礦井下主排水泵房的自動化控制探討

薛鑫剛

摘 要：以往礦井排水多借助人工操作的形式進(jìn)行排水泵啟停控制，不僅無法做到對排水時間、排水量的合理控制，亦對排水設(shè)備作用的發(fā)揮產(chǎn)生限制，并在一定程度上威脅到井下開采作業(yè)的安全性，需通過設(shè)計(jì)自動化控制系統(tǒng)來優(yōu)化排水泵控制。本文以某礦井為例，重點(diǎn)研究主排水泵房的自動化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：泵房;自動化;主排水;控制

某礦有著較大的用水量，其建井時間較長，為保障其排水效果，建井階段選擇大功率的排水設(shè)備。而以往手動啟停方式的應(yīng)用無法發(fā)揮出大功率排水設(shè)備的作用與能效，無法進(jìn)行排水時間與排水量的合理控制，進(jìn)而限制著礦井下開采作業(yè)的效率與質(zhì)量。為進(jìn)一步提升主排水系統(tǒng)通知效果，該煤礦選擇進(jìn)行主排水泵房的自動化改造，以期通過融合自動控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對泵房的遠(yuǎn)程自動控制。

1 泵房排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)

該煤礦視情況設(shè)置5臺主排水泵，其中1臺水泵處于檢修狀態(tài)，3臺處于備用狀態(tài)，1臺處于運(yùn)行狀態(tài)。為保障主水泵效用的發(fā)揮，選擇設(shè)置獨(dú)立吸水管道，且配置射流泵進(jìn)行泵腔的抽排，具體排水管道設(shè)計(jì)如圖一所示。

2 水泵自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 自動控制系統(tǒng)構(gòu)成

自動控制系統(tǒng)按操作位置劃分，具體囊括井下控制站與地面操作站兩部分，為達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的，采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行井下控制站與地面操作站的連接。分析井下控制站的設(shè)置，涉及到對PLC控制器的應(yīng)用，視井下實(shí)際情況合理設(shè)置主站控制器，可實(shí)現(xiàn)對泵房內(nèi)排水泵、閥門、水倉水位、電動機(jī)等參數(shù)的全面監(jiān)測與控制，依據(jù)對水位高度、水泵運(yùn)行狀態(tài)、電動機(jī)參數(shù)、閥閘狀態(tài)等數(shù)據(jù)的收集與分析，進(jìn)行水泵的自動化控制[1]。所收集的數(shù)據(jù)信息及其控制信號經(jīng)以太網(wǎng)傳輸至地面操作站。同時，為便于水泵房維護(hù)工作的開展，井下控制站設(shè)置電子顯示屏，顯示面板與監(jiān)控系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)利用顯示面板直觀呈現(xiàn)出水位、電機(jī)定子溫度、排水量、電機(jī)電流、水泵軸承溫度等參數(shù)，以便維護(hù)人員全面掌握排水泵系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。而針對自動控制系統(tǒng)的設(shè)置，需要依托于編程技術(shù)的應(yīng)用，提升控制系統(tǒng)的簡便性與靈活性[2]。分析自動控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，囊括顯示面板、執(zhí)行裝置、編程裝置信息以及采集信息裝置等（如圖2）。

2.2 自控系統(tǒng)功能

自控系統(tǒng)具體程序功能囊括自動控制、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)采集、故障報警等功能，具體為：

2.2.1 數(shù)據(jù)采集與檢測

以PLC控制器為依托進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測與采集，運(yùn)行期間水倉水位通過超聲波水位計(jì)連續(xù)檢測，然后利用PLC進(jìn)行水位變化信號的處理，依據(jù)對水位數(shù)據(jù)的分析自動化控制水泵的啟停。結(jié)合對主排水傳感系統(tǒng)的設(shè)置，充分利用傳感裝置進(jìn)行電機(jī)電流、電機(jī)溫度、軸承溫度、排水管流量數(shù)據(jù)的采集，并通過數(shù)據(jù)分析掌握電機(jī)、水泵的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。水倉水位的監(jiān)測主要是利用水位感應(yīng)裝置，運(yùn)行期間感應(yīng)裝置會將監(jiān)測信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字訊號，經(jīng)以太網(wǎng)傳至PLC[3]。該煤礦主排水自控系統(tǒng)設(shè)置中，共設(shè)置4個水位閥值，以H1、H2、H3、H4來代表不同閥值。

2.2.2 自動控制

PLC系統(tǒng)組成包括數(shù)字量I/O、通訊口、模擬量輸入等模塊，具體運(yùn)行期間，控制系統(tǒng)的自動控制功能體現(xiàn)為：依據(jù)對水倉水位的數(shù)據(jù)的采集與分析，進(jìn)行水泵的自動化調(diào)度，視情況發(fā)出水泵啟動、水泵關(guān)停指令，以此達(dá)到水泵自動控制的目的，避免因水位過高而影響到井下開采作業(yè)。井下水位信號是決定水泵啟停的重要參考因素，所以為達(dá)到實(shí)時、精準(zhǔn)的監(jiān)測井下水位情況，選擇將超聲波水位傳感裝置分別安設(shè)于主副水倉。此時PLC接收的水位信號，會以多個水位段進(jìn)行體現(xiàn)，以此為依據(jù)計(jì)算各個水位段的具體水位上升速率，通過分析比對明確掌握礦井下具體的涌水量。另外，自控系統(tǒng)還涉及供電電流值的檢測與控制，運(yùn)行期間依據(jù)對水泵運(yùn)行信息的采集，精準(zhǔn)計(jì)算除水泵的用電負(fù)荷，結(jié)合對礦井涌水量、時間的掌握，將水泵開啟時間控制在電價最低時段，錯開用電高峰時期，在降低礦井開采成本的同時，達(dá)到精準(zhǔn)控制水泵運(yùn)行的目的[4]。

2.2.3 故障報警

井下控制站與地面操作站相連接，操作站內(nèi)設(shè)置電子顯示屏，可實(shí)現(xiàn)對井下水泵、閥閘、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時、全面監(jiān)控。并且運(yùn)行期間通過程序編程，對超出標(biāo)準(zhǔn)要求的異?，F(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警，如水泵運(yùn)行出現(xiàn)異常，此時系統(tǒng)會自動聲光報警，告知操作人員故障問題的成因與位置，實(shí)現(xiàn)第一時間解決自控系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題。

2.2.4 數(shù)據(jù)上傳

控制站操作屏與井下控制站PLC之間采用485協(xié)議通訊連接，并在通訊期間實(shí)時傳輸水泵機(jī)組的具體運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)信息，通過就地顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息來強(qiáng)化系統(tǒng)維護(hù)工作的開展。而針對控制站與地面操作站的連接，則是利用井下光纖將機(jī)組狀態(tài)信息傳輸至操作站顯示屏，其信息會以圖形、曲線等形式進(jìn)行直觀體現(xiàn)，促使管理人員遠(yuǎn)程掌控地下水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。同時，上傳的數(shù)據(jù)信息會納入到數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)水泵機(jī)組運(yùn)行維護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

3 結(jié)束語

主排水泵房自控系統(tǒng)的應(yīng)用取得可觀的成效，運(yùn)行階段始終處于穩(wěn)定、可靠的狀態(tài)，通過對泵房水位的在線、實(shí)時監(jiān)測實(shí)現(xiàn)對水泵的自動化控制，做到在合理控制水泵機(jī)組的同時，錯開用電高峰來削峰填谷，顯著提升水泵控制有效性，達(dá)到降低企業(yè)控制成本的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張鑫.基于PLC的煤礦排水系統(tǒng)自動控制研究[J].黑龍江科技信息，2014（02）：138.

[2]徐振超.井下排水泵自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[J].能源與節(jié)能，2018（11）：113-114.

[3]霍云華.淺論煤礦井下主排水泵房自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工程技術(shù)（文摘版），2016（9）：23.

[4]陳欣，黃英英.主排水泵自動化控制系統(tǒng)在新上海一號井的應(yīng)用[J].陜西煤炭，2014， 033（002）：123-124，127.