dòng)化控制的情況下進(jìn)行工作的時(shí)候，如果出現(xiàn)工作故障，控制中心就會(huì)根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)，通過(guò)事先設(shè)定好的程序，停止井下水泵的運(yùn)行。如果是在水泵檢修過(guò)程中，需要排水泵臨時(shí)緊急關(guān)閉，就可以通過(guò)各個(gè)排水泵上的控制器進(jìn)行控制，先把水泵的管道關(guān)閉，然后關(guān)閉水泵的電動(dòng)機(jī)啊。不管因?yàn)槭裁丛颍谟龅焦收虾笕绻枰獙⑴潘眠M(jìn)行緊急關(guān)閉，就需要啟動(dòng)控制裝置的緊急停止按鈕，排水泵在停止工作之后，要及時(shí)的對(duì)故障進(jìn)行修復(fù)，并做好修復(fù)記錄，在故障修復(fù)之后，再啟動(dòng)故障復(fù)位按鈕，讓水泵進(jìn)入正常工作狀態(tài)，如果是長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法修復(fù)的問(wèn)題，可以通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到備用水泵進(jìn)行工作。

4.3對(duì)儲(chǔ)水倉(cāng)水位的控制

在自動(dòng)化控制中，保障井下排水系統(tǒng)能正產(chǎn)運(yùn)行、確保井下工作人員的人身安全的一個(gè)重要參數(shù)就是水位信號(hào)。自動(dòng)化排水系統(tǒng)可以在各個(gè)水倉(cāng)設(shè)置多個(gè)水位傳感器，可編程控制器可以把接收到的水量信息劃分為不同的水位段，還可以對(duì)不同時(shí)間的水位上升速度進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)設(shè)定好的程序?qū)碌耐ㄋ窟M(jìn)行判斷，通過(guò)計(jì)算的結(jié)果，就可以自動(dòng)控制一天內(nèi)不同時(shí)間段的排水泵的運(yùn)行情況，既提高了排水效率，也節(jié)省了排水泵消耗的能源。

總結(jié)語(yǔ)

由此可見(jiàn)，礦山井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制可以有效的幫助礦井生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、科學(xué)化的管理，對(duì)采礦工作的安全穩(wěn)定的運(yùn)行有著非常重要的作用。本次礦山井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)運(yùn)用的是可編程控制器原理對(duì)礦山井下排水系統(tǒng)進(jìn)行改造，除了可以提高井下排水系統(tǒng)的工作效率，讓井下工作的安全系數(shù)得到提高，還能實(shí)現(xiàn)無(wú)人化控制，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)采礦行業(yè)的發(fā)展。

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