馮冬生

（山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司， 山西 孝義 032302）

引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為了滿足人類社會(huì)不斷對(duì)煤炭需求量的增加，各礦山企業(yè)不斷加大對(duì)煤炭的開采力度和深度，這就導(dǎo)致了井下對(duì)排水裝置的需求量也隨之增加。在開采的過程中，地下水、滲透水以及各類設(shè)備的冷卻水會(huì)不斷流入井下巷道內(nèi)，因此就需要井下排水系統(tǒng)將這些積水排出巷道，傳輸?shù)降孛嫔先?，一旦排出不及時(shí)或者遇到井下涌水事故，將導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成嚴(yán)重的人員傷亡事故[1]。

目前，我國(guó)大多數(shù)煤礦對(duì)井下排水設(shè)備，采用的是人工監(jiān)控方式，該方式存在著監(jiān)控效果差、反饋滯后性大、無(wú)法及時(shí)有效對(duì)各排水單元進(jìn)行實(shí)時(shí)控制等問題，因此迫切需要建立一套完善的煤礦井下排水系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備，確保煤礦的安全生產(chǎn)。

1 排水系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備的技術(shù)要求

為了徹底解決目前井下排水系統(tǒng)由人工監(jiān)測(cè)、人工操作控制導(dǎo)致的監(jiān)控效果差、安全性低、資源消耗量大、反應(yīng)滯后等難題，新的井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

1）響應(yīng)速度快。煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境極端惡劣，各種不穩(wěn)定因素較多，因此要求監(jiān)控設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)對(duì)各種信息進(jìn)行有效的采集，同時(shí)為了保證井下作業(yè)人員的安全，還要求煤礦井下監(jiān)控設(shè)備能夠?qū)Υ嫠畢^(qū)域的存水情況進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)水情超過預(yù)設(shè)的警戒線時(shí)，能夠迅速啟動(dòng)排水并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知相關(guān)區(qū)域的人員迅速撤離危險(xiǎn)區(qū)域。

2）可靠性高。煤礦井下巷道內(nèi)的作業(yè)環(huán)境差，因此煤礦井下排水系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備需要能夠確保在惡劣環(huán)境中工作的可靠性，這既包括PLC控制系統(tǒng)對(duì)排水系統(tǒng)各類運(yùn)行信號(hào)采集的可靠性，也包括信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)傳輸和反饋的可靠性。

3）系統(tǒng)信息圖表化。能夠?qū)⒉杉⒎治鎏崛〉男畔?shí)時(shí)的以圖表形式進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的直觀化操作。

2 自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)煤礦井下排水系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備功能和要求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了以PLC控制系統(tǒng)為核心的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，其主要包括監(jiān)控分站、上位機(jī)控制中心及網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)[2]，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 監(jiān)控設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)示意圖

該監(jiān)控系統(tǒng)是以PLC控制系統(tǒng)作為整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的處理核心，以現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集單元為基本載體，配合位于監(jiān)控目標(biāo)處的各類傳感器設(shè)備和相關(guān)的驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)通訊中心系統(tǒng)和以太環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)的支持下所建立起來的，實(shí)現(xiàn)了地面控制中心的遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)自控、現(xiàn)場(chǎng)手控及信息監(jiān)測(cè)檢修控制等，能夠?qū)孪锏纼?nèi)的積水進(jìn)行實(shí)時(shí)水位監(jiān)測(cè)、對(duì)排水設(shè)備內(nèi)的水壓、流量及排水設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)到的各類信號(hào)以圖形、數(shù)據(jù)、表格、圖表等直觀的形式直接在地面信息控制中心進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類設(shè)備運(yùn)行

狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)井下排水系統(tǒng)的自動(dòng)化，

確保設(shè)備運(yùn)行的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和可靠性。

3 自動(dòng)化監(jiān)控分站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的分監(jiān)控站是位于一線的數(shù)據(jù)監(jiān)控點(diǎn)，其主要包括分站信息匯總處理系統(tǒng)，顯示設(shè)備、各類傳感器設(shè)備、流量計(jì)、液位計(jì)等，在自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，監(jiān)控分站主要對(duì)其控制站點(diǎn)的排水系統(tǒng)各類設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后將這些采集到的信息進(jìn)行初步的處理并上傳中央處理系統(tǒng)[3]，其基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 監(jiān)控分站的結(jié)構(gòu)示意圖

監(jiān)控分站的設(shè)置實(shí)現(xiàn)了將傳統(tǒng)的對(duì)各類排水設(shè)備的分散控制提升到了集成控制的層次，減少了各類操作人員的數(shù)量，不僅極大地提高了對(duì)一線排水設(shè)備的監(jiān)測(cè)、控制效率，而且能夠大大減少在井下工作人員的數(shù)量，為員工的安全提供了保障，為實(shí)現(xiàn)一線監(jiān)控分站對(duì)于各類數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性及工作的可靠性，其應(yīng)具有工況監(jiān)測(cè)、集中/手工控制、遠(yuǎn)程控制、系統(tǒng)自檢及各類保護(hù)功能。

4 上位機(jī)控制中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成中，上位機(jī)控制中心的主要作用是將從各一線監(jiān)控分站采集、傳輸過來的信息進(jìn)行集中分析處理，根據(jù)分析處理的結(jié)果將巷道內(nèi)各排水設(shè)備的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)以圖表的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，便于集控中心的控制人員實(shí)時(shí)掌握井下巷道內(nèi)的積水情況，并及時(shí)傳遞給一線的監(jiān)控分站，并控制相應(yīng)的排水設(shè)備進(jìn)行指定的操作，作為核心的人機(jī)交互接口，其承擔(dān)著控制人員和設(shè)備之間的對(duì)話任務(wù)，這就要求上位機(jī)控制中心在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要具有極強(qiáng)的可交互性、簡(jiǎn)單、清晰、明了的信息顯示功能，能夠?qū)⒈O(jiān)控分站傳遞上來的一線排水設(shè)備的工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)顯示，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

5 網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3 上位機(jī)監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)示意圖

因自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)由位于井下的各分監(jiān)控站點(diǎn)及位于地面上的集控中心組成，各分站點(diǎn)之間的距離及其與地面集控中心的距離可長(zhǎng)達(dá)數(shù)十公里，為了確保信息在傳輸過程中的及時(shí)性、有效性、準(zhǔn)確性、完整性，因此我們需要該監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的分布結(jié)構(gòu)[4]。這種結(jié)構(gòu)形式可以使不同設(shè)備之間的信息通過相互之間的高速光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行傳遞，可以有效地消除設(shè)備檢測(cè)單元、控制中心之間可能存在的信息隔斷，確保信息傳遞的順暢性，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)示意圖

6 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)煤礦井下排水通常采用人工檢測(cè)、檢查、控制的方式，這種模式不僅存在著控制不及時(shí)、監(jiān)測(cè)效果差的難題而且遠(yuǎn)不能滿足礦山設(shè)備自動(dòng)化、智能化的發(fā)展方向，因此，在分析現(xiàn)有井下排水系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于PLC控制系統(tǒng)為核心的井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備，大幅提高了煤礦井下排水系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性，為煤礦行業(yè)的安全生產(chǎn)提供了極強(qiáng)有力的保障，具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1] 國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì). 煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃[Z].2012-06-08

[2] 陶睜.監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在能源管理中的應(yīng)用研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2009.

[3] 葛衛(wèi)民.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能電量采集硬件平臺(tái)和監(jiān)控系統(tǒng)[D].天津：天津大學(xué)，2010.

[4] 黃位華.基于工業(yè)以太網(wǎng)的水量監(jiān)測(cè)及管理決策系統(tǒng)的開發(fā)[D].太原：太原理工大學(xué)，2012.