礦山井下排水系統自動化控制設計

仰大江　李登輝

摘要：礦山井下排水的好壞決定著井下作業的安全情況，所以，保證礦山井下排水系統的正常運行是井下作業的前提，運用自動化控制礦山井下排水可以提高排水系統的可靠性和安全性提高，實現井下排水泵的遠程控制，減少員工的勞動量。本文通過分析礦山井下排水系統自動化控制的重要性，介紹了排水自動化系統的主要組成結構，提出了一種自動化控制系統的具體設計思路，并對自動化系統的功能做了介紹。

關鍵詞：礦山井下排水；自動化控制；設計

引言

礦山井下排水系統是采礦生產工程系統中的重要組成部分，隨著現代科學技術的不斷發展，礦山井下排水系統技術也得到了很大的提升。但是現在還有很多礦井排水系統用的還是人工監測，利用繼電器控制的方法，但是這種方法不但增加了采礦工作的工作量，而且工作效率低，存在人工監測不到位的情況。所以人工監測的方法在逐漸被淘汰，由自動化井下排水系統所取代并被廣泛推廣和應用。

1.礦山井下排水系統自動化控制的重要性

煤礦企業在采礦作業的時候，礦山井下排水的工作直接影響著礦下工作人員的生命安全，現在國內的煤礦企業在礦井中的中央泵房的操作大部分也還是依賴人工，自動化的水平還很低，這不但增加了煤礦企業的工人的勞動強度，也往往因為監視不到位的問題影響了井下作業的安全性和生產效率，如果把自動化系統加入到礦山井下的排水系統中，實現排水的自動化、智能化，就可以有效的解決此問題。自動化的井下排水系統可以把計算機監視和可編程控制器集合起來，不僅減輕了井下工作人員的勞動力，也提高了排水工作的穩定性和可靠性。礦山井下排水系統自動化控制改善了井下工作環境；提高了排水能力，保證了井下作業的安全性；保證排水設備的有效運行，提高了井下作業的生產效率。

2.排水自動化系統的主要結構

2.1地面自動化控制中心

地面自動化控制中心是負責礦山井下自動化排水系統的檢測和控制，控制中心也可以叫做地面監控中心，是通過對礦山井下排水泵房和排水設施進行監視和控制，主要是由計算機系統、泵房監控單元、UBS電源、數據傳輸線路和報警系統組成。

2.2泵房監控單元

泵房控制單元的主要組成部分是信息收集系統和控制站，控制站是地面監控中心和監控單元的信息交通樞紐。信息收集系統將收集到的信息通過主控站處理，將信息發送到地面控制中心；地下的工作人員可以通過檢測單元的顯示器，實時了解系統運行的整體情況。如果需要對排水泵進行控制的時候，地面控制中心會發出控制指令，指令通過傳輸系統到達泵房監控系統的控制站，控制站再把指令分別發到各個需要控制的泵，進而實現控制站的控制功能。

2.3語音警報

語音警報主要由地面控制中心警報和井下泵房實時警報兩部分組成。地面控制中心的警報系統負責整個井下自動化系統的報警，由相關操作人員或者設定好的程序，對收集到的報警信息做出判斷，根據判斷通過地面控制中心發出命令，反饋給地下檢測系統，監測系統的控制站再進行設備的驅動；泵房實時警報是依據井下泵房的實際情況，通過設定好的內容提前發出警報內容，也可以通過地面控制中心控制來發出警報。

2.4視頻的巡檢

視頻巡檢就是通過攝像儀對需要檢查的地方進行視頻的實時檢查或者檢測畫面的回放，主要由控制單元，專業攝像機，驅動電機或者固定導軌組成。控制單元通過設定好的程序控制驅動電機或者導軌，驅動攝像機按照需要的要求進行移動拍攝，把拍攝到的信息再通過控制單元傳送到地面控制中心，控制中心就可以通過顯示器實現遠距離的視頻監測，并可以通過控制器來實現對攝像機的變焦、移動等控制。

3.系統的具體設計

3.1系統的網絡結構

自動化排水系統主要使用的是分布式結構，礦山井下排水系統自動化的網絡結構是在井下的泵房中的每臺排水泵加入控制裝置，泵房建立可編程控制站和控制臺將各個排水泵的控制裝置連接，然后通過網絡傳輸系統，將這些控制站連接到地面控制中心進行集中控制。地面控制中心通過檢測系統將井下的情況數據實時反映出來，并對故障進行報警好記錄，可以讓專業人員及時得到信息并處理故障，同時記錄的數據也可以留作記錄方便以后的查詢。

3.2系統核心

井下檢測系統的控制站可以實時通信，是接受地面控制中心的指令和反饋井下檢測數據的信息交通樞紐，是整個礦山井下排水自動化系統的核心。地面的控制中心通過對各種檢測數據的分析計算，通過固定的程序對井下檢測控制站下達各種命令，控制站接受命令并把命令送到相應排水泵的控制器上，實現命令的具體執行，而且井下檢測控制站還可以把多余的數據信息反饋給地面控制中心。各個排水泵的控制器和井下檢測系統的控制站相連，把排水泵的信息顯示在井下檢測控制站的操作平臺，通過井下檢測控制站實現地面控制中心和各個排水間能夠對數據進行雙向實時傳遞。

4.系統的控制功能

4.1系統控制的方式

井下排水系統的自動化控制可以分為大體可以分為手動控制、遠程控制和無人自動化控制三種概念。手動控制就是在井下作業的工作人員根基當時的作業情況和設備自身運行情況，通過井下檢測系統的控制臺人為的改變排水泵運行狀態的操作；遠程控制操作指的是井下排水泵的運行狀態由地面控制中心進行控制，可以是遠程自動化控制和遠程手動控制兩種控制形式；無人化自動控制是系統根據檢測反饋的數據，進行智能分析，按照程序事先設定好的命令進行自動判斷，對水泵進行自動化的啟動和停止的控制。

4.2對水泵的控制

井下排水泵在自動化控制的情況下進行工作的時候，如果出現工作故障，控制中心就會根據檢測系統的反饋數據，通過事先設定好的程序，停止井下水泵的運行。如果是在水泵檢修過程中，需要排水泵臨時緊急關閉，就可以通過各個排水泵上的控制器進行控制，先把水泵的管道關閉，然后關閉水泵的電動機啊。不管因為什么原因，在遇到故障后如果需要將排水泵進行緊急關閉，就需要啟動控制裝置的緊急停止按鈕，排水泵在停止工作之后，要及時的對故障進行修復，并做好修復記錄，在故障修復之后，再啟動故障復位按鈕，讓水泵進入正常工作狀態，如果是長時間無法修復的問題，可以通過控制系統自動轉換到備用水泵進行工作。

4.3對儲水倉水位的控制

在自動化控制中，保障井下排水系統能正產運行、確保井下工作人員的人身安全的一個重要參數就是水位信號。自動化排水系統可以在各個水倉設置多個水位傳感器，可編程控制器可以把接收到的水量信息劃分為不同的水位段，還可以對不同時間的水位上升速度進行計算，通過設定好的程序對井下的通水量進行判斷，通過計算的結果，就可以自動控制一天內不同時間段的排水泵的運行情況，既提高了排水效率，也節省了排水泵消耗的能源。

總結語

由此可見，礦山井下排水系統自動化控制可以有效的幫助礦井生產系統實現自動化、智能化、科學化的管理，對采礦工作的安全穩定的運行有著非常重要的作用。本次礦山井下排水系統自動化控制設計運用的是可編程控制器原理對礦山井下排水系統進行改造，除了可以提高井下排水系統的工作效率，讓井下工作的安全系數得到提高，還能實現無人化控制，減輕工作人員勞動強度，促進采礦行業的發展。

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