煤礦井下排水系統自動化分析

韓志偉

（開灤股份呂家坨礦業分公司，河北 唐山 063106）

煤礦井下排水系統非常復雜，結合井下排水的需求，設計具有自動控制功能的排水方案，在PLC技術的干預下，實現自動化控制。井下排水系統自動化中需要深化軟件控制，實時監控井下排水狀態，提供有效實現控制自動化，保障井下排水系統控制的準確度，保障排水系統的穩定運行，以免過度浪費煤礦井下的用水資源，體現排水系統的節約特性。

1 煤礦井下排水系統自動化的設計方案

煤礦井下排水系統自動化的設計方案，主要包括中央泵房設計、自動監控系統及排水系統的自動監控三個方面的內容。

1．1 中央泵房設計

中央泵房是煤礦井下排水系統的核心，提供排水動力[1]。中央泵房內的各項設備處于配合工作的狀態，目的是達到自動控制的狀態，排水系統自動化的中央泵房設計中，比較常用的是單臺水泵工作，以某煤礦井下排水系統為例，分析自動化控制下中央泵房的設計：（1）止水閥應該穩定的安裝到排水管上，閘閥、電動裝置等都要安裝到位，支持中央泵房設計的手動和電動部分；（2）水泵出口處需要安裝壓力監測裝置，如壓力表，監控并傳送水泵出口的壓力，保障排水系統自動化的安全運行；（3）嚴格控制中央泵房各項設備的型號，不同型號的設備或裝置，對應了不同的功能，中央泵房設計的過程中，還要著重審核設備型號，以免出現型號不匹配的情況，進而完善中央泵房的運行。

1．2 自動監控系統的組成

煤礦井下排水系統自動化的重點是監控系統。監控系統的中心是CPU模塊、PLC控制柜以及遠程系統。

自動監控系統由9個部分組成，全面監控排水系統的自動化運行。自動監控系統的組成部分主要包括：（1）水位監控：水位監控模塊用于監控吸水井的水位，利用超聲波液位儀收集吸水井的信號，實時反饋吸水井的水位變化；（2）開關柜監控，水泵啟動時，開關柜內各項參數都會發生變化，參數信號由RS485傳輸到PLC控制柜，此時自動監控系統需要識別PLC控制柜內接收的信息，判斷開關柜的運行是否正常；（3）閘位置監控，自動監控系統在閘門處安裝了行程開關，行程開關會提供開關信號，同樣傳輸到PLC控制柜內執行邏輯判斷；（4）球閥閥位監控，其與閥位置監控的方式相同；（5）溫度監控，排水系統內安裝了溫度探頭，用于感應偏離正常溫度的系統位置，如果系統潛在高溫危害，溫度探頭會將此信息傳遞到自動監控系統內，提示溫度過高并采取保護措施；（6）信號監控，自動監控系統以壓力、負壓為主，識別排水系統自動化運行的狀態；（7）故障監控，此部分是自動監控系統的重點，PLC控制柜不斷收集現場排水的信息，分析現場信息的狀態，找出異常的參數，明確引起參數異常的故障；（8）水泵啟停監控，井下排水系統的水泵，按照指令實現自動化啟停，自動監控系統需監督水泵啟停，防止出現不準確的啟停操作；（9）停泵監控，供電高峰期間，煤礦井下排水系統需停止運行，此時自動監控系統需發送停泵指令。

1．3 排水系統的自動監控

煤礦井下排水系統自動化的運行，必須通過PLC實現監控。排水系統自動監控的方式主要有三類[2]。第一是全自動控制，完全由PLC控制柜控制，實現排水系統的自動化運行和自動監控，整個監控過程不需要人為參與；第二是就地控制，便于維護排水系統自動化的安全狀態，保障各項排水設備的準確運行，其可規范排水設備的狀態，不會發生誤動的情況；第三是半自動控制，其可分為半自動調度室集控和半自動觸摸屏集控兩類，通過對應的端口完成對排水系統的監控操作。

2 煤礦井下排水系統自動化的軟件設計

煤礦井下排水系統自動化的軟件主要是指PLC的軟件設計，因為PLC是可編程序的控制器，所以PLC的軟件設計可以執行編譯命令，對排水系統的自動化進行控制。

2．1 設計操作方式

煤礦井下排水系統的自動化，對PLC軟件設計的操作方式有一定的要求。PLC軟件設計中的操作方式，必須符合排水系統自動化的狀態，保障操作方式的準確切換，PLC軟件設計時，需要感應操作方式的狀態，只有在停泵的狀態下，才能進行操作方式的轉化，如果水泵沒有停止就執行切換，PLC會發出警報，提示操作人員誤動。

2．2 設計水泵啟停

水泵與煤礦井下排水系統自動化的安全存在直接的聯系，煤礦企業非常注重水泵的啟停控制，確保其出于安全的運行狀態，避免影響排水系統自動化的運行狀態[3]。PLC軟件設計中，深化了水泵啟停的設計，運用自動控制的方式，維持水泵安全啟停的狀態。水泵啟停的設計內容有：（1）PLC軟件接入地面監控中心，實時傳送水泵的運行信息，遠程監控水泵的啟停工作；（2）保留PLC軟件設計中的手動功能，作為水泵啟停控制的備用；（3）PLC軟件設計中引入就地自排的思想，監控水泵在排水自動化中的運行方式。

2．3 設計水泵臺數

煤礦井下的排水量是一個不確定的數值，存在很大的變動特性[4]。PLC軟件設計時需要監控井下排水量，根據井下排水量設計水泵的臺數，還要考慮井下排水的用電時段，盡量降低用電高峰期的水泵臺數。

3 煤礦井下排水系統自動化的硬件設計

煤礦井下排水系統自動化的硬件設計，相對軟件設計要簡單。硬件設計的內容體現在以下三個方面。

第一，是PLC選型的應用。PLC內存在可編寫的程序，而PLC是一項硬件裝置，需要根據煤礦井下排水系統自動化的需求，選擇合適的PLC，通過PLC硬件裝置，提升排水系統的控制能力，還要保障排水系統的安全性。

第二，是傳感器分配的應用。井下排水系統的傳感器類型較多，如：液位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等，傳感器負責傳輸排水系統自動化的狀態參數，降低排水系統監督的難度，保障自動監控系統的準確運行。

第三，是電動球閥的應用。煤礦井下排水系統自動化的規模較大，由此硬件設計中將電動球閥的選用歸屬為技術領域，致力于通過設計電動球閥，強化排水系統的密封性，進而加強排水系統自動化的控制能力，準確應用電動球閥，完善排水系統自動化的監控與運行。

4 結束語

煤礦井下排水對自動化水平的要求比較高，傳統的排水方式存在嚴重的缺陷，嚴重浪費排水資源，不利于煤礦整個排水系統的運行，所以煤礦企業針對井下排水系統實行自動化的設計，運用PLC、自動控制的理念，強化井下排水系統的自動化，一方面優化排水系統的自動化運行，另一方面監控排水狀態，促使井下排水的狀態達到最佳，最大程度的控制排水效益。

［1］李強.煤礦主排水監控系統的設計及應用[D].太原理工大學，2010.

［2］赫飛，張鵬，汪玉鳳.基于PLC的煤礦井下排水系統的設計[C].全國冶金自動化信息網，《冶金自動化》雜志社.

［3］自動化技術與冶金流程節能減排——全國冶金自動化信息網2008年會論文集[C].全國冶金自動化信息網，《冶金自動化》雜志社，2008:3.

［4］李寧，魏傳勇.煤礦井下排水自動控制系統關鍵技術分析[J].現代商貿工業，2010，3:318.

［5］丁麗萍，朱曉潔，王啟峰，蔣偉.煤礦井下沿巷涌水匯集點及中轉水倉自動排水系統設計[J].工礦自動化，2013，08:114-116.