黃 偉

（山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西長治 047100）

0 前言

智能控制技術(shù)屬于一種綜合性技術(shù)，其把微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)以及自動化技術(shù)等多種高新技術(shù)加以融合的一門學(xué)科[1]。通過應(yīng)用智能控制技術(shù)能夠確保產(chǎn)品生產(chǎn)的水平以及質(zhì)量等均有所提升，另外，還能夠降低人工作業(yè)強度，顯著地節(jié)省成本投入，減少能源以及資源的消耗數(shù)量[2]。煤礦開采過程中，會涉及到非常多的機電設(shè)備，而且不同的機電設(shè)備要能夠配合使用才可以確保開采作業(yè)能夠順利完成。所以，煤礦開采機電設(shè)備的控制系統(tǒng)也開始應(yīng)用智能控制技術(shù)。在煤礦生產(chǎn)過程中，井下排水系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，若是在生產(chǎn)過程中井下的積水無法有效排出，將會極大地影響到煤礦正常生產(chǎn)，而若是水倉發(fā)生溢水，將對煤礦開采造成極為不利的影響，嚴(yán)重時還可能會導(dǎo)致人員傷亡[3]。所以，保證井下排水系統(tǒng)穩(wěn)定與可靠是確保煤礦開采安全的重要保障。

1 經(jīng)坊煤業(yè)井下排水系統(tǒng)問題分析

經(jīng)坊煤業(yè)熱水倉泵房承擔(dān)著熱水蓄水池供水工作，不過，在對泵房的實際控制過程中所采用的方法相對而言較為傳統(tǒng)，其是利用繼電器設(shè)備完成水泵的啟動與停運操作。在對水倉實時水位、水泵真空度、出水位置的壓力值、水泵電壓與電流大小和水溫等進行測試與監(jiān)控的過程中，全部需要人工進行測量。開泵的時間點以及時長等也是操作人員依照地面所反饋的蓄水池相關(guān)參數(shù)完成操作[4]。此種控制方法在很大程度上需要依賴于作業(yè)人員的實踐經(jīng)驗，從而導(dǎo)致很多安全隱患的存在，系統(tǒng)運行的可靠性也相對差，不能對井下排水設(shè)備進行集中控制，也無法實現(xiàn)無人值守的目標(biāo)，這與煤礦企業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展要求不相符[5]。另外，因為在實際排水環(huán)節(jié)，要求不同部門之間的人員參與，而且所需流程也相對復(fù)雜，這樣對于管理造成不利影響，若是其中某個環(huán)節(jié)存在問題，就會使得熱水倉發(fā)生溢流問題，而熱水會流至大巷之中，導(dǎo)致排水降壓不夠及時，而且會使得作業(yè)面的溫度升高，作業(yè)人員的作業(yè)環(huán)境變得更為惡劣，因此，要求應(yīng)當(dāng)盡快針對井下排水系統(tǒng)進行智能控制改造。

2 經(jīng)坊煤業(yè)井下排水智能控制系統(tǒng)整體方案

2.1 井下泵房現(xiàn)場情況

從泵房到熱水蓄水池設(shè)置有主要排水管道，管道的直徑大小為?250 mm，泵房排水的高度值是850 m，在排水管道的地面出后位置，還和分水倉相互連接，正常情況下分水倉與排水管道之間的閥門處在關(guān)閉狀態(tài)，所排水均會注入之蓄水池之中。在水泵房之中設(shè)置有2臺水泵設(shè)備，水泵的型號均為YB-5604型號，水泵揚程為930 m，額定排水量為420 m3∕h，工作效率為76%。兩個水泵均使用相同的射流水源進行引水，目前排水系統(tǒng)采用人工控制的方式，主要是借助于繼電器裝置加以控制，實際操作過程中非常的繁瑣，而且水泵的啟動時間也相對長，很多設(shè)備的運行參數(shù)唯有依靠人工方式進行測量，不能達到集中控制的目標(biāo)，系統(tǒng)的運行效率相對較低，而且可靠性相對差，調(diào)度室人員也無法直接獲取到水泵方的具體運行情況。

2.2 智能控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

就目前經(jīng)坊煤業(yè)水泵房排水系統(tǒng)在實際控制過程中所出現(xiàn)的問題，在全面的調(diào)研與分析之后，充分利用工業(yè)以太網(wǎng)、計算機以及傳感器裝置等，對控制系統(tǒng)加以改造，確保井下排水系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制。

所構(gòu)建的智能監(jiān)控值整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，在該智能控制系統(tǒng)之中，包含有地面控制室、蓄水池檢測站點、工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)以及泵房監(jiān)控站等。

圖1 熱水倉泵房排水系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

（1）井下水泵房監(jiān)測站。井下水泵房監(jiān)測站是智能控制系統(tǒng)之中最為重要的部分，其包含有井下監(jiān)控主站、信息收集裝置以及信號傳感裝置等共同構(gòu)成。監(jiān)測站的核心控制元件為PLC裝置，型號為S7-300型，該裝置能夠接受來自于就地操作系統(tǒng)以及上位機裝置所發(fā)出的控制指令，同時還能夠?qū)崟r地收集信號傳輸裝置所輸送的各種參數(shù)信息，并且還會實時地與地面監(jiān)控點進行信息交流。借助于就地操作系統(tǒng)之中的控制開關(guān)以及觸摸屏等設(shè)備，能夠?qū)φ麄€排水系統(tǒng)各個設(shè)備加以集中管理與控制，還可以實現(xiàn)在線實時監(jiān)測。

（2）地面監(jiān)測分站。地面監(jiān)測分站同樣屬于智能控制系統(tǒng)之中的監(jiān)控單元，其所應(yīng)用的監(jiān)控裝置為PLC裝置，型號為S7-200，可以實現(xiàn)對蓄水池水位、水溫以及進水流量等參數(shù)的全面監(jiān)測，并且可以將所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)及時輸送到監(jiān)測主站，為水泵的開啟與停運操作提供信息參考。

（3）地面監(jiān)控室。在井下以及地面所收集的各種數(shù)據(jù)信息，能夠利用基于iFix組態(tài)軟件所研發(fā)的上位機系統(tǒng)，將相關(guān)數(shù)據(jù)采取動態(tài)方式進行加以展示，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控的目標(biāo)[6]。在上位機系統(tǒng)之中，會將相關(guān)的操作信息以及故障信息等全部記錄于數(shù)據(jù)庫之中，能夠供管理人員以及維修人員等實時查詢。在調(diào)度中心還設(shè)置有工業(yè)電視設(shè)備，能夠在線地現(xiàn)實水泵房監(jiān)控畫面，確保煤礦生產(chǎn)管理水平得以進一步提升。

圖2 數(shù)據(jù)訪問原理圖

2.3 通訊方案

本系統(tǒng)所采用的KEPServer EX軟件屬于世界范圍內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域中非常先進的一種OPC服務(wù)器，其擁有極其強大以及優(yōu)良的工業(yè)通訊性能。在該智能控制系統(tǒng)之中，借助于OPC與煤礦安全自動化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相連，并實現(xiàn)和PLC裝置之間的通訊功能。依照PLC實際設(shè)計要求，需要在KEP?Server EX軟件之中添加上Channel和Device，并利用Excel軟件事先編輯好所對應(yīng)的驅(qū)動器地址，然后進行批量導(dǎo)入。在系統(tǒng)之中PLC裝置負責(zé)收集排水系統(tǒng)中現(xiàn)場設(shè)備實時運行參數(shù)，并實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制工作，KEPServer EX服務(wù)器之中還安裝有PLC控制裝置的驅(qū)動，從而能夠確保服務(wù)器可以實時地獲得PLC裝置之中儲存區(qū)域內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，然后，iFix組態(tài)軟件便能夠經(jīng)過OPC服務(wù)器客戶端而得到服務(wù)器之中各種數(shù)據(jù)信息，在經(jīng)過特定的分析與處理之后能夠提供給不同的功能模塊應(yīng)用。圖2為數(shù)據(jù)訪問原理圖。

3 經(jīng)坊煤業(yè)井下排水智能控制系統(tǒng)智能控制目標(biāo)的實現(xiàn)

當(dāng)處于智能控制狀態(tài)下，依照水泵的不同編號以及計算得到的水泵開啟數(shù)量，PLC裝置能夠自動控制水泵運行。排水系統(tǒng)水泵智能控制流程示意圖如圖3所示。

圖3 水泵智能運行控制流程圖

在智能控制系統(tǒng)接收到了開泵的指令之后，PLC裝置便會采取自動控制的方式，首先對開泵的具體條件加以判斷，若是能夠達到條件，則事先預(yù)警30秒以對井下作業(yè)人員進行提升。然后進行抽真空作業(yè)以及注水作業(yè)，在滿足系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)最后，便將出水閥門關(guān)閉，此時便啟動水泵裝置，并對出水口的壓力進行檢測，在達到設(shè)定壓力值時便將出水閥門打開。

水泵進行啟動時，要是水泵裝置之中的注水高度值，或者是出水口位置的壓力值，在相應(yīng)時間范圍內(nèi)不能滿足系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)定的參數(shù)要求，系統(tǒng)便會自動發(fā)出聲光報警信號，然后PLC裝置便會發(fā)出停泵指令，自動完成水泵停運操作。進行排水過程中，要是達到了水泵停運的條件，或者是其中一些設(shè)備出現(xiàn)了故障問題，則依舊會啟動自動停泵操作。

依照智能優(yōu)化方案，結(jié)合“避峰就谷”的智能控制原則，更好地利用水倉自身容積，處在電能使用谷段期間，應(yīng)當(dāng)盡量進行排水作業(yè)，在電能使用的峰段區(qū)間，應(yīng)當(dāng)盡可能少地啟動水泵[7]。不過，應(yīng)當(dāng)注意的是，無論何種情況首先均應(yīng)當(dāng)確保井下排水作業(yè)能夠保障煤礦生產(chǎn)的安全性。

4 井下排水智能控制系統(tǒng)在經(jīng)坊煤業(yè)實際應(yīng)用的意義

（1）可以實現(xiàn)不同的控制方式。在采用智能控制系統(tǒng)之后，能夠?qū)崿F(xiàn)就地控制以及遠程控制等兩種不同的控制方式。在采用就地控制時，不僅能夠進行手動控制，同時還能夠進行自動控制。而采用遠程控制方式時，能夠?qū)崿F(xiàn)地面控制中心遠程的對水泵系統(tǒng)進行控制，從而能夠達到無人值守的目的。

（2）可以實現(xiàn)智能控制。在系統(tǒng)之中構(gòu)建了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，能夠自動計算用水量數(shù)據(jù)，依照供電系統(tǒng)的復(fù)合情況，結(jié)合不同負荷下的實際電價，確保排水系統(tǒng)能夠更加科學(xué)與智能地調(diào)度，達到“避峰就谷”的控制目標(biāo)，確保煤礦企業(yè)井下排水作業(yè)的成本能夠進一步降低[8]。

5 結(jié)語

以往所采用的控制方式以及策略等和企業(yè)的現(xiàn)代化管理要求不再適宜，而煤礦目前排水系統(tǒng)控制方式也和低碳環(huán)保理念不符，無法確保煤礦實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。因此，利用智能控制技術(shù)構(gòu)建智能控制系統(tǒng)對于煤礦企業(yè)現(xiàn)代化管理目標(biāo)的實現(xiàn)具有重大意義。