郭永盛

(甘肅華能工程建設(shè)有限公司,甘肅白銀 730919)

分析礦山排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭永盛

(甘肅華能工程建設(shè)有限公司,甘肅白銀 730919)

在礦山的生產(chǎn)中,排水系統(tǒng)是其中的重要組成部分之一,它的主要作用是,將礦山井下涌水排到地面,確保井下安全?，F(xiàn)在的排水系統(tǒng)仍然是采用半自動(dòng)化操作模式或是手動(dòng)操作模式,不僅帶來(lái)大量財(cái)力和人力資源的消耗,而且還降低了生產(chǎn)效率,發(fā)生故障的幾率也非常高,嚴(yán)重阻礙了礦業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。所以,綜合礦業(yè)行業(yè)遇到的實(shí)際問(wèn)題以及必須滿(mǎn)足的生產(chǎn)要求,在PLC工業(yè)系統(tǒng)控制科技和系統(tǒng)的條件下,對(duì)礦山原有的排水系統(tǒng)進(jìn)行了改造,使之能夠更好的發(fā)揮作用。

礦山排水 自動(dòng)化 排水系統(tǒng)

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁,而礦山企業(yè)作為其中的重要角色,儼然成為佼佼者。然而,由于人們不斷地開(kāi)采,造成地下礦山積水嚴(yán)重,水患問(wèn)題儼然成為阻礙礦業(yè)現(xiàn)代化可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。礦山的地下積水不斷涌出,如果得不到排除,不僅嚴(yán)重影響礦業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,無(wú)法進(jìn)行順利的開(kāi)采工作,而且還會(huì)帶來(lái)極為嚴(yán)重的開(kāi)采安全問(wèn)題。因此,怎樣處理礦山的積水,已經(jīng)成為礦山生產(chǎn)安全研究技術(shù)人員的一個(gè)至關(guān)緊急的任務(wù)。

1 排水系統(tǒng)的概述

現(xiàn)階段的礦山開(kāi)采排水系統(tǒng),仍舊是使用原有的人工方式進(jìn)行操作,對(duì)水泵進(jìn)行手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)排水,或者采用半自動(dòng)化半手工的方式控制,造成嚴(yán)重的人力資源的浪費(fèi)、較高的故障發(fā)生頻率,操作的復(fù)雜性也造成了高強(qiáng)度的勞動(dòng)方式,并且?guī)?lái)了極大的安全隱患問(wèn)題,嚴(yán)重影響了礦山企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和經(jīng)濟(jì)成本。現(xiàn)代化的礦山排水控制系統(tǒng)運(yùn)用科技的理念和科學(xué)的設(shè)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)高效、智能、穩(wěn)定低耗的綠色安全開(kāi)采儼然是礦山開(kāi)采系統(tǒng)廣闊的發(fā)展前景。

自動(dòng)化的礦山排水控制系統(tǒng)是針對(duì)老式的手動(dòng)排水系統(tǒng)進(jìn)行的升級(jí)改造,能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)排水和自動(dòng)排水兩種功能。自動(dòng)化礦山排水控制系統(tǒng)的定義是,依照事先設(shè)置好的程序,做好真空泵、水泵以及其他必需設(shè)備的開(kāi)關(guān)自動(dòng)數(shù)字顯示,并能進(jìn)行互鎖聯(lián)動(dòng)的有效控制。不僅如此,排水系統(tǒng)還應(yīng)該具備自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)和自動(dòng)故障診斷檢測(cè)功能,可以進(jìn)行水泵的遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)控制以及手動(dòng)控制,最大限度滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工運(yùn)行的需要,保證各個(gè)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行,避免不必要的故障,減少故障發(fā)生率,并能進(jìn)行方便靈活的維護(hù)。

這些設(shè)計(jì)在礦山施工工程中,使得排水系統(tǒng)的安全可靠性能大大提高,在一定程度上精簡(jiǎn)操作,得到了極大的實(shí)踐支持,提高了礦山作業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效率。在以后的研究實(shí)踐中,礦井自動(dòng)化排水系統(tǒng)的研究從科學(xué)的研究發(fā)展方向,不斷借鑒國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備支持,改進(jìn)創(chuàng)新生產(chǎn)方式以及管理方法,將提高礦井效率以及經(jīng)營(yíng)水準(zhǔn)作為重要的發(fā)展目標(biāo),務(wù)必使經(jīng)濟(jì)安全更上一層樓。

2 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

2.1 硬件的設(shè)計(jì)

自動(dòng)化的礦山排水控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要有排空和排水兩種設(shè)計(jì)管道,其中排水管道又有主排水管道和副排水管道之分。鑒于礦山的礦井地下情況錯(cuò)綜復(fù)雜且極易變化的特點(diǎn),離心水泵的驅(qū)動(dòng)采用專(zhuān)用防爆型的電動(dòng)機(jī),針對(duì)系統(tǒng)需要的三臺(tái)設(shè)備進(jìn)行了有效的分工,分別用于工作、檢修、備用。吸水管道的重要特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)了無(wú)底閥門(mén),當(dāng)啟動(dòng)水泵的時(shí)候,充分發(fā)揮真空泵的作用進(jìn)行水泵的真空設(shè)置,處理結(jié)果是使水泵葉輪能夠全部在水中沉浸,進(jìn)行排水作業(yè)的正常運(yùn)行。

根據(jù)自動(dòng)化的排水控制系統(tǒng)的要求,運(yùn)用適用的PLC工業(yè)控制器使程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的有效控制。PLC的工作由輸出信號(hào)以及數(shù)字量和模擬量的輸入信號(hào)三個(gè)信號(hào)構(gòu)成。水泵的啟動(dòng)、停止決定,采取何種控制方式都是由數(shù)字信號(hào)進(jìn)行執(zhí)行的。而數(shù)字量的輸出信號(hào)是指,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作工作人員的實(shí)際需求,發(fā)布故障的報(bào)警信號(hào)、水位超過(guò)限制的指示信號(hào)、電磁閥門(mén)的控制信號(hào)等。模擬量的輸入信號(hào)主要功能是進(jìn)行水泵出入水口的壓力采集、電機(jī)軸溫的采集以及水倉(cāng)水位信息的采集等。

2.2 軟件的設(shè)計(jì)

礦山排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)主要是現(xiàn)場(chǎng)礦工施工的實(shí)際情況分析以及系統(tǒng)的硬件功能特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。在程序的設(shè)計(jì)原則方面,在進(jìn)行自動(dòng)控制功能的選擇后,系統(tǒng)能夠?qū)?yīng)采集相應(yīng)需要的模擬量,同時(shí)進(jìn)行寄存器中數(shù)據(jù)的相應(yīng)保存工作。接下來(lái)就是操作相應(yīng)水泵的運(yùn)行輪換程序以及規(guī)避峰值就應(yīng)谷值的程序,判斷水泵是否可以啟動(dòng)。在現(xiàn)實(shí)中,系統(tǒng)的施工環(huán)節(jié),并不缺少各種未預(yù)知變化的出現(xiàn),所以設(shè)計(jì)人員在編寫(xiě)程序時(shí),也要進(jìn)行變化的預(yù)測(cè)分析及相應(yīng)的處理方法。

建立實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)表格,將各種情況分類(lèi)標(biāo)注,能夠進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)階段數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn),并且可以用不同顏色區(qū)別不同的數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)的功能

改進(jìn)后的礦山自動(dòng)化排水控制系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的功能:

(1)實(shí)現(xiàn)水壓、電流、電壓等數(shù)據(jù)參數(shù)的測(cè)試和結(jié)果分析以及排水系統(tǒng)效率的數(shù)據(jù)測(cè)試與結(jié)果分析。(2)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行水倉(cāng)水位的監(jiān)測(cè),并能夠進(jìn)行水位高設(shè)置報(bào)警以及低設(shè)置報(bào)警。(3)自動(dòng)功能:系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),可以進(jìn)行故障的自動(dòng)診斷;在水倉(cāng)沒(méi)有人值班看守時(shí),可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制使之運(yùn)行;可以進(jìn)行真空泵引水方面和水泵的射流引水方面的自動(dòng)轉(zhuǎn)化功能。(4)能夠顯示出水管道的流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。(5)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)該能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示,同時(shí)能夠進(jìn)行參數(shù)數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存,并可以以圖形的形式顯示模擬量的參數(shù)狀態(tài),方便工作人員可以隨時(shí)查找任一時(shí)期的參數(shù)數(shù)據(jù)狀態(tài)。(6)控制系統(tǒng)的設(shè)置是必不可少的,它的功能是借由光纜設(shè)備將水泵機(jī)組的參數(shù)數(shù)據(jù)、運(yùn)行情況和相應(yīng)的視頻傳遞給控制系統(tǒng),而控制系統(tǒng)再將相關(guān)的信息借由局域網(wǎng)傳遞給相關(guān)的工作部門(mén),這樣的話(huà),管理工作人員就能夠在地面上及時(shí)了解礦井下面的工作情況和各種數(shù)據(jù)狀態(tài)。(7)對(duì)于地面的監(jiān)控室來(lái)說(shuō),管理人員的工作界面應(yīng)該是可以簡(jiǎn)單操作的,并且計(jì)算機(jī)中的圖標(biāo)應(yīng)該是功能多樣豐富的。(8)當(dāng)?shù)V井的地下水質(zhì)或水溫突然改變的時(shí)候,系統(tǒng)能夠進(jìn)行檢測(cè)并能夠及時(shí)的反饋,避免不必要的損失發(fā)生。(9)主排水管道系統(tǒng)的主要功能是可以進(jìn)行供電數(shù)據(jù)參數(shù)狀態(tài)的傳遞,并能夠通過(guò)設(shè)置協(xié)議程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享。(10)礦山自動(dòng)化排水控制系統(tǒng)作為礦山作業(yè)的重要組成部分,應(yīng)該設(shè)置必要的顯示系統(tǒng)軟件,排水系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)也應(yīng)該實(shí)現(xiàn)與其他信息網(wǎng)絡(luò)的資源共享。軟件主要有一個(gè)監(jiān)控界面,在這個(gè)界面中還應(yīng)該要有實(shí)時(shí)和歷史的數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史報(bào)警界面、趨勢(shì)圖以及幫助設(shè)置。同時(shí)規(guī)避操作錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn),設(shè)置不同的用戶(hù)使用權(quán)限。使用用戶(hù)主要是系統(tǒng)的操作人員和管理人員,操作人員的權(quán)限設(shè)置標(biāo)注應(yīng)該低于管理人員的權(quán)限設(shè)置標(biāo)準(zhǔn),還應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)實(shí)的具體情況設(shè)置相應(yīng)的遠(yuǎn)程操作界面管理權(quán)限,減少無(wú)關(guān)操作人員改動(dòng)數(shù)據(jù)參數(shù)。除此之外,減少不必要的資源浪費(fèi),設(shè)置無(wú)操作登陸時(shí)限也是一個(gè)不錯(cuò)的保護(hù)辦法。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)階段的礦山礦業(yè)開(kāi)采排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況以及控制辦法,綜合自身的實(shí)際需要,進(jìn)行自動(dòng)礦山排水控制系統(tǒng)的升級(jí)改造,設(shè)計(jì)了主排水管道和副排水管道并運(yùn)用三臺(tái)水泵分別不同的分工進(jìn)行排水工作的實(shí)施,同時(shí)設(shè)計(jì)了與之對(duì)應(yīng)的控制器硬件方面的類(lèi)型選擇以及功能方面的確切分配,基于硬件的設(shè)計(jì)理念,開(kāi)發(fā)了軟件進(jìn)行系統(tǒng)控制以及程序的控制。

[1]張宇.礦山排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用(工程科技),2012(9).

[2]李強(qiáng).煤礦主排水監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].太原理工大學(xué),2010.

[3]張潤(rùn)果.井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化的意義[J].山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2011(24).

[4]段其昌,張莉.基于預(yù)測(cè)模型的井下排水系統(tǒng)的分段控制策略[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(23).