礦山井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)

路染妮

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程學(xué)院，陜西西安710089)

礦山井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)

路染妮

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程學(xué)院，陜西西安710089)

現(xiàn)代化建設(shè)過(guò)程中，礦產(chǎn)資源發(fā)揮著重要的作用。主要對(duì)礦山井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的研究，以便為礦山施工提供借鑒。

礦山;井下排水系統(tǒng);自動(dòng)化控制

1 排水自動(dòng)化系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)

以某礦井為例，其水文條件比較復(fù)雜，24 h內(nèi)正常的涌水量是15 440 m3，最大涌水量是19 600 m3，額定揚(yáng)程是He=170 m，額定流量是Qe=510 m3/h，配備10 kV的高壓電機(jī)，額定功率是400 kW。下面對(duì)其排水自動(dòng)化系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

1)地面自動(dòng)化控制中心。地面的監(jiān)控站主要設(shè)置在控制中心，借助監(jiān)控站對(duì)礦山井下的泵房設(shè)施進(jìn)行監(jiān)視和集中控制，主要的設(shè)施和設(shè)備有:工作站、顯示器、不間斷的電源，語(yǔ)音報(bào)警設(shè)備等。

2)傳輸數(shù)據(jù)的線路。現(xiàn)場(chǎng)的操控、單泵以及顯示裝置和主控設(shè)備間主要借助現(xiàn)場(chǎng)的總線對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

3)泵房監(jiān)控單元。這一部分主要由監(jiān)控分站，采集信號(hào)裝置，傳感器等構(gòu)成，主控站是井下控制通信的核心，發(fā)揮著監(jiān)控分站信息和地面控制中心信息傳遞和交互的作用，還可以借助現(xiàn)場(chǎng)操作顯示屏，為井下相關(guān)人員提供系統(tǒng)運(yùn)行的整體狀況［1］。對(duì)需要進(jìn)行控制的中央泵房系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其電控柜已經(jīng)擁有了微機(jī)綜合保護(hù)器，目前的一些手動(dòng)系統(tǒng)還需要增加控制的單元，整體的信息化設(shè)計(jì)在各個(gè)泵房中都設(shè)置通訊主站，各個(gè)泵也都設(shè)置分站，這一監(jiān)控主站能夠當(dāng)做泵房設(shè)備控制單元，地面控制中心的指令借助專(zhuān)業(yè)光纜或者以太網(wǎng)傳到通訊的主站和分站，并對(duì)相應(yīng)的動(dòng)作進(jìn)行控制［2］。

4)語(yǔ)音預(yù)警。語(yǔ)音預(yù)警主要包括地面控制中心和泵房的實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警，地面控制中心的語(yǔ)音報(bào)警可以實(shí)時(shí)全面的完成整個(gè)系統(tǒng)中的報(bào)警，借助工程師站對(duì)相應(yīng)報(bào)警設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。泵房語(yǔ)音報(bào)警主要根據(jù)泵房的實(shí)際狀況和需求，提前制定出語(yǔ)音報(bào)警的內(nèi)容，控制主站則對(duì)采集到的綜合數(shù)據(jù)展開(kāi)及時(shí)、有效的判斷，明確相關(guān)程序，并對(duì)報(bào)警的條件進(jìn)行設(shè)置，然后由系統(tǒng)相關(guān)程序?qū)?bào)警的內(nèi)容進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泵房的簡(jiǎn)介進(jìn)行播報(bào)以及各種用語(yǔ)的定制等［3］。

5)視頻的巡檢。這一環(huán)節(jié)主要由主控設(shè)備、專(zhuān)業(yè)的導(dǎo)軌和攝像儀以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等構(gòu)成，可以就地對(duì)攝像儀進(jìn)行控制，根據(jù)預(yù)設(shè)的目標(biāo)進(jìn)行移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳遞圖形的存儲(chǔ)并進(jìn)行監(jiān)視，可以按照預(yù)設(shè)的程序，自動(dòng)移動(dòng)對(duì)相應(yīng)的目標(biāo)，可以對(duì)圖像進(jìn)行變焦、拉遠(yuǎn)以及拉近等，并對(duì)攝像儀目前的位置進(jìn)行顯示。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

1)主控設(shè)備。泵房的排水自動(dòng)化主要使用分布式結(jié)構(gòu)，在礦山井下的泵房中設(shè)立礦用隔爆可編程的主控站，并配置相應(yīng)的礦用本安型集中控制操作臺(tái)，進(jìn)而對(duì)泵房中的各個(gè)設(shè)備集中進(jìn)行控制［4］。每臺(tái)泵都要設(shè)立礦用隔爆本安型綜合接入網(wǎng)關(guān)，地面需要設(shè)置工程師站，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和設(shè)備，雙機(jī)熱備，對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示，并對(duì)系統(tǒng)的故障和報(bào)警點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行播報(bào)，保留完整的記錄，以便后續(xù)查詢(xún)以及報(bào)表的打印等。

2)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。井下控制主站是系統(tǒng)核心，能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行通信，并接受工程師站下達(dá)的各種命令和各種參數(shù)的設(shè)置，對(duì)現(xiàn)在存在的多余數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行反饋，然后借助井下集中控制平臺(tái)，主控站發(fā)送相關(guān)的命令，由主控站對(duì)整個(gè)程序的流程進(jìn)行具體執(zhí)行，還需要在集中操作控制平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)的各種信息進(jìn)行顯示［5］。和各個(gè)泵網(wǎng)關(guān)進(jìn)行總線的通信，主站和各個(gè)泵網(wǎng)間能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行雙向?qū)崟r(shí)傳遞。此外，系統(tǒng)的供電借助礦用隔爆型設(shè)備，不間斷的提供電流，進(jìn)而為整個(gè)系統(tǒng)中的主控設(shè)備提供持續(xù)的電流。

3 系統(tǒng)控制的方式

排水自動(dòng)化系統(tǒng)控制的主要方式有4種:就地手動(dòng)、就地自動(dòng)、遠(yuǎn)程控制和無(wú)人值守。第一:就地手動(dòng)方式，主要使用手動(dòng)進(jìn)行操作，是由井下的相關(guān)人員按照生產(chǎn)的需要和設(shè)備運(yùn)行狀況，借助對(duì)操作平臺(tái)中的按鈕進(jìn)行操作，進(jìn)而使設(shè)備啟動(dòng)或者停止［6］;第二:就地自動(dòng)，主要是在操作平臺(tái)中發(fā)布了啟動(dòng)的命令，水泵電動(dòng)球閥和閘閥以及電機(jī)等都會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的流程進(jìn)行啟動(dòng)，在集中控制操作平臺(tái)下達(dá)停止的命令之后，使閘閥關(guān)閉，電機(jī)也得到停止;第三:無(wú)人值守，這是系統(tǒng)按照水倉(cāng)中水位的高低和用電的時(shí)間，對(duì)水泵進(jìn)行自動(dòng)化的啟動(dòng)和停止;第四:遠(yuǎn)程控制，這一方式水泵的啟動(dòng)和停止主要由地面進(jìn)行控制，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化和無(wú)人值守，還可以在遠(yuǎn)程與手動(dòng)之間進(jìn)行切換。

4 系統(tǒng)的功能

1)故障停泵。首先，水泵如果在自動(dòng)化控制下進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，其工作在出現(xiàn)故障后，計(jì)算機(jī)就根據(jù)預(yù)先設(shè)置的停泵流程，自動(dòng)對(duì)水泵的運(yùn)行進(jìn)行停止。而且，水泵如果在檢修工作模式下進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，在出現(xiàn)突發(fā)故障需要及時(shí)進(jìn)行停泵時(shí)，就要按照下面順序進(jìn)行操作:同時(shí)關(guān)閉管路手動(dòng)的閘閥，禁止閥門(mén)在開(kāi)通部位停機(jī)，在閥門(mén)關(guān)閉到指定位置后，就要停止電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行［7］。不管水泵使用何種方式運(yùn)行，在遇到故障并需要緊急進(jìn)行停泵時(shí)，相關(guān)人員需要按下急停按鈕。在出現(xiàn)故障并停泵之后，就要對(duì)故障出現(xiàn)的原因進(jìn)行仔細(xì)檢查，然后向上級(jí)匯報(bào)，在故障修好之后，就要按下故障復(fù)位按鈕，進(jìn)而使系統(tǒng)得到恢復(fù)，為備用水泵的啟用做好相應(yīng)準(zhǔn)備。

2)自動(dòng)化控制。為了確保礦山井下的生產(chǎn)安全，保障系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，水位信號(hào)在自動(dòng)化管理中是很重要的數(shù)據(jù)參數(shù)。所以，系統(tǒng)在不同的水倉(cāng)設(shè)置了兩套超聲波水位傳感器，PLC把接收到的水量信號(hào)劃分為不同的水位段，并對(duì)單位時(shí)間內(nèi)不同水位上升的速率進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而對(duì)礦井通水量進(jìn)判斷，這一系統(tǒng)還能夠?qū)码娏髦颠M(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算負(fù)荷率，按照礦井的通水量與用電負(fù)荷，對(duì)一天中不同用電情況時(shí)水泵的開(kāi)啟進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)避峰節(jié)能目的。

3)用戶還可以在現(xiàn)場(chǎng)借助面板鍵盤(pán)修改系統(tǒng)的參數(shù)，還可以對(duì)水泵運(yùn)行時(shí)的電能消耗和運(yùn)行時(shí)間等進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，一般相關(guān)人員能夠及時(shí)的掌握水泵運(yùn)行狀況。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在礦山中，井下排水自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)具有重要的意義，能夠極大提高礦山的數(shù)字化、信息化水平，對(duì)整個(gè)礦山運(yùn)行的效率有很大的推動(dòng)作用，有助于礦山的安全生產(chǎn)。因此，需要引起相關(guān)人員的重視，不斷對(duì)其進(jìn)改進(jìn)與完善，切實(shí)發(fā)揮出自動(dòng)化控制的作用，提升礦山運(yùn)行的自動(dòng)化水平，促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

［1］張宇．礦山排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．電子制作，2014 (3):228－229．

［2］陳文勝，潘芳榮．礦山井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)方案［J］．科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2016(9):33－34．

［3］徐平，王景，陳強(qiáng)英．礦山井下排水自動(dòng)化系統(tǒng)研究及應(yīng)用［J］．華東科技:學(xué)術(shù)版，2014(9):489．

［4］劉昌碩．礦山井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)［C］//冀魯川遼晉瓊粵七省礦業(yè)學(xué)術(shù)交流會(huì)，2013．［5］曲德臣．礦井主排水系統(tǒng)全自動(dòng)化運(yùn)行模式的關(guān)鍵問(wèn)題研究［J］．礦山機(jī)械，2013(10):139－141．

［6］周獻(xiàn)．礦山井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］．成都:電子科技大學(xué)，2012．

［7］郭永盛．分析礦山排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．中國(guó)科技縱橫，2014(7):51．

On Automation Control Design Underground Drainage System

LU Ranni
(Electronic Engineering Institute of Xi’an Aeronautical Polytechnic Institute，Xi’an，Shanxi 710089，China)

In the process of modernization，ore resources have played an important role in drainage system underground，including automation control．We think it is a good reference for mine construction and the safety in mines if a good discussion continues．

Mine;Underground drainage system;Automation control

TD636

B

10．14101/j．cnki．issn．1002－4336．2017．01．046

2016－12－16

路染妮(1980－)，女，陜西周至人，講師，研究方向:自動(dòng)控制及太陽(yáng)能控制領(lǐng)域，手機(jī):15029578041，E-mail: 29433404@qq．com．