1、井下自动排水控制系统的研究摘 要煤矿作为我国最大的产业之一，随着社会的发展，对煤矿的产能、效益提出了更高的要求，矿井安全问题已成为制约煤炭生产的关键因素，井下排水系统是否能正常可靠的运行是危及矿井安全的重要因素，在研究现状的基础上结合矿山实际情况，急需开发出一套安全性好、可靠性高、自动化水平高，并具有良好系统集成能力自动排水系统。关键词煤矿 自动排水系统 中图分类号：G183 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0272-01 我国大多矿井水泵房仍然普遍使用传统的人工操作排水系统，这种排水系统由于自动化程度低，应急能力差，造成工作效率低下，井下工作劳动强度大进而造成井
2、下事故频发。有些自动排水系统为独立工作方式，只具有根据水位自动排水功能，不能考虑多重因素及与各安全监控子系统联动，或系统本身存在某些缺陷，导致排水设备运转不理想，甚至不如人工控制效果好，严重影响井下主排水泵房的管理水平和经济效益的提高。 1.自动排水系统功能要求 1.1 系统具备全自动控制、就地手动控制和远程手动控制三种控制方式。 1.2 实现井下排水系统安全可靠自动运行，实现无人值守。 1.3 具备网络测控、通信和系统拓展功能。 1.4 系统具备“避峰填谷”功能，尽量减少耗电费用，达到节能目的。1.5 与井下其他排水地点水泵、安全监控系统联动控制运行。 1.6 实现水泵和排水管路轮换工作方式
3、。 1.7 水泵能按照正确操作顺序自动开启和停止。 1.8 动态实时监控系统数据信息：水仓水位、管路静压、水泵流量、水泵压力，电机电流、电压，及水泵电机、电磁阀和电动阀的各种工作状态，超限报警，故障画面自动弹出，故障点自动闪烁。具有故障记录，历史数据查询等功能，并做出曲线、报表。 1.9 故障监测和保护：过流、低电压、漏电保护、超温保护、漏水保护、流量、压力保护、逻辑错误故障等保护。 1.10 系统运行可靠、界面直观、修改参数和扩展控制设备方便。 2.自动控制策略 2.1 基本控制策略 为实现不同系统功能要求，可根据井下实际情况选择控制方式：全自动控制、就地手动控制和远程手动控制。 全自动控制
4、：系统完全由 PLC 控制，操作员只需监控，系统实时采集水仓水位信号，根据时间、水位、煤矿用电负荷、其他联动系统信号参数等自动开启、停止水泵的运转、并能实现泵阀的联锁起动，读取地面变电站统计的每天矿井负荷参数，或自行设定峰谷时间，遵循“避峰填谷”的原则，水泵和排水管路自动轮换工作，对运行中的各种参数进行实时监控。 就地手动控制：操作员根据水仓水位状态，通过设置在水泵旁边的就地控制箱控制水泵启停。 远程手动控制：操作员通过控制台或远程上位机控制水泵的启动和停止。 不论何种工作方式，系统在正常运行过程中，均可实现系统实时监控。 2.2.系统联动控制策略 预留通讯接口，在全自动控制状态下，与其他系统
5、联合运行。从其他系统获取突水信号或井下涌水信息。获取突水信息后，无论什么时段，水泵房 2 台泵全部开启，并发出警告，直至降至最低水位停泵。监测其他排水地点水泵开停情况，水仓大概入水流量，利用模糊控制方法确定开泵台数和时间，并将系统接入综合自动化系统中为其提供数据参考。 2.3 水位自动监控和“避峰填谷”方法的研究 水位自动监控环节的任务是根据水仓水位的高低自动准确发出开、停水泵命令，及时把水排出。 “避峰填谷”环节的设计是为了使排水系统更加节能，尽量减少耗电费用。所谓“避峰填谷”是指调度水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段工作，尽量避免在“峰段”启动。设置H1、H2、H3 三个水位，分别对应低
6、水位、中水位、高水位，水位到达H2，在“峰段”时不开泵，在“谷段”和“平段”开泵。水位到达 H3，在“峰段”开 1 台泵，在“谷段”和“平段”开 2 台泵。 2.4 水泵和排水管路轮换工作方式 为了防止因备用泵或备用管路长期不用而使电机受潮或有其他故障而未被发现，当紧急情况需要投入而不能投入以至影响矿井安全，系统按“轮换工作制”来设计，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产的目的。控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，保证水泵均匀磨损。当某台泵或其所属阀门故障或
7、检修时以及某趟管路漏水时，系统发出警报，同时该泵或该趟管路退出轮换，其余各泵及管路仍按轮换工作制运行。 2.5 水泵自动开启和停止控制 离心式水泵的开启和关闭是相对较复杂的，系统能够按照离心式水泵的开启和关闭步骤，自动为其注水，测量真空度，开启和关闭水泵电机，测量排水管压力，开启和关闭电动阀等。 2.6 实时监控 在调度中心设置上位机，利用组态软件实现监控井下主要地点排水信息。动态实时显示从其他系统获取的数据信息，水仓水位、管路静压、水泵流量、水泵压力，电机电流、电压，及水泵电机、电磁阀和电动阀的各种工作状态，超限报警，故障画面自动弹出，故障点自动闪烁。具有故障记录，历史数据查询等功能，并做出曲线、报表。 2.7 故障监测和保护 系统设有以下几种保护： 1）过流、低电压、漏电保护 2）超温保护 3）漏水保护 4）流量、压力保护 5）逻辑错误故障保护 3、小结 利用 PLC 及网络通讯， 能够比较方便的实现井下排水的自动控制，系统具有较强的可靠性、稳定性和拓展性。为进一步实现井下排水系统的无人值守和全矿井自动化奠定了基础。 参考文献 1 李胜旺，吉贵堂，赵晓旭等.矿井主排水自动化控制系统J.工矿自动化，2002 2 张申.煤矿自动化发展趋势J.工矿自动化，2013 3 李惠平.煤矿自动排水装置的设计与应用J.煤矿机电，2012
