煤礦井下排水自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)

閆宇翔

（山西省古交市西山煤電東曲煤礦， 山西 古交 030200）

引言

煤礦自動排水系統(tǒng)選擇控制系統(tǒng)時(shí)，必須在考慮到當(dāng)前工業(yè)電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，考慮到控制系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性、可擴(kuò)展性、模板化設(shè)計(jì)和易操作性等原則，并將其應(yīng)用于工業(yè)安全領(lǐng)域，此外，還應(yīng)考慮控制系統(tǒng)的成熟性以及生產(chǎn)廠家的質(zhì)量控制水平等[1]。

1 煤礦排水自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

煤礦排水自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。如圖1所示，該系統(tǒng)分為功能擴(kuò)展模塊、控制模塊、控制模塊、顯示模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊以及斷電保護(hù)模塊。

1）擴(kuò)展模塊。擴(kuò)展模塊必須具有良好的容量和接口，可以很方便地對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。

2）控制模塊?？刂颇K必須具有遠(yuǎn)程啟停、故障檢測以及系統(tǒng)測試功能，可以根據(jù)地面控制中心的要求進(jìn)行操作模式的轉(zhuǎn)換。

圖1 煤礦排水自動控制系統(tǒng)框圖

3）顯示模塊。顯示模塊能夠?qū)γ旱V排水自動控制系統(tǒng)中收集的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)中設(shè)備的工作狀態(tài)、系統(tǒng)的工作進(jìn)度以及系統(tǒng)運(yùn)行預(yù)測的結(jié)果以顯示的方式向控制人員進(jìn)行展示，方便控制人員對系統(tǒng)的監(jiān)測和干預(yù)。

4）網(wǎng)絡(luò)模塊。煤礦排水自動化控制系統(tǒng)可以跟煤礦的其他自動控制系統(tǒng)進(jìn)行整合，共同組建煤礦工作局域網(wǎng)，能夠供煤礦安全生產(chǎn)部分、煤礦生產(chǎn)調(diào)度部門、機(jī)械維修部門以及地下工作面指揮部門隨時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)作情況。

5）掉電保護(hù)模塊。為了防止系統(tǒng)因?yàn)橥蝗粩嚯娫斐煽刂剖Э匾约翱刂浦行臄?shù)據(jù)的丟失，煤礦排水自動控制系統(tǒng)采用備用電源USP設(shè)備模塊對自動控制設(shè)備的用電進(jìn)行斷電保護(hù)，這套備用供電模塊能夠保證供電網(wǎng)絡(luò)在斷電2 h內(nèi)煤礦排水自動化控制系統(tǒng)及其附屬的探測系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行[2]。

2 煤礦排水自動化控制系統(tǒng)的控制方式

1）遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制是管理人員和調(diào)度人員通過相應(yīng)權(quán)限的控制系統(tǒng)，通過地面控制室的控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控礦井下排水水泵的啟停工作?？刂频姆绞侥壳爸饕跃W(wǎng)絡(luò)控制為主。地面的控制人員在日常只是負(fù)責(zé)對礦井自動排水系統(tǒng)的工作進(jìn)行監(jiān)控，只有非正?；蛘呔S修環(huán)節(jié)才對礦井自動排水系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)。

2）自動控制。自動控制是控制系統(tǒng)PLC根據(jù)探測系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)，設(shè)定的工作邏輯程序自動控制礦井下排水水泵的啟停工作。在礦井自動排水模式下，自動控制是排水自動化控制系統(tǒng)的日常工作。

3）手動控制。手動控制是礦井下的工作人員根據(jù)礦井的水情以及自動排水系統(tǒng)的工作況狀，通過手動的方式對煤礦排水水泵進(jìn)行控制。手動控制一般被應(yīng)用在緊急或者維修等非正常工作場合[3]。

4）維修模式。維修模式指的是為了對自動排水中的管路和水泵進(jìn)行部分維修和維護(hù)時(shí)，臨時(shí)啟停某個(gè)排水系統(tǒng)、排水管路或者排水水泵。維修模式需要在保證排水系統(tǒng)部分停止的狀況下，自動排水控制系統(tǒng)能夠繼續(xù)控制整個(gè)排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 煤礦排水自動化控制系統(tǒng)的基本功能

控制系統(tǒng)基本的控制功能是根據(jù)礦井下地面的水量情況，采用控制系統(tǒng)中的探測系統(tǒng)對煤礦礦井下的水量進(jìn)行反饋，反饋的數(shù)據(jù)經(jīng)過控制系統(tǒng)的邏輯解析，然后根據(jù)煤礦自動排水系統(tǒng)的工況、運(yùn)行時(shí)間、煤礦電網(wǎng)負(fù)荷以及地下水情等綜合信息情況，通過控制系統(tǒng)的控制邏輯軟件實(shí)現(xiàn)對地下排水本群的連鎖啟停，對啟停過程中的設(shè)備工作參數(shù)和煤礦地下水的水量進(jìn)行在線監(jiān)控，并對系統(tǒng)控制和運(yùn)行的控制參數(shù)進(jìn)行存儲、整理和自動報(bào)備[4]。具體如下：

1）電力負(fù)荷調(diào)節(jié)。煤礦需要排水的水量往往很大，大量的排水需要占用大量煤礦電網(wǎng)的用電負(fù)荷，如果用電負(fù)荷控制失誤，那么將會使整個(gè)用電網(wǎng)絡(luò)崩潰。而煤礦排水自動化控制系統(tǒng)卻能在分析電網(wǎng)的波峰、波谷的時(shí)間的基礎(chǔ)上，對礦井下滲透的水量進(jìn)行檢測和預(yù)測，并根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷狀態(tài)，在保證電網(wǎng)不超負(fù)荷的基礎(chǔ)上保證煤礦排水工作的有序進(jìn)行。如果在緊急狀態(tài)下，或者預(yù)測排水工作和電網(wǎng)負(fù)荷相沖突時(shí)，煤礦自動化控制系統(tǒng)有權(quán)限切斷煤礦其他方向與安全生產(chǎn)無關(guān)的用電，比如地面上的洗選用電、裝卸用電等等。

2）水位監(jiān)測邏輯化。煤礦排水自動化控制系統(tǒng)能夠根據(jù)水位的高低準(zhǔn)確地對排水系統(tǒng)發(fā)出啟停的命令，如監(jiān)測水位達(dá)到1擋時(shí)，控制系統(tǒng)可以根據(jù)煤礦電網(wǎng)的用電負(fù)荷靈活決定水泵的啟停時(shí)間，如果這時(shí)候處于用電波谷時(shí)，電網(wǎng)負(fù)荷余量比較大，煤礦排水自動化控制系統(tǒng)可以決定排水水泵立刻啟動。如果處于波峰時(shí)，這時(shí)候煤礦排水自動化控制系統(tǒng)可以根據(jù)波峰預(yù)測的時(shí)間，決定暫緩啟動，或者部分啟動。當(dāng)監(jiān)測水位的數(shù)值達(dá)到Ⅱ擋時(shí)，則不論電網(wǎng)的負(fù)荷如何，立刻對水泵進(jìn)行開啟，并時(shí)刻對電網(wǎng)中的負(fù)荷進(jìn)行檢測，對影響電網(wǎng)負(fù)荷的其他方向的非安全用電進(jìn)行控制。如果檢測水位的數(shù)值到達(dá)Ⅲ擋時(shí)，煤礦排水自動化控制系統(tǒng)除會同時(shí)開啟所有排水水泵之外，還會開啟部分或者全部的備用水泵，并向控制中心和煤礦地下工作的所有人員發(fā)出警報(bào)。

3）及時(shí)通訊。煤礦排水自動化控制系統(tǒng)配有以太網(wǎng)通訊模塊和光纖以太網(wǎng)交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以通過光纜將中央泵房內(nèi)水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)、故障信息以及現(xiàn)場視頻等信息上傳到地面控制室，地面控制室再將這些信息發(fā)布到煤礦局域網(wǎng)上。被授權(quán)的管理人員只需通過IE瀏覽器登錄，就可以在任何一臺連接局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上進(jìn)入用戶界面。再用戶界面中可以查看到井下排水系統(tǒng)設(shè)備的所有實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)、故障信息及現(xiàn)場視頻等，從而全面了解現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況，同時(shí)，根據(jù)授權(quán)等級的不同，高等級用戶還可以遠(yuǎn)程啟停設(shè)備，真正做到無人值守、安全運(yùn)行，同時(shí)生成運(yùn)行報(bào)表，便于存檔管理。

4）故障報(bào)警及歷史記錄。當(dāng)某設(shè)備發(fā)生故障或者運(yùn)行參數(shù)超出正常范圍時(shí)，煤礦排水自動化控制系統(tǒng)根據(jù)故障等級及時(shí)作出相應(yīng)動作，并在現(xiàn)場和地面控制室同時(shí)發(fā)出語音、指示燈閃爍燈報(bào)警信號，提示相關(guān)人員及時(shí)排查故障?，F(xiàn)場和地面控制室的顯示設(shè)備上具有完備的故障歷史記錄功能，方便管理人員查詢，從而為分析、判斷事故原因提供依據(jù)。

4 結(jié)語

煤礦排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)功能、控制方式以及系統(tǒng)的基本功能等是煤礦排水自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)的前導(dǎo)，是從煤礦安全生產(chǎn)角度對煤礦排水自動化控制提出的總體要求，對后期進(jìn)入控制系統(tǒng)的精細(xì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)具有重要的指導(dǎo)意義。