白鵬

摘要：礦井作業(yè)中，如果產(chǎn)生地下涌水的問題，就會(huì)嚴(yán)重威脅到作業(yè)安全。即便是礦井下有滲漏的現(xiàn)象，也會(huì)影響礦井作業(yè)。如果滲漏嚴(yán)重，就會(huì)使礦井被淹沒，對(duì)井下作業(yè)人員而言會(huì)直接危及到他們的生命。目前多數(shù)的煤礦井下依然會(huì)采用排水系統(tǒng)人工操作的模式，井下水位報(bào)警設(shè)計(jì)也非常簡單，加之管理水平較低，就必然會(huì)給礦井作業(yè)埋下隱患，影響礦井的產(chǎn)出效益。隨著信息時(shí)代的發(fā)展，井下排水系統(tǒng)采用了可編程序控制技術(shù)。這種技術(shù)是通過微處理器的運(yùn)行，對(duì)礦井實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)控。本文針對(duì)井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在礦山的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：井下排水 自動(dòng)化技術(shù) 監(jiān)控系統(tǒng) 礦山

中圖分類號(hào)：TD442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-5349（2017）08-0191-02

中國的科技領(lǐng)域呈現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的發(fā)展態(tài)勢，隨著信息技術(shù)滲入到煤礦企業(yè)的礦井作業(yè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了礦井生產(chǎn)的自動(dòng)化運(yùn)行。在礦井作業(yè)過程中，會(huì)由于多種因素的影響導(dǎo)致井下滲水，作業(yè)擱置。如果滲水嚴(yán)重，甚至產(chǎn)生涌水的現(xiàn)象，就會(huì)危及到礦井作業(yè)人員的生命。為了保證礦井生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)，提高井下作業(yè)的安全系數(shù)，就要將信息技術(shù)充分利用起來，將可編程序控制技術(shù)應(yīng)用于礦井監(jiān)控系統(tǒng)中，對(duì)井下排水作業(yè)實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)控，可以確保礦井生產(chǎn)效率的提高，有助于促進(jìn)煤礦企業(yè)更好地發(fā)展。

一、井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)所發(fā)揮的作用

井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)所發(fā)揮的功能體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即用于井下生產(chǎn)運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備信息系統(tǒng)和用于排水自動(dòng)化監(jiān)控的信息系統(tǒng)。用于井下生產(chǎn)運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備信息系統(tǒng)是讓機(jī)械設(shè)備處于自動(dòng)化控制狀態(tài)，包括微電子技術(shù)、微處理器技術(shù)都可以根據(jù)需要對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制。用于排水自動(dòng)化監(jiān)控的信息系統(tǒng)是對(duì)井下水泵進(jìn)行管理的系統(tǒng)，使井下排水工作在自動(dòng)化控制環(huán)境下完成。

排水自動(dòng)化監(jiān)控的信息系統(tǒng)主要采用的是可編程控制器，編程的接口為標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，與任何的接口都能夠建立連接。[1]在硬件技術(shù)平臺(tái)上為分布式通信總線設(shè)計(jì)。隨著監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行，就可以對(duì)井下排水狀況進(jìn)行現(xiàn)場檢測，并按照指令進(jìn)行操作控制，排水工作可以自動(dòng)完成。

二、井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的基本性能

（一）井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定可靠性

可編程序控制器在運(yùn)行中采用兩種控制模式，這些控制模式可以根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以使監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到良好的運(yùn)行狀態(tài)。如果信息在遠(yuǎn)程傳輸中，通信點(diǎn)遭到了阻斷，就需要將信息控制模式轉(zhuǎn)換為本地模式。井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下的全面控制，對(duì)井下的任何位置都不會(huì)有所疏漏，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常狀況，警報(bào)系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)。

（二）井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用光纖技術(shù)進(jìn)行信息傳輸

井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在信息傳輸中所采用的光纖技術(shù)。與傳統(tǒng)的信息傳輸相比，光纖技術(shù)可以快速地進(jìn)行信息傳輸，而且可以獲得良好的傳輸質(zhì)量?？删幊绦蚩刂破魇窃赩C.net 編程技術(shù)的支持下使得監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行效率有所提高，而且安全可靠。運(yùn)行程序具有通用性，進(jìn)行再次開發(fā)時(shí)，不僅可以提高系統(tǒng)的利用率，而且可以降低成本。對(duì)于用電高峰階段和低谷階段的電價(jià)計(jì)算，通過運(yùn)行計(jì)算機(jī)的計(jì)算軟件就可以獲得精確的結(jié)果，使水泵所消耗的能量降低，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效果。當(dāng)水泵處于持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，水泵啟動(dòng)的時(shí)間、運(yùn)行的時(shí)間都會(huì)累加，水泵的運(yùn)行情況就會(huì)體現(xiàn)出來，而且水泵也不會(huì)由于長時(shí)間運(yùn)行而導(dǎo)致疲勞損壞。井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)通過對(duì)水位報(bào)警進(jìn)行設(shè)置，可以確保水位問題存在的時(shí)候進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，使水位控制在合理的范圍內(nèi)。

三、井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的分析系統(tǒng)

井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的分析系統(tǒng)具有獨(dú)特的性能，對(duì)電動(dòng)機(jī)的電流控制參數(shù)、軸承溫度控制參數(shù)、中央泵房中水倉水位的控制參數(shù)等，都可以通過監(jiān)控系統(tǒng)反映出來，同時(shí)信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。當(dāng)信息傳輸中出現(xiàn)異常狀況，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)h(yuǎn)程設(shè)備予以控制，而且還能夠用于在線監(jiān)控傳感器、泵房等，包括帶式輸送機(jī)、網(wǎng)絡(luò)信息通信子系統(tǒng)以及因此產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)等，都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化顯示。

四、井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

（一）井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場傳感器監(jiān)測子系統(tǒng)

現(xiàn)場傳感器檢測子系統(tǒng)的傳感器是主要的構(gòu)成部件，這些傳感器被安裝于不同的位置，可以對(duì)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行采集，諸如水泵運(yùn)行狀況、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況、水流量以及管道的壓力等，傳感器所傳遞的信息主要電流、流量、溫度、位置以及壓力等方面，所以，信息更具有合理性。

（二）井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的采集前端數(shù)據(jù)以及控制設(shè)備

井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中，所收集的前端數(shù)據(jù)以及對(duì)控制設(shè)備信息數(shù)據(jù)采集后，都傳遞給可編程序控制器。每個(gè)控制箱的旁邊都安裝有水泵，連接到中央轉(zhuǎn)換功能上，可以確保緊急情況下各種控制箱正常啟動(dòng)。[2]水泵內(nèi)部的數(shù)據(jù)用西門子ET200M分布式控制系統(tǒng)進(jìn)行采集，輸入/輸出系統(tǒng)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，之后使用可編程序控制器對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)所傳遞的信息進(jìn)行收集和控制。

（三）井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的處理監(jiān)視泵房數(shù)據(jù)子系統(tǒng)

井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中采用西門子CPU315-2DP可編程控制器，信息傳遞程序接口集成之后，可以確保16個(gè)中央處理器同時(shí)運(yùn)行。使用可編程序控制器對(duì)所檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以將數(shù)據(jù)向工業(yè)控制傳輸，所有的傳輸信號(hào)在觸摸屏上都會(huì)顯示出來，根據(jù)信息情況發(fā)出指令，水泵的啟動(dòng)指令和操作指令都會(huì)同時(shí)發(fā)出。

五、井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)建立

在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相同的情況下，系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)受到影響，甚至?xí)?dǎo)致癱瘓。采用井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，通過運(yùn)行不同的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，用PROFIBUS DP將可編程序控制器與西門子ET200遠(yuǎn)程連接，用信息傳遞程序接口將觸摸屏與可編程序控制器連接，就可以對(duì)遠(yuǎn)程信息進(jìn)行有效傳遞了。以太網(wǎng)可以將工控機(jī)與可編程序控制器連接起來。采用這種連接的方式，就可以遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)井下排水實(shí)施有效控制。

六、井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的操作方式

井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的操作方式包括三種，即本地手控操作方式、全自動(dòng)操作方式以及遠(yuǎn)程手控操作方式。其中，本地手控操作方式就是根據(jù)井下的水位情況，采用手控操作的方法進(jìn)行排水作業(yè)，對(duì)水泵都是采用手動(dòng)控制的方式；全自動(dòng)操作方式就是采用可編程序控制器對(duì)排水泵進(jìn)行控制，對(duì)于水的存儲(chǔ)情況以及蓄水情況都可以自動(dòng)控制，對(duì)水泵的啟動(dòng)和停止也是系統(tǒng)自動(dòng)操作；遠(yuǎn)程手控操作方式就是工作人員通過使用電腦對(duì)控制泵進(jìn)行控制，井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行中可以對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場的信息進(jìn)行收集，以光纖為載體將所獲得的信息遠(yuǎn)程傳遞給控制器。

七、井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的功能

（一）井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的水泵自動(dòng)輪換功能

井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的水泵自動(dòng)輪換功能，就是對(duì)實(shí)際用泵和備用泵之間根據(jù)作業(yè)需要進(jìn)行輪換，井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)有自動(dòng)旋轉(zhuǎn)模式，幾個(gè)水泵都可以按照這個(gè)模式運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)實(shí)際用泵無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，其他的水泵就可以啟動(dòng)。在控制程序中，包括水泵的啟動(dòng)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間和停止時(shí)間都進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，水泵運(yùn)行的頻率、流水線、系統(tǒng)操作等各項(xiàng)功能也都可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。當(dāng)水泵運(yùn)行的過程中，就可以按照預(yù)先的參數(shù)設(shè)置執(zhí)行各項(xiàng)命令。如果水泵運(yùn)行中存在故障，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)還可以自動(dòng)檢查，以提高故障解決的效率。

（二）井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的水泵自動(dòng)調(diào)度功能

井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)所發(fā)揮的水泵自動(dòng)調(diào)度功能，是對(duì)水位控制泵的啟動(dòng)情況進(jìn)行檢測。主要的檢測內(nèi)容為管道壓力的檢測、管道流量的檢測，電機(jī)運(yùn)行過程中的溫度參數(shù)和流量參數(shù)的設(shè)置等，都對(duì)水泵的運(yùn)行狀況具有一定的影響。如果水泵在運(yùn)行中存在異常，井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警報(bào)，要求水泵停止運(yùn)行，啟動(dòng)備用水泵。

水泵啟動(dòng)的時(shí)間決定于供電時(shí)間，同時(shí)水位也是重要的影響因素。為了避免峰谷期對(duì)水泵運(yùn)行產(chǎn)生的影響，還能夠最大限度地滿足降下排水需求，就可以在高峰時(shí)段和低谷時(shí)段采用干線控制。當(dāng)谷期結(jié)束之后，將水位清空，當(dāng)進(jìn)入到高峰時(shí)段，就不需要排水，由此可以獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。[3]如果出現(xiàn)水位告急，就需要立即采取措施排水。這就說明，無論是高峰時(shí)段還是低谷時(shí)段，都需要保持持續(xù)排水，以將井下水位控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

（三）井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的震動(dòng)檢測

井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備檢測震動(dòng)情況，不僅是對(duì)速度的檢測，而且還具有很高的抗干擾能力。特別是遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸中，也可以獲得良好的檢測效果。如果水泵在運(yùn)行的過程中存在故障，監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)發(fā)出警報(bào)。工作人員接到警報(bào)之后，就要立即到故障現(xiàn)場檢修，可以采用觸屏的方式明確具體的故障位置。另外，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)還具有信息存儲(chǔ)功能，并將故障信息詳細(xì)地記錄下來。

八、結(jié)語

綜上所述，雖然礦山開采中，對(duì)井下作業(yè)已經(jīng)普遍采用了自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備，但是由于自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用程度比較低，就會(huì)導(dǎo)致礦井的排水系統(tǒng)依然以人工操作為主。人工控制不僅工作效率很低，而且容易出現(xiàn)操作失誤，就必然會(huì)給井下作業(yè)造成安全隱患。為了提高礦井井下排水的自動(dòng)化水平，就需要應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)?？删幊绦蚩刂萍夹g(shù)的應(yīng)用，提高了排水自動(dòng)化監(jiān)控水平。特別是根據(jù)礦井作業(yè)環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，維護(hù)了井下作業(yè)人員的安全，而且還有助于提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯：于 蕾