井下排水自動化監控系統在礦山的應用

白鵬

摘要：礦井作業中，如果產生地下涌水的問題，就會嚴重威脅到作業安全。即便是礦井下有滲漏的現象，也會影響礦井作業。如果滲漏嚴重，就會使礦井被淹沒，對井下作業人員而言會直接危及到他們的生命。目前多數的煤礦井下依然會采用排水系統人工操作的模式，井下水位報警設計也非常簡單，加之管理水平較低，就必然會給礦井作業埋下隱患，影響礦井的產出效益。隨著信息時代的發展，井下排水系統采用了可編程序控制技術。這種技術是通過微處理器的運行，對礦井實施自動化監控。本文針對井下排水自動化監控系統在礦山的應用進行研究。

關鍵詞：井下排水 自動化技術 監控系統 礦山

中圖分類號：TD442 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5349（2017）08-0191-02

中國的科技領域呈現出突飛猛進的發展態勢，隨著信息技術滲入到煤礦企業的礦井作業環節，實現了礦井生產的自動化運行。在礦井作業過程中，會由于多種因素的影響導致井下滲水，作業擱置。如果滲水嚴重，甚至產生涌水的現象，就會危及到礦井作業人員的生命。為了保證礦井生產質量的同時，提高井下作業的安全系數，就要將信息技術充分利用起來，將可編程序控制技術應用于礦井監控系統中，對井下排水作業實施自動化監控，可以確保礦井生產效率的提高，有助于促進煤礦企業更好地發展。

一、井下排水自動化監控系統所發揮的作用

井下排水自動化監控系統所發揮的功能體現在兩個方面，即用于井下生產運行的機械設備信息系統和用于排水自動化監控的信息系統。用于井下生產運行的機械設備信息系統是讓機械設備處于自動化控制狀態，包括微電子技術、微處理器技術都可以根據需要對機械設備進行控制。用于排水自動化監控的信息系統是對井下水泵進行管理的系統，使井下排水工作在自動化控制環境下完成。

排水自動化監控的信息系統主要采用的是可編程控制器，編程的接口為標準化設計，與任何的接口都能夠建立連接。[1]在硬件技術平臺上為分布式通信總線設計。隨著監測系統的運行，就可以對井下排水狀況進行現場檢測，并按照指令進行操作控制，排水工作可以自動完成。

二、井下排水自動化監控系統的基本性能

（一）井下排水自動化監控系統具有較高的穩定可靠性

可編程序控制器在運行中采用兩種控制模式，這些控制模式可以根據監控系統的運行需要進行轉換，以使監控系統達到良好的運行狀態。如果信息在遠程傳輸中，通信點遭到了阻斷，就需要將信息控制模式轉換為本地模式。井下排水自動化監控系統可以實現對井下的全面控制，對井下的任何位置都不會有所疏漏，當發現異常狀況，警報系統就會啟動。

（二）井下排水自動化監控系統采用光纖技術進行信息傳輸

井下排水自動化監控系統在信息傳輸中所采用的光纖技術。與傳統的信息傳輸相比，光纖技術可以快速地進行信息傳輸，而且可以獲得良好的傳輸質量。可編程序控制器是在VC.net 編程技術的支持下使得監控系統的運行效率有所提高，而且安全可靠。運行程序具有通用性，進行再次開發時，不僅可以提高系統的利用率，而且可以降低成本。對于用電高峰階段和低谷階段的電價計算，通過運行計算機的計算軟件就可以獲得精確的結果，使水泵所消耗的能量降低，達到經濟運行的效果。當水泵處于持續運行狀態的時候，水泵啟動的時間、運行的時間都會累加，水泵的運行情況就會體現出來，而且水泵也不會由于長時間運行而導致疲勞損壞。井下排水自動化監控系統通過對水位報警進行設置，可以確保水位問題存在的時候進行自動調整，使水位控制在合理的范圍內。

三、井下排水自動化監控系統的分析系統

井下排水自動化監控系統的分析系統具有獨特的性能，對電動機的電流控制參數、軸承溫度控制參數、中央泵房中水倉水位的控制參數等，都可以通過監控系統反映出來，同時信息數據實現遠程傳輸。當信息傳輸中出現異常狀況，報警系統就會自動啟動。井下排水自動化監控系統能夠對遠程設備予以控制，而且還能夠用于在線監控傳感器、泵房等，包括帶式輸送機、網絡信息通信子系統以及因此產生的各種數據等，都實現了數字化顯示。

四、井下排水自動化監控系統的構成

（一）井下排水自動化監控系統的現場傳感器監測子系統

現場傳感器檢測子系統的傳感器是主要的構成部件，這些傳感器被安裝于不同的位置，可以對各個設備運行狀態信息進行采集，諸如水泵運行狀況、電動機運行狀況、水流量以及管道的壓力等，傳感器所傳遞的信息主要電流、流量、溫度、位置以及壓力等方面，所以，信息更具有合理性。

（二）井下排水自動化監控系統的采集前端數據以及控制設備

井下排水自動化監控系統運行中，所收集的前端數據以及對控制設備信息數據采集后，都傳遞給可編程序控制器。每個控制箱的旁邊都安裝有水泵，連接到中央轉換功能上，可以確保緊急情況下各種控制箱正常啟動。[2]水泵內部的數據用西門子ET200M分布式控制系統進行采集，輸入/輸出系統對各個子系統進行控制，之后使用可編程序控制器對各個子系統所傳遞的信息進行收集和控制。

（三）井下排水自動化監控系統的處理監視泵房數據子系統

井下排水自動化監控系統的數據處理中采用西門子CPU315-2DP可編程控制器，信息傳遞程序接口集成之后，可以確保16個中央處理器同時運行。使用可編程序控制器對所檢測的數據進行分析，可以將數據向工業控制傳輸，所有的傳輸信號在觸摸屏上都會顯示出來，根據信息情況發出指令，水泵的啟動指令和操作指令都會同時發出。

五、井下排水自動化監控系統的子系統建立

在網絡系統相同的情況下，系統運行會受到影響，甚至會導致癱瘓。采用井下排水自動化監控系統，通過運行不同的信息傳輸網絡，用PROFIBUS DP將可編程序控制器與西門子ET200遠程連接，用信息傳遞程序接口將觸摸屏與可編程序控制器連接，就可以對遠程信息進行有效傳遞了。以太網可以將工控機與可編程序控制器連接起來。采用這種連接的方式，就可以遠程通信網絡系統、自動化監控系統對井下排水實施有效控制。

六、井下排水自動化監控系統的操作方式

井下排水自動化監控系統的操作方式包括三種，即本地手控操作方式、全自動操作方式以及遠程手控操作方式。其中，本地手控操作方式就是根據井下的水位情況，采用手控操作的方法進行排水作業，對水泵都是采用手動控制的方式；全自動操作方式就是采用可編程序控制器對排水泵進行控制，對于水的存儲情況以及蓄水情況都可以自動控制，對水泵的啟動和停止也是系統自動操作；遠程手控操作方式就是工作人員通過使用電腦對控制泵進行控制，井下排水自動化監控系統在運行中可以對監控現場的信息進行收集，以光纖為載體將所獲得的信息遠程傳遞給控制器。

七、井下排水自動化監控系統的功能

（一）井下排水自動化監控系統的水泵自動輪換功能

井下排水自動化監控系統的水泵自動輪換功能，就是對實際用泵和備用泵之間根據作業需要進行輪換，井下排水自動化監控系統設計有自動旋轉模式，幾個水泵都可以按照這個模式運轉。當實際用泵無法正常運轉的時候，其他的水泵就可以啟動。在控制程序中，包括水泵的啟動時間、運行時間和停止時間都進行參數設計，水泵運行的頻率、流水線、系統操作等各項功能也都可以進行參數設置。當水泵運行的過程中，就可以按照預先的參數設置執行各項命令。如果水泵運行中存在故障，自動化監控系統還可以自動檢查，以提高故障解決的效率。

（二）井下排水自動化監控系統的水泵自動調度功能

井下排水自動化監控系統所發揮的水泵自動調度功能，是對水位控制泵的啟動情況進行檢測。主要的檢測內容為管道壓力的檢測、管道流量的檢測，電機運行過程中的溫度參數和流量參數的設置等，都對水泵的運行狀況具有一定的影響。如果水泵在運行中存在異常，井下排水自動化監控系統就會發出警報，要求水泵停止運行，啟動備用水泵。

水泵啟動的時間決定于供電時間，同時水位也是重要的影響因素。為了避免峰谷期對水泵運行產生的影響，還能夠最大限度地滿足降下排水需求，就可以在高峰時段和低谷時段采用干線控制。當谷期結束之后，將水位清空，當進入到高峰時段，就不需要排水，由此可以獲得更高的經濟效益。[3]如果出現水位告急，就需要立即采取措施排水。這就說明，無論是高峰時段還是低谷時段，都需要保持持續排水，以將井下水位控制在規定的范圍內。

（三）井下排水自動化監控系統的震動檢測

井下排水自動化監控系統采用技術先進的設備檢測震動情況，不僅是對速度的檢測，而且還具有很高的抗干擾能力。特別是遠距離的信號傳輸中，也可以獲得良好的檢測效果。如果水泵在運行的過程中存在故障，監控系統就會啟動發出警報。工作人員接到警報之后，就要立即到故障現場檢修，可以采用觸屏的方式明確具體的故障位置。另外，自動化監控系統還具有信息存儲功能，并將故障信息詳細地記錄下來。

八、結語

綜上所述，雖然礦山開采中，對井下作業已經普遍采用了自動化監控設備，但是由于自動化技術應用程度比較低，就會導致礦井的排水系統依然以人工操作為主。人工控制不僅工作效率很低，而且容易出現操作失誤，就必然會給井下作業造成安全隱患。為了提高礦井井下排水的自動化水平，就需要應用先進的計算機技術。可編程序控制技術的應用，提高了排水自動化監控水平。特別是根據礦井作業環境進行自動化監控系統設計，維護了井下作業人員的安全，而且還有助于提高煤礦企業的經濟效益。

參考文獻：

[1]劉江坡.邢臺煤礦排水自動化控制系統的應用[J].數字技術與應用，2015（3）：1.

[2]王軍，黃勇，張維可，陳有力，潘國軍.西馬煤礦井下排水自動化監控系統研究與應用[C].第24屆全國煤礦自動化與信息化學術會議暨第4屆中國煤礦信息化與自動化高層論壇論文集，2015.

[3]王光普，陸振新.智能化自動化控制技術在煤礦井下主排水系統中的應用[J].煤炭科技，2015（9）：33-34.

責任編輯：于 蕾