煤矿井下排水系统自动化分析

韩志伟

（开滦股份吕家坨矿业分公司，河北 唐山 063106）

煤矿井下排水系统非常复杂，结合井下排水的需求，设计具有自动控制功能的排水方案，在PLC技术的干预下，实现自动化控制。井下排水系统自动化中需要深化软件控制，实时监控井下排水状态，提供有效实现控制自动化，保障井下排水系统控制的准确度，保障排水系统的稳定运行，以免过度浪费煤矿井下的用水资源，体现排水系统的节约特性。

1 煤矿井下排水系统自动化的设计方案

煤矿井下排水系统自动化的设计方案，主要包括中央泵房设计、自动监控系统及排水系统的自动监控三个方面的内容。

1．1 中央泵房设计

中央泵房是煤矿井下排水系统的核心，提供排水动力[1]。中央泵房内的各项设备处于配合工作的状态，目的是达到自动控制的状态，排水系统自动化的中央泵房设计中，比较常用的是单台水泵工作，以某煤矿井下排水系统为例，分析自动化控制下中央泵房的设计：（1）止水阀应该稳定的安装到排水管上，闸阀、电动装置等都要安装到位，支持中央泵房设计的手动和电动部分；（2）水泵出口处需要安装压力监测装置，如压力表，监控并传送水泵出口的压力，保障排水系统自动化的安全运行；（3）严格控制中央泵房各项设备的型号，不同型号的设备或装置，对应了不同的功能，中央泵房设计的过程中，还要着重审核设备型号，以免出现型号不匹配的情况，进而完善中央泵房的运行。

1．2 自动监控系统的组成

煤矿井下排水系统自动化的重点是监控系统。监控系统的中心是CPU模块、PLC控制柜以及远程系统。

自动监控系统由9个部分组成，全面监控排水系统的自动化运行。自动监控系统的组成部分主要包括：（1）水位监控：水位监控模块用于监控吸水井的水位，利用超声波液位仪收集吸水井的信号，实时反馈吸水井的水位变化；（2）开关柜监控，水泵启动时，开关柜内各项参数都会发生变化，参数信号由RS485传输到PLC控制柜，此时自动监控系统需要识别PLC控制柜内接收的信息，判断开关柜的运行是否正常；（3）闸位置监控，自动监控系统在闸门处安装了行程开关，行程开关会提供开关信号，同样传输到PLC控制柜内执行逻辑判断；（4）球阀阀位监控，其与阀位置监控的方式相同；（5）温度监控，排水系统内安装了温度探头，用于感应偏离正常温度的系统位置，如果系统潜在高温危害，温度探头会将此信息传递到自动监控系统内，提示温度过高并采取保护措施；（6）信号监控，自动监控系统以压力、负压为主，识别排水系统自动化运行的状态；（7）故障监控，此部分是自动监控系统的重点，PLC控制柜不断收集现场排水的信息，分析现场信息的状态，找出异常的参数，明确引起参数异常的故障；（8）水泵启停监控，井下排水系统的水泵，按照指令实现自动化启停，自动监控系统需监督水泵启停，防止出现不准确的启停操作；（9）停泵监控，供电高峰期间，煤矿井下排水系统需停止运行，此时自动监控系统需发送停泵指令。

1．3 排水系统的自动监控

煤矿井下排水系统自动化的运行，必须通过PLC实现监控。排水系统自动监控的方式主要有三类[2]。第一是全自动控制，完全由PLC控制柜控制，实现排水系统的自动化运行和自动监控，整个监控过程不需要人为参与；第二是就地控制，便于维护排水系统自动化的安全状态，保障各项排水设备的准确运行，其可规范排水设备的状态，不会发生误动的情况；第三是半自动控制，其可分为半自动调度室集控和半自动触摸屏集控两类，通过对应的端口完成对排水系统的监控操作。

2 煤矿井下排水系统自动化的软件设计

煤矿井下排水系统自动化的软件主要是指PLC的软件设计，因为PLC是可编程序的控制器，所以PLC的软件设计可以执行编译命令，对排水系统的自动化进行控制。

2．1 设计操作方式

煤矿井下排水系统的自动化，对PLC软件设计的操作方式有一定的要求。PLC软件设计中的操作方式，必须符合排水系统自动化的状态，保障操作方式的准确切换，PLC软件设计时，需要感应操作方式的状态，只有在停泵的状态下，才能进行操作方式的转化，如果水泵没有停止就执行切换，PLC会发出警报，提示操作人员误动。

2．2 设计水泵启停

水泵与煤矿井下排水系统自动化的安全存在直接的联系，煤矿企业非常注重水泵的启停控制，确保其出于安全的运行状态，避免影响排水系统自动化的运行状态[3]。PLC软件设计中，深化了水泵启停的设计，运用自动控制的方式，维持水泵安全启停的状态。水泵启停的设计内容有：（1）PLC软件接入地面监控中心，实时传送水泵的运行信息，远程监控水泵的启停工作；（2）保留PLC软件设计中的手动功能，作为水泵启停控制的备用；（3）PLC软件设计中引入就地自排的思想，监控水泵在排水自动化中的运行方式。

2．3 设计水泵台数

煤矿井下的排水量是一个不确定的数值，存在很大的变动特性[4]。PLC软件设计时需要监控井下排水量，根据井下排水量设计水泵的台数，还要考虑井下排水的用电时段，尽量降低用电高峰期的水泵台数。

3 煤矿井下排水系统自动化的硬件设计

煤矿井下排水系统自动化的硬件设计，相对软件设计要简单。硬件设计的内容体现在以下三个方面。

第一，是PLC选型的应用。PLC内存在可编写的程序，而PLC是一项硬件装置，需要根据煤矿井下排水系统自动化的需求，选择合适的PLC，通过PLC硬件装置，提升排水系统的控制能力，还要保障排水系统的安全性。

第二，是传感器分配的应用。井下排水系统的传感器类型较多，如：液位传感器、压力传感器、温度传感器等，传感器负责传输排水系统自动化的状态参数，降低排水系统监督的难度，保障自动监控系统的准确运行。

第三，是电动球阀的应用。煤矿井下排水系统自动化的规模较大，由此硬件设计中将电动球阀的选用归属为技术领域，致力于通过设计电动球阀，强化排水系统的密封性，进而加强排水系统自动化的控制能力，准确应用电动球阀，完善排水系统自动化的监控与运行。

4 结束语

煤矿井下排水对自动化水平的要求比较高，传统的排水方式存在严重的缺陷，严重浪费排水资源，不利于煤矿整个排水系统的运行，所以煤矿企业针对井下排水系统实行自动化的设计，运用PLC、自动控制的理念，强化井下排水系统的自动化，一方面优化排水系统的自动化运行，另一方面监控排水状态，促使井下排水的状态达到最佳，最大程度的控制排水效益。

［1］李强.煤矿主排水监控系统的设计及应用[D].太原理工大学，2010.

［2］赫飞，张鹏，汪玉凤.基于PLC的煤矿井下排水系统的设计[C].全国冶金自动化信息网，《冶金自动化》杂志社.

［3］自动化技术与冶金流程节能减排——全国冶金自动化信息网2008年会论文集[C].全国冶金自动化信息网，《冶金自动化》杂志社，2008:3.

［4］李宁，魏传勇.煤矿井下排水自动控制系统关键技术分析[J].现代商贸工业，2010，3:318.

［5］丁丽萍，朱晓洁，王启峰，蒋伟.煤矿井下沿巷涌水汇集点及中转水仓自动排水系统设计[J].工矿自动化，2013，08:114-116.