礦井下主排水泵房的自動化控制探討

薛鑫剛

摘 要：以往礦井排水多借助人工操作的形式進行排水泵啟停控制，不僅無法做到對排水時間、排水量的合理控制，亦對排水設備作用的發揮產生限制，并在一定程度上威脅到井下開采作業的安全性，需通過設計自動化控制系統來優化排水泵控制。本文以某礦井為例，重點研究主排水泵房的自動化設計。

關鍵詞：泵房;自動化;主排水;控制

某礦有著較大的用水量，其建井時間較長，為保障其排水效果，建井階段選擇大功率的排水設備。而以往手動啟停方式的應用無法發揮出大功率排水設備的作用與能效，無法進行排水時間與排水量的合理控制，進而限制著礦井下開采作業的效率與質量。為進一步提升主排水系統通知效果，該煤礦選擇進行主排水泵房的自動化改造，以期通過融合自動控制技術實現對泵房的遠程自動控制。

1 泵房排水管網設計

該煤礦視情況設置5臺主排水泵，其中1臺水泵處于檢修狀態，3臺處于備用狀態，1臺處于運行狀態。為保障主水泵效用的發揮，選擇設置獨立吸水管道，且配置射流泵進行泵腔的抽排，具體排水管道設計如圖一所示。

2 水泵自動控制系統設計

2.1 自動控制系統構成

自動控制系統按操作位置劃分，具體囊括井下控制站與地面操作站兩部分，為達到遠程控制的目的，采用工業以太網進行井下控制站與地面操作站的連接。分析井下控制站的設置，涉及到對PLC控制器的應用，視井下實際情況合理設置主站控制器，可實現對泵房內排水泵、閥門、水倉水位、電動機等參數的全面監測與控制，依據對水位高度、水泵運行狀態、電動機參數、閥閘狀態等數據的收集與分析，進行水泵的自動化控制[1]。所收集的數據信息及其控制信號經以太網傳輸至地面操作站。同時，為便于水泵房維護工作的開展，井下控制站設置電子顯示屏，顯示面板與監控系統連接，實現利用顯示面板直觀呈現出水位、電機定子溫度、排水量、電機電流、水泵軸承溫度等參數，以便維護人員全面掌握排水泵系統的運行狀態。而針對自動控制系統的設置，需要依托于編程技術的應用，提升控制系統的簡便性與靈活性[2]。分析自動控制系統的硬件構成，囊括顯示面板、執行裝置、編程裝置信息以及采集信息裝置等（如圖2）。

2.2 自控系統功能

自控系統具體程序功能囊括自動控制、數據上傳、數據采集、故障報警等功能，具體為：

2.2.1 數據采集與檢測

以PLC控制器為依托進行數據的檢測與采集，運行期間水倉水位通過超聲波水位計連續檢測，然后利用PLC進行水位變化信號的處理，依據對水位數據的分析自動化控制水泵的啟停。結合對主排水傳感系統的設置，充分利用傳感裝置進行電機電流、電機溫度、軸承溫度、排水管流量數據的采集，并通過數據分析掌握電機、水泵的實際運行狀態。水倉水位的監測主要是利用水位感應裝置，運行期間感應裝置會將監測信號轉變為數字訊號，經以太網傳至PLC[3]。該煤礦主排水自控系統設置中，共設置4個水位閥值，以H1、H2、H3、H4來代表不同閥值。

2.2.2 自動控制

PLC系統組成包括數字量I/O、通訊口、模擬量輸入等模塊，具體運行期間，控制系統的自動控制功能體現為：依據對水倉水位的數據的采集與分析，進行水泵的自動化調度，視情況發出水泵啟動、水泵關停指令，以此達到水泵自動控制的目的，避免因水位過高而影響到井下開采作業。井下水位信號是決定水泵啟停的重要參考因素，所以為達到實時、精準的監測井下水位情況，選擇將超聲波水位傳感裝置分別安設于主副水倉。此時PLC接收的水位信號，會以多個水位段進行體現，以此為依據計算各個水位段的具體水位上升速率，通過分析比對明確掌握礦井下具體的涌水量。另外，自控系統還涉及供電電流值的檢測與控制，運行期間依據對水泵運行信息的采集，精準計算除水泵的用電負荷，結合對礦井涌水量、時間的掌握，將水泵開啟時間控制在電價最低時段，錯開用電高峰時期，在降低礦井開采成本的同時，達到精準控制水泵運行的目的[4]。

2.2.3 故障報警

井下控制站與地面操作站相連接，操作站內設置電子顯示屏，可實現對井下水泵、閥閘、電機運行狀態的實時、全面監控。并且運行期間通過程序編程，對超出標準要求的異常現象進行預警，如水泵運行出現異常，此時系統會自動聲光報警，告知操作人員故障問題的成因與位置，實現第一時間解決自控系統運行存在的問題。

2.2.4 數據上傳

控制站操作屏與井下控制站PLC之間采用485協議通訊連接，并在通訊期間實時傳輸水泵機組的具體運行狀態參數信息，通過就地顯示設備運行狀態信息來強化系統維護工作的開展。而針對控制站與地面操作站的連接，則是利用井下光纖將機組狀態信息傳輸至操作站顯示屏，其信息會以圖形、曲線等形式進行直觀體現，促使管理人員遠程掌控地下水泵機組的運行狀態。同時，上傳的數據信息會納入到數據庫中，為后續水泵機組運行維護提供數據支撐。

3 結束語

主排水泵房自控系統的應用取得可觀的成效，運行階段始終處于穩定、可靠的狀態，通過對泵房水位的在線、實時監測實現對水泵的自動化控制，做到在合理控制水泵機組的同時，錯開用電高峰來削峰填谷，顯著提升水泵控制有效性，達到降低企業控制成本的目的。

參考文獻：

[1]張鑫.基于PLC的煤礦排水系統自動控制研究[J].黑龍江科技信息，2014（02）：138.

[2]徐振超.井下排水泵自動化控制系統設計分析[J].能源與節能，2018（11）：113-114.

[3]霍云華.淺論煤礦井下主排水泵房自動化監控系統的設計與應用[J].工程技術（文摘版），2016（9）：23.

[4]陳欣，黃英英.主排水泵自動化控制系統在新上海一號井的應用[J].陜西煤炭，2014， 033（002）：123-124，127.