煤礦井下排水自動化控制系統的結構和功能特點

閆宇翔

（山西省古交市西山煤電東曲煤礦， 山西 古交 030200）

引言

煤礦自動排水系統選擇控制系統時，必須在考慮到當前工業電子技術發展的基礎上，考慮到控制系統的先進性、可靠性、可擴展性、模板化設計和易操作性等原則，并將其應用于工業安全領域，此外，還應考慮控制系統的成熟性以及生產廠家的質量控制水平等[1]。

1 煤礦排水自動化控制系統的結構特點

煤礦排水自動化控制系統的結構如圖1所示。如圖1所示，該系統分為功能擴展模塊、控制模塊、控制模塊、顯示模塊、網絡模塊以及斷電保護模塊。

1）擴展模塊。擴展模塊必須具有良好的容量和接口，可以很方便地對系統進行擴展。

2）控制模塊。控制模塊必須具有遠程啟停、故障檢測以及系統測試功能，可以根據地面控制中心的要求進行操作模式的轉換。

圖1 煤礦排水自動控制系統框圖

3）顯示模塊。顯示模塊能夠對煤礦排水自動控制系統中收集的數據、系統中設備的工作狀態、系統的工作進度以及系統運行預測的結果以顯示的方式向控制人員進行展示，方便控制人員對系統的監測和干預。

4）網絡模塊。煤礦排水自動化控制系統可以跟煤礦的其他自動控制系統進行整合，共同組建煤礦工作局域網，能夠供煤礦安全生產部分、煤礦生產調度部門、機械維修部門以及地下工作面指揮部門隨時掌握系統的運作情況。

5）掉電保護模塊。為了防止系統因為突然斷電造成控制失控以及控制中心數據的丟失，煤礦排水自動控制系統采用備用電源USP設備模塊對自動控制設備的用電進行斷電保護，這套備用供電模塊能夠保證供電網絡在斷電2 h內煤礦排水自動化控制系統及其附屬的探測系統能夠安全運行[2]。

2 煤礦排水自動化控制系統的控制方式

1）遠程控制。遠程控制是管理人員和調度人員通過相應權限的控制系統，通過地面控制室的控制系統遠程操控礦井下排水水泵的啟停工作。控制的方式目前主要以網絡控制為主。地面的控制人員在日常只是負責對礦井自動排水系統的工作進行監控，只有非正常或者維修環節才對礦井自動排水系統進行干預。

2）自動控制。自動控制是控制系統PLC根據探測系統收集到的數據，設定的工作邏輯程序自動控制礦井下排水水泵的啟停工作。在礦井自動排水模式下，自動控制是排水自動化控制系統的日常工作。

3）手動控制。手動控制是礦井下的工作人員根據礦井的水情以及自動排水系統的工作況狀，通過手動的方式對煤礦排水水泵進行控制。手動控制一般被應用在緊急或者維修等非正常工作場合[3]。

4）維修模式。維修模式指的是為了對自動排水中的管路和水泵進行部分維修和維護時，臨時啟停某個排水系統、排水管路或者排水水泵。維修模式需要在保證排水系統部分停止的狀況下，自動排水控制系統能夠繼續控制整個排水系統的正常運行。

3 煤礦排水自動化控制系統的基本功能

控制系統基本的控制功能是根據礦井下地面的水量情況，采用控制系統中的探測系統對煤礦礦井下的水量進行反饋，反饋的數據經過控制系統的邏輯解析，然后根據煤礦自動排水系統的工況、運行時間、煤礦電網負荷以及地下水情等綜合信息情況，通過控制系統的控制邏輯軟件實現對地下排水本群的連鎖啟停，對啟停過程中的設備工作參數和煤礦地下水的水量進行在線監控，并對系統控制和運行的控制參數進行存儲、整理和自動報備[4]。具體如下：

1）電力負荷調節。煤礦需要排水的水量往往很大，大量的排水需要占用大量煤礦電網的用電負荷，如果用電負荷控制失誤，那么將會使整個用電網絡崩潰。而煤礦排水自動化控制系統卻能在分析電網的波峰、波谷的時間的基礎上，對礦井下滲透的水量進行檢測和預測，并根據電網的負荷狀態，在保證電網不超負荷的基礎上保證煤礦排水工作的有序進行。如果在緊急狀態下，或者預測排水工作和電網負荷相沖突時，煤礦自動化控制系統有權限切斷煤礦其他方向與安全生產無關的用電，比如地面上的洗選用電、裝卸用電等等。

2）水位監測邏輯化。煤礦排水自動化控制系統能夠根據水位的高低準確地對排水系統發出啟停的命令，如監測水位達到1擋時，控制系統可以根據煤礦電網的用電負荷靈活決定水泵的啟停時間，如果這時候處于用電波谷時，電網負荷余量比較大，煤礦排水自動化控制系統可以決定排水水泵立刻啟動。如果處于波峰時，這時候煤礦排水自動化控制系統可以根據波峰預測的時間，決定暫緩啟動，或者部分啟動。當監測水位的數值達到Ⅱ擋時，則不論電網的負荷如何，立刻對水泵進行開啟，并時刻對電網中的負荷進行檢測，對影響電網負荷的其他方向的非安全用電進行控制。如果檢測水位的數值到達Ⅲ擋時，煤礦排水自動化控制系統除會同時開啟所有排水水泵之外，還會開啟部分或者全部的備用水泵，并向控制中心和煤礦地下工作的所有人員發出警報。

3）及時通訊。煤礦排水自動化控制系統配有以太網通訊模塊和光纖以太網交換機等網絡設備，可以通過光纜將中央泵房內水泵機組的運行狀態、參數、故障信息以及現場視頻等信息上傳到地面控制室，地面控制室再將這些信息發布到煤礦局域網上。被授權的管理人員只需通過IE瀏覽器登錄，就可以在任何一臺連接局域網的計算機上進入用戶界面。再用戶界面中可以查看到井下排水系統設備的所有實時運行數據、工作狀態、故障信息及現場視頻等，從而全面了解現場設備的運行情況，同時，根據授權等級的不同，高等級用戶還可以遠程啟停設備，真正做到無人值守、安全運行，同時生成運行報表，便于存檔管理。

4）故障報警及歷史記錄。當某設備發生故障或者運行參數超出正常范圍時，煤礦排水自動化控制系統根據故障等級及時作出相應動作，并在現場和地面控制室同時發出語音、指示燈閃爍燈報警信號，提示相關人員及時排查故障。現場和地面控制室的顯示設備上具有完備的故障歷史記錄功能，方便管理人員查詢，從而為分析、判斷事故原因提供依據。

4 結語

煤礦排水系統的設計原則、結構特點、結構功能、控制方式以及系統的基本功能等是煤礦排水自動控制系統設計任務的前導，是從煤礦安全生產角度對煤礦排水自動化控制提出的總體要求，對后期進入控制系統的精細設計環節具有重要的指導意義。