智能化自動(dòng)化控制技術(shù)在煤礦井下主排水系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉志寶

摘要：煤炭作為當(dāng)今世界主要能源供給，其開采生產(chǎn)過程的效率和安全一直是煤礦行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。改革開放以來，我國(guó)的煤炭產(chǎn)量持續(xù)快速增長(zhǎng)，在當(dāng)前的煤礦開采生產(chǎn)過程中，井下主排水系統(tǒng)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工程，通過在排水系統(tǒng)中應(yīng)用智能化自動(dòng)化控制技術(shù)，可以有效的提高井下排水效率，為煤礦生產(chǎn)的順利進(jìn)行提供有力保障。文章通過分析排水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，并對(duì)智能化自動(dòng)化控制技術(shù)在排水系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述，自動(dòng)化排水系統(tǒng)對(duì)于提高煤礦生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率有著重要的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：智能化自動(dòng)化控制技術(shù);煤礦;井下主排水系統(tǒng)

前言：

在目前的煤礦井下主排水系統(tǒng)主要由多級(jí)離心水泵，排水管路，水倉(cāng)等組成。其中水泵在啟動(dòng)前需要對(duì)吸水管進(jìn)行充水作業(yè)。系統(tǒng)中的水泵啟停、閥門開啟及水位監(jiān)測(cè)多為人工操作，控制系統(tǒng)也是較為傳統(tǒng)的電氣控制，智能化自動(dòng)化程度較低。這就造成了井下排水作業(yè)操作難度大、排水作業(yè)效率低下以及生產(chǎn)安全難以得到保證等問題。在社會(huì)不斷進(jìn)步的今天，人們對(duì)于煤炭能源的需要量還在不斷的增加，如何將智能化自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用于井下主排水系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)而提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率，對(duì)于現(xiàn)代緊張的能源形勢(shì)顯得尤為重要。

1智能化自動(dòng)化排水系統(tǒng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)要求

1.1數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)要求

自動(dòng)化控制主排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求十分復(fù)雜，根據(jù)檢測(cè)和控制主體可以分為：水泵、水倉(cāng)、主排水管以及相應(yīng)電氣系統(tǒng)。具體的檢測(cè)控制項(xiàng)目和保護(hù)設(shè)計(jì)要求如下表一：

1.2控制功能的設(shè)計(jì)要求

根據(jù)實(shí)際的井下排水作業(yè)情況來看，其對(duì)于控制功能方面有以下幾點(diǎn)要求：

首先，控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)有自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)及檢修四種控制模式，操作人員根據(jù)排水作業(yè)的實(shí)際情況，選擇最適合的控制模式，一般情況下來講，在煤礦正常運(yùn)營(yíng)的過程中一般選擇自動(dòng)化控制模式。

其次，控制系統(tǒng)應(yīng)該對(duì)常見的故障模式有一定的自診斷及應(yīng)急處理功能，例如，如果排水系統(tǒng)中一個(gè)排水泵泵體溫度過高時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)能夠通過分析自行停止該排水泵工作，打開備用水泵進(jìn)行排水作業(yè)，進(jìn)而起到保護(hù)排水泵的功能，并及時(shí)向相關(guān)工作人員發(fā)出警報(bào)，提高故障處理的效率。

再次，通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)督和控制，并將水泵運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息發(fā)送至中央控制室的屏幕上，使操作人員可以充分的了解排水工作的實(shí)際情況，此外，還需要對(duì)主排水系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和分析，分析結(jié)果能夠?qū)χ蟮呐潘芾砉ぷ魈峁┍匾獢?shù)據(jù)參考。

最后，通過對(duì)水倉(cāng)的水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)水位發(fā)生快速的變化時(shí)，可以利用調(diào)整水泵開啟數(shù)量的手段，精確調(diào)節(jié)水倉(cāng)水位，進(jìn)而保證生產(chǎn)安全。另外，通過對(duì)水泵運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)于后期的水泵維護(hù)有著指導(dǎo)性的意義。

2 煤礦井下排水體系自動(dòng)化的設(shè)計(jì)方案

煤礦井下排水系統(tǒng)智能化及自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案，從設(shè)計(jì)主體上可以分泵房設(shè)計(jì)，排水體系設(shè)計(jì)和自動(dòng)控制體設(shè)計(jì)三個(gè)方面。其中泵房設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)，同時(shí)也是設(shè)計(jì)人員的主要工作內(nèi)容。自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是計(jì)算機(jī)CPU 模塊設(shè)計(jì)，而遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，以及針對(duì)各類部件的PLC控制柜，則是實(shí)現(xiàn)對(duì)井下排水系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控控制的主要手段。井下主排水系統(tǒng)在自動(dòng)化控制模式下運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)行控制過程全部由檢測(cè)儀器和自動(dòng)化設(shè)備完成，沒有工作人員參與其中，控制的準(zhǔn)確性和及時(shí)性得到了充分的保障。另外，當(dāng)遇到特殊情況時(shí)，控制模式也可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整為手動(dòng)或者半自動(dòng)，進(jìn)而對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行必要的調(diào)整和維護(hù)。

2.1自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包含設(shè)計(jì)層面，需要主要考慮主排水系統(tǒng)運(yùn)行過程的操作方式，水泵啟停模式以及主水泵和備用水泵的數(shù)量。首先，在設(shè)計(jì)操作方式時(shí)，必須使其滿足自動(dòng)化和智能化的基本要求，而且還能在發(fā)生突發(fā)狀況的情況下，進(jìn)行不同操作模式之間的快速切換;其次，水泵的啟停模式設(shè)計(jì)需要充分考慮水泵的使用和維護(hù)特點(diǎn)，科學(xué)對(duì)水泵啟停程序進(jìn)行自動(dòng)化控制;最后，在水泵的數(shù)量設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)煤礦井下排水量進(jìn)行全面的了解分析，根據(jù)實(shí)際的的排水量需求設(shè)置水泵的數(shù)量，此外，還要在控制系統(tǒng)中預(yù)留一定數(shù)量控制通道，保證排水量發(fā)巨大變化有備用水泵和備用通道可以使用。

2.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過程中，主要是需要考慮PLC型號(hào)的選擇和應(yīng)用，以及PLC程序的編寫。根據(jù)煤礦井下排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，在選擇具體的硬件裝置時(shí)，以保證系統(tǒng)自動(dòng)化程度為基本原則，同時(shí)還要兼顧硬件的穩(wěn)定性和系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)效益。

3智能化排水系統(tǒng)中水泵的控制程序

3.1水泵開啟智能化控制程序

水泵在接收到控制中心定的啟動(dòng)命令時(shí)，其具體啟動(dòng)程序如下;第一步，開啟真空泵對(duì)吸水管進(jìn)行抽真空作業(yè)，并對(duì)吸水管內(nèi)真空度進(jìn)行檢測(cè)，真空度達(dá)到要求的情況進(jìn)入下一步驟，如果真空度不合格，則繼續(xù)進(jìn)行抽真空作業(yè)直至真空度合格為止;第二步，啟動(dòng)水泵并對(duì)管內(nèi)水壓進(jìn)行檢測(cè)，管道壓力合格后進(jìn)入下一步驟，壓力不合格則保證水泵運(yùn)行狀態(tài)直至壓力合格為止;第三步，當(dāng)排水管子的水壓合格后打開電動(dòng)閥門并關(guān)閉真空泵，水泵保持正常狀態(tài)運(yùn)行。泵開啟智能化控制流程圖如下：

3.1水泵停機(jī)智能化控制程序

水泵的體積智能化控制程序相對(duì)簡(jiǎn)單，在接收到控制中心的停機(jī)命令之后，第一步，關(guān)閉電動(dòng)閥并檢測(cè)閥門是否關(guān)閉到位;第二步，如果閥門關(guān)閉完好則關(guān)閉水泵。

4智能化自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

4.1提高生產(chǎn)效率

相較于以往的人工控制模式，智能化自動(dòng)化的煤礦井下排水系統(tǒng)，基本上可以實(shí)現(xiàn)無人值守的主排水控制模式，并在在很大程度上降低了運(yùn)行操作的難度、勞動(dòng)強(qiáng)度以及運(yùn)行故障率。通過科學(xué)的應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)能夠有效的提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率，進(jìn)而降低其生產(chǎn)成本，增加企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，對(duì)我國(guó)的能源供給提供有力支持。

4.2保障生產(chǎn)安全

智能化自動(dòng)化控制技術(shù)通過對(duì)水泵、真空系統(tǒng)以及管道系統(tǒng)進(jìn)行傳感器監(jiān)測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行PLC精確控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)排水過程的實(shí)時(shí)檢測(cè)控制。此外，當(dāng)水倉(cāng)水位、電流、排水管水壓超出預(yù)警范圍時(shí)，能夠及時(shí)的向相關(guān)工作人員進(jìn)行報(bào)警。通過以上手段可以有效的保證煤礦生產(chǎn)的順利進(jìn)行，這就對(duì)生產(chǎn)過程安全控制有非常重要的意義。

4.3分析數(shù)據(jù)提持續(xù)改進(jìn)

通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，采集排水系統(tǒng)中的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)與故障報(bào)警數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和分析，根據(jù)分析結(jié)果相關(guān)管理人員可以對(duì)排水系統(tǒng)中的不足作出相應(yīng)的改善措施，此外，利用控制系統(tǒng)的顯示功能，可以將設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)的反饋給相關(guān)工作人員。工作人員通過歷史分析數(shù)據(jù)對(duì)比可以有效對(duì)排水系統(tǒng)故障進(jìn)行預(yù)判，并采取緊急的控制措施。這對(duì)保證排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行和持續(xù)改進(jìn)有著重要的非常實(shí)際作用。

4.4有效的保護(hù)設(shè)備

通過對(duì)排水過程中的相關(guān)設(shè)備的實(shí)施監(jiān)控，可以及時(shí)的把握設(shè)備狀態(tài)，以便及時(shí)的對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，通過定期的檢修和維護(hù)提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，能提高其對(duì)于突發(fā)漏水事故的處理能力。另外，及時(shí)的保養(yǎng)還可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，進(jìn)而更加有效的控制生產(chǎn)成本。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)供給側(cè)改革的推進(jìn)，以及今年對(duì)于安生生產(chǎn)的重視程度不斷提升，煤礦井下主排水系統(tǒng)因?yàn)槠浔旧砭哂休^強(qiáng)的復(fù)雜性和對(duì)于安全的重要性，而受到了越來越多的關(guān)注，如何在煤礦井下主排水系統(tǒng)中科學(xué)的應(yīng)用智能化自動(dòng)化控制技術(shù)，是煤礦保障企業(yè)生產(chǎn)安全和提升生產(chǎn)效率的重要手段。筆者通過自身實(shí)踐，分析了智能化自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，并在在其設(shè)計(jì)要求和控制程序方面發(fā)表一定的見解。

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