智能化自動化控制技術在煤礦井下主排水系統中的應用

劉志寶

摘要：煤炭作為當今世界主要能源供給，其開采生產過程的效率和安全一直是煤礦行業關注的重點。改革開放以來，我國的煤炭產量持續快速增長，在當前的煤礦開采生產過程中，井下主排水系統是一項十分復雜的工程，通過在排水系統中應用智能化自動化控制技術，可以有效的提高井下排水效率，為煤礦生產的順利進行提供有力保障。文章通過分析排水控制系統的設計要求，并對智能化自動化控制技術在排水系統中的應用進行了簡要闡述，自動化排水系統對于提高煤礦生產安全和生產效率有著重要的實際意義。

關鍵詞：智能化自動化控制技術;煤礦;井下主排水系統

前言：

在目前的煤礦井下主排水系統主要由多級離心水泵，排水管路，水倉等組成。其中水泵在啟動前需要對吸水管進行充水作業。系統中的水泵啟停、閥門開啟及水位監測多為人工操作，控制系統也是較為傳統的電氣控制，智能化自動化程度較低。這就造成了井下排水作業操作難度大、排水作業效率低下以及生產安全難以得到保證等問題。在社會不斷進步的今天，人們對于煤炭能源的需要量還在不斷的增加，如何將智能化自動化控制技術應用于井下主排水系統當中，進而提高煤礦企業的生產效率，對于現代緊張的能源形勢顯得尤為重要。

1智能化自動化排水系統控制技術設計要求

1.1數據采集和監測設計要求

自動化控制主排水系統設計要求十分復雜，根據檢測和控制主體可以分為：水泵、水倉、主排水管以及相應電氣系統。具體的檢測控制項目和保護設計要求如下表一：

1.2控制功能的設計要求

根據實際的井下排水作業情況來看，其對于控制功能方面有以下幾點要求：

首先，控制系統應該設計有自動、半自動、手動及檢修四種控制模式，操作人員根據排水作業的實際情況，選擇最適合的控制模式，一般情況下來講，在煤礦正常運營的過程中一般選擇自動化控制模式。

其次，控制系統應該對常見的故障模式有一定的自診斷及應急處理功能，例如，如果排水系統中一個排水泵泵體溫度過高時，控制系統應能夠通過分析自行停止該排水泵工作，打開備用水泵進行排水作業，進而起到保護排水泵的功能，并及時向相關工作人員發出警報，提高故障處理的效率。

再次，通過運用計算機信息技術對控制系統進行遠程監督和控制，并將水泵運行狀態的實時信息發送至中央控制室的屏幕上，使操作人員可以充分的了解排水工作的實際情況，此外，還需要對主排水系統的歷史運行數據進行儲存和分析，分析結果能夠對之后的排水管理工作提供必要數據參考。

最后，通過對水倉的水位進行實時監控，當水位發生快速的變化時，可以利用調整水泵開啟數量的手段，精確調節水倉水位，進而保證生產安全。另外，通過對水泵運行時長進行統計，其統計數據對于后期的水泵維護有著指導性的意義。

2 煤礦井下排水體系自動化的設計方案

煤礦井下排水系統智能化及自動化設計方案，從設計主體上可以分泵房設計，排水體系設計和自動控制體設計三個方面。其中泵房設計是整個設計方案的基礎，同時也是設計人員的主要工作內容。自動控制系統設計的核心內容是計算機CPU 模塊設計，而遠程控制系統，以及針對各類部件的PLC控制柜，則是實現對井下排水系統運行狀況進行監控控制的主要手段。井下主排水系統在自動化控制模式下運行時，其運行控制過程全部由檢測儀器和自動化設備完成，沒有工作人員參與其中，控制的準確性和及時性得到了充分的保障。另外，當遇到特殊情況時，控制模式也可以根據實際需要調整為手動或者半自動，進而對排水系統進行必要的調整和維護。

2.1自動化控制系統軟件設計

在自動化控制系統的軟件設計包含設計層面，需要主要考慮主排水系統運行過程的操作方式，水泵啟停模式以及主水泵和備用水泵的數量。首先，在設計操作方式時，必須使其滿足自動化和智能化的基本要求，而且還能在發生突發狀況的情況下，進行不同操作模式之間的快速切換;其次，水泵的啟停模式設計需要充分考慮水泵的使用和維護特點，科學對水泵啟停程序進行自動化控制;最后，在水泵的數量設計時，要對煤礦井下排水量進行全面的了解分析，根據實際的的排水量需求設置水泵的數量，此外，還要在控制系統中預留一定數量控制通道，保證排水量發巨大變化有備用水泵和備用通道可以使用。

2.2自動化控制系統硬件設計

自動化控制系統硬件設計過程中，主要是需要考慮PLC型號的選擇和應用，以及PLC程序的編寫。根據煤礦井下排水自動化控制系統的實際情況，在選擇具體的硬件裝置時，以保證系統自動化程度為基本原則，同時還要兼顧硬件的穩定性和系統整體的經濟效益。

3智能化排水系統中水泵的控制程序

3.1水泵開啟智能化控制程序

水泵在接收到控制中心定的啟動命令時，其具體啟動程序如下;第一步，開啟真空泵對吸水管進行抽真空作業，并對吸水管內真空度進行檢測，真空度達到要求的情況進入下一步驟，如果真空度不合格，則繼續進行抽真空作業直至真空度合格為止;第二步，啟動水泵并對管內水壓進行檢測，管道壓力合格后進入下一步驟，壓力不合格則保證水泵運行狀態直至壓力合格為止;第三步，當排水管子的水壓合格后打開電動閥門并關閉真空泵，水泵保持正常狀態運行。泵開啟智能化控制流程圖如下：

3.1水泵停機智能化控制程序

水泵的體積智能化控制程序相對簡單，在接收到控制中心的停機命令之后，第一步，關閉電動閥并檢測閥門是否關閉到位;第二步，如果閥門關閉完好則關閉水泵。

4智能化自動化控制技術應用的優勢

4.1提高生產效率

相較于以往的人工控制模式，智能化自動化的煤礦井下排水系統，基本上可以實現無人值守的主排水控制模式，并在在很大程度上降低了運行操作的難度、勞動強度以及運行故障率。通過科學的應用自動化技術能夠有效的提高煤礦企業的生產效率，進而降低其生產成本，增加企業的核心競爭力的同時，對我國的能源供給提供有力支持。

4.2保障生產安全

智能化自動化控制技術通過對水泵、真空系統以及管道系統進行傳感器監測，并根據檢測結果對其進行PLC精確控制，可以實現對整個排水過程的實時檢測控制。此外，當水倉水位、電流、排水管水壓超出預警范圍時，能夠及時的向相關工作人員進行報警。通過以上手段可以有效的保證煤礦生產的順利進行，這就對生產過程安全控制有非常重要的意義。

4.3分析數據提持續改進

通過運用大數據技術，采集排水系統中的歷史運行數據與故障報警數據，并對數據進行儲存和分析，根據分析結果相關管理人員可以對排水系統中的不足作出相應的改善措施，此外，利用控制系統的顯示功能，可以將設備的實際運行狀態及時的反饋給相關工作人員。工作人員通過歷史分析數據對比可以有效對排水系統故障進行預判，并采取緊急的控制措施。這對保證排水系統的正常運行和持續改進有著重要的非常實際作用。

4.4有效的保護設備

通過對排水過程中的相關設備的實施監控，可以及時的把握設備狀態，以便及時的對設備進行維護保養，通過定期的檢修和維護提高設備的運行穩定性，能提高其對于突發漏水事故的處理能力。另外，及時的保養還可以延長設備的使用壽命，進而更加有效的控制生產成本。

6 結語

隨著我國供給側改革的推進，以及今年對于安生生產的重視程度不斷提升，煤礦井下主排水系統因為其本身具有較強的復雜性和對于安全的重要性，而受到了越來越多的關注，如何在煤礦井下主排水系統中科學的應用智能化自動化控制技術，是煤礦保障企業生產安全和提升生產效率的重要手段。筆者通過自身實踐，分析了智能化自動化控制技術應用的優勢，并在在其設計要求和控制程序方面發表一定的見解。

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