煤礦固定設備機房的無人值守研究

王曉宇

摘要：隨著自動化控制技術日趨成熟，煤礦大型固定設備的控制已經由PLc控制逐步取代了繼電器控制。本文就以煤礦變電所、水泵房等設備為主要的研究對象，對煤礦井下固定設備機房、機電設備硐室、永久大巷的機電設備自動化控制和無人值守進行研究分析。

關鍵詞：固定設備 自動化控制 無人值守

一、引言

近年來，政府、社會、企業都十分重視安全生產工作。煤礦作為高危行業，其安全生產水平一直受到廣泛關注。在全國煤炭行業“去產能”的大背景下，煤礦企業提出了“減人提效”的理念，煤礦在實現機械化的同時，要考慮實現自動化控制，從而達到減人提效的目的。目前，全國有部分礦井通過建立機電設備的遠程監控平臺實現了對礦井供電、主排水、主皮帶機、壓風機等設備的自動化控制。

二、井下變電所無人值守建設

要實現井下變電所無人值守，首先要將供電設備全部實現遠控，這就需要在地面設立電網監控平臺，在井下各變電所或配電點設立電力監控分站，利用井下千兆環網實現地面監控中心和井下各變電所設備的通訊。

1.搭建通訊平臺，作為現在和將來的公共通訊平臺;另外，還要建設公共的終端調度平臺，以實現所有自動化子系統的集中監視、集中控制、集中調度和集中管理。電網監控軟件平臺采用分布式組網，真正做到集中式管理;采用模塊化設計，每個功能都作為一個獨立的子系統模塊，既可以獨立運作，也可以融合為一體，成為一個完善的綜合化業務系統;系統全網絡化，所有通訊均以IP方式通過網絡互聯傳遞：可以為系統提供實時的雙熱備，提高系統的可靠性和穩定性。

2.所有的子系統在建設的時候都要考慮實現數字化和網絡化，以最大限度地實現通訊平臺和調度平臺的資源共享，實現自動化子系統的平滑無縫接入。

3.平臺搭建的同時，考慮留有較為充分的接口，以便逐步實現全礦井綜合自動化。

4.只有子系統相對獨立，才更利于子系統的維護和安全運行。在調度中心層面實現不同子系統之間的信息共享和綜合利用，實現最大限度地提升子系統數據利用率，提高生產調度效率。

5.整個綜合自動化要進行整體規劃，子系統建設和接入可以分布實施。這樣，符合礦井自動化建設的實際。將井下、地面供電系統納入一套監控平臺，實現地面井下供電系統“管控一體化”。

6.建設效果。

（1）供電系統運行正常時：實時進行狀態監測，實現地面及井下變電所無人值班，提高安全運行水平和供電管理水平：

（2）完善的供電系統保護：采用分布式智能速斷保護原理，徹底消除越級跳閘;防電壓波動時大面積停電。

（3）供電系統運行故障時：快速定位故障，提高故障處理效率;供電系統運行故障后：快速恢復送電，縮短停電時間;

（4）變配電所具備視頻聯動監控功能是實現無人值守的基本條件：安裝球型帶云臺的礦用高清彩色攝像儀，實時采集、存儲、傳輸現場的圖像等，進行遠程調焦等控制操作，能夠與電力監控系統一起進行聯動切換。

三、水泵房自動排水無人值守建設

目前，煤礦井下排水設備的日常開、停操作及水泵的切換運行仍需人工操作完成，由于操作人員的素質不等，常出現因崗位工脫崗、睡崗造成設備損壞或水淹巷道的現象。同時也出現過因為對操作規程掌握不全，操作順序錯誤造成的設備損壞。通過水泵房的自動排水建設將大大降低因為人為因素造成的安全隱患。

1.通過對中央水泵房的改造實現水泵房排水系統的組態監控及無人值守功能。達到技術功能先進、運行可靠穩定的目地。通過已有環網系統直接接入地面礦調度中心系統，為礦標準數據中心及調度留設端口。通訊協議使用國際標準協議，具有開放性，實現數據共享。支持礦井4G、5G功能發展需要，便于后期4G、5G網絡實施后完美對接。

2.水泵房內通過隔爆兼本質安全型可編程控制箱、集中操作臺對水泵的礦用隔爆兼本安型一體式電動閘閥、射流泵總成、傳感器、在線監控系統等進行監控，顯示水泵及相應的電動閘閥的各種工作狀態并實現遠程控制操作，但要保留半自動控制、手動控制的功能，防止自動控制系統故障后無法啟動水泵。在井下水泵房和地面水泵房控制中心均能實現中央水泵房水泵、電動閥門和電動球閥的啟停，實現水泵房控制的無人值守功能。

3.通過在井下水泵房內安裝礦用本安溫度傳感器、礦用本安煙霧傳感器和礦用本安熱釋傳感器，實現對中央水泵房的溫度監測、煙霧監測、門禁監測。實現預警、環境、門禁、語音、視頻聯動功能。

4.水泵房無人值守中各種數據的互通互聯，上下位機可以實現所需監控功能，可以通過變電所的電力監控分站，利用光纖環網，將數據上傳至地面。視頻信號需實現上傳、存儲功能，達到工業視頻信號與水泵監控信號“共纜不共纖”。

5.建設過程中注意充分尊重原有水泵系統關聯設備（如離心式水泵、防爆電動機等）的選型，盡量與已經選型的設備進行配套，以減少不必要的重復投入。充分利用礦井已經建立的工業以太環網網絡系統的思路，采用就地就近的原則，新的監測監控系統的擴展和監測監控設備、儀器的就近接入該網絡，本次系統建成后將是網絡系統中的一個站點，今后可以直接接入到自動化調度系統中。能夠與電力系統進行有機的結合，對礦用隔爆高壓軟啟動開關能實時監測電流數據，并根據發出的報警信號進行停機控制。水泵監測監控系統的數據，直接通過工業以太環網傳輸和匯集，形成一個統一的監測監控數據庫。

6.建設后的完成的系統功能。

（1）建設后的系統在調度中心操作屏上實時監視泵房水位的變化、水泵及其附屬設備的運行狀況，對每臺泵正常運行時的電流、電壓、壓力、流量、參數變化的時間等進行收集，形成泵組正常運行數據組，系統會根據泵組運行狀態實時更新數據組，并與常規運行時參數進行比較，當數據波動異常時，系統會及時發出警告信號，能夠早期發現系統中存在的設備故障，起到早預警早處理的功能。實時顯示水泵運行過程的圖形化界面，生成曲線圖、以及報表供查詢和歷史數據查詢等功能。

（2）在調度中心實現遠程監視和控制井下的各泵房的水泵，并且具有井下自動，遠程操控，一鍵啟動，手動四種工作模式。系統自動可以判斷水位以確保預設的水泵啟動，并在到達低水位時自動停泵，出現故障自動報警嚴重時自動停泵。同時也保證能夠退出PLC控制，人工使用操作箱對相應的水泵進行排水操作。

（3）保護功能環節

電氣保護：排水自動化系統可以通過與采集電流、電壓等信號及相應的故障信號，當泵組電壓異常、運行電流偏低或有故障信號來臨時，系統會自動關閉排水閘閥，防止總管水倒流。

流量壓力保護：水泵啟動后在正常運行過程中，如流量、排水壓力、真空壓力、電流達不到設定值時，系統會綜合考慮相關聯參數，給出相應判斷是否掉水，發出故障報警并停機，系統會自動轉換下一臺機組工作。

超限保護：當電機定子、軸承溫度，水泵軸承振動、溫度信號異常超限時，系統會發出故障報警并停機，系統會自動轉換下一臺機組工作，當前泵組需故障確認排除后，才能再次進行自動啟停序列。

（4）要考慮到以后的擴展空間，本次設計的數據余量盡量大。

（5）通過在泵房內安裝的固定高清攝像頭，礦用隔爆型網絡攝像儀，單模光纖，能夠通過光纖進行信號傳輸，信號穩定、成像清晰，通過千兆網絡可實現在現有上位組態軟件Wincc中顯示視頻畫面，反映井下泵房設備運行狀況。

四、無人值守系統在煤礦應用前景

煤礦大型固定機房的設備，比方說空壓機、主通風機、主要運輸皮帶輸送機等實現以PLC控制系統為核心、電力監控后臺、工業電視監控部分組成自動化控制系統，通過采用各類傳感器將設備運行參數進行采集，采用智能集控系統，代替固定人員值守，在系統中設置故障診斷，實現大型固定設備的智能監測監控和人員巡檢。大中型煤礦綜采工作面基本實現了遠距離集中供液、設備列車集中供電、刮板輸送機和采煤機的閉鎖聯動控制、工作面視頻監控等。在此基礎上通過搭建通訊平臺，將以上系統數據進行整合，應用智能控制技術，再配合目前比較成熟的液壓支架電液控制系統，完全可以實現無人化開采，打造無人操作采煤工作面。

五、結語

推進煤礦自動化、智能化無人值守系統改造是煤礦企業實現減人增效、降低礦工勞動強度的現實需要?！盁o人則安”、“少人則安”。同時井下實現無人值守，能夠有效降低礦工的勞動強度，減少下井人數，節約人工成本，真正實現減人提效的目標。