在礦山生產(chǎn)系統(tǒng)中，礦山排水系統(tǒng)的重要性不言而喻，將礦井的涌水排到地面，保證井下作業(yè)安全生產(chǎn)，是排水系統(tǒng)的主要作用。但就當前實際情況來看，部分礦山企業(yè)排水系統(tǒng)依然以人工操作方式為主，無法實現(xiàn)自動化控制。因此，對此項課題進行分析，具有十分重要的意義。

　　1 井下排水系統(tǒng)自動控制的優(yōu)勢分析

　　1.1 穩(wěn)定性和可靠性高相比傳統(tǒng)人工操作模式，井下排水系統(tǒng)自動化控制模式通常為三種，分別是遠程控制、自動控制和本地控制，操作人員可根據(jù)具體需求，選擇不同的控制模式，在確保水泵安全的基礎(chǔ)上，減輕工作量。比如：操作人員如果發(fā)現(xiàn)遠程控制模式被阻斷，可以將控制模式由遠程控制切換為本地控制，保證井下排水的可靠性，并且系統(tǒng)在監(jiān)測到異常情況后發(fā)出報警信號。

　　1.2 有利于成本控制目前，光纖環(huán)網(wǎng)通信技術(shù)是礦山井下排水系統(tǒng)自動化控制所應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，這項技術(shù)的應(yīng)用，有助于信息數(shù)據(jù)提高傳輸速率，與總線傳輸模式相比，具有傳輸質(zhì)量高的優(yōu)勢。再加上 VC.net 編程技術(shù)在 PLC 模塊中的應(yīng)用，使自動化控制操作更加簡單。此外，PLC 模塊還能重復(fù)利用和開發(fā)系統(tǒng)，有利于增強成本控制的效果[1]。

　　1.3 能夠監(jiān)測多種技術(shù)參數(shù)礦山井下排水系統(tǒng)自動化控制的實現(xiàn)，能夠?qū)Χ喾N技術(shù)參數(shù)進行監(jiān)控，這些參數(shù)分別是泵房水艙液位、壓力、流量、電流等。在監(jiān)控的同時，還能控制異常參數(shù)，同時以數(shù)據(jù)信息匯總為手段，反映和傳輸參數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)異常參數(shù)系統(tǒng)會及時報警，最終實現(xiàn)保護排水系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的目的。

　　2 排水自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

　　某煤礦井所處環(huán)境較為復(fù)雜，涌水量較大，在查閱資料后得知，在正常情況下，礦井日均涌水量為 1.5 萬 m3 ，但是在特殊情況下，礦井日均涌水量可達 1.96 萬 m3 以上。為確保煤礦開采作業(yè)的安全，該煤礦應(yīng)用了排水自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由地面自動控制中心和線路、泵房監(jiān)控單元、語音報警和視頻監(jiān)控等部分組成，各部分功能如圖 1 所示。

　　2.1 地面自動化控制中心和線路地面監(jiān)控中心和線路是井下排水自動化系統(tǒng)的重要組成部分，前者主要是指將監(jiān)控站設(shè)置到控制中心，通過監(jiān)控站監(jiān)視和控制泵房設(shè)施，這些設(shè)施分別是不間斷電源、顯示器和報警設(shè)備。而線路的功能為數(shù)據(jù)傳輸，控制中心會通過線路傳輸各種數(shù)據(jù)。

　　2.2 泵房監(jiān)控單元泵房監(jiān)控單元的組成部分包括監(jiān)控分站、傳感器和信號采集裝置，在井下控制通信中，主控站屬于核心，起到的作用為傳遞和交互地面控制中心信息，與此同時，還能有效監(jiān)控分站信息，從而為工作人員掌握系統(tǒng)運行情況，創(chuàng)造有利的條件。考慮到部分中央泵房系統(tǒng)具有控制需求，因此，煤礦企業(yè)將微機綜合保護器應(yīng)用到電控柜之中，相比傳統(tǒng)手動控制系統(tǒng)，自動化系統(tǒng)的控制單元更加豐富，具體表現(xiàn)為各泵房都會設(shè)置通信主站，水泵也會設(shè)置分站，這種監(jiān)控主站在作為設(shè)備控制單元的同時，還能接收地面控制中心的指令要求，控制水泵設(shè)備做出動作。

　　2.3 語音預(yù)警在礦山井下排水自動化系統(tǒng)中，語音報警屬于重要的系統(tǒng)功能，其中，地面控制中心和泵房語音報警共同構(gòu)成了語音預(yù)警功能，前者的語音預(yù)警范圍遠大于后者，語音預(yù)警需要以泵房實際情況作為依據(jù)，并對可能會發(fā)生的異常情況進行預(yù)測，提前制定預(yù)警內(nèi)容[2]。

　　3 礦山井下排水自動化系統(tǒng)的設(shè)計和控制方式

　　3.1 礦山井下排水自動化系統(tǒng)的設(shè)計主控設(shè)備和系統(tǒng)數(shù)據(jù)是礦山井下排水自動化系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容。首先是主控設(shè)備，在查閱資料后得知，分布式結(jié)構(gòu)是自動化系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)類型，煤礦企業(yè)在設(shè)計主控設(shè)備時，將礦用隔爆可編程主控站和礦用本安型集中控制操作臺設(shè)置到泵房之中，最終實現(xiàn)集中控制泵房設(shè)備的目標。與此同時，泵房中的全部設(shè)備都要設(shè)置本安綜合接入網(wǎng)關(guān)，同時將工程師站、監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)置到地面，通過這種設(shè)計，實時展示系統(tǒng)中的各項參數(shù)，為系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)故障點，并進行語音預(yù)警創(chuàng)造有利的條件，并且，系統(tǒng)還能自動保存記錄，便于后續(xù)使用。其次是系統(tǒng)數(shù)據(jù)，礦山井下排水自動化系統(tǒng)的核心是控制主站，這里所說的主站并非是地上主站，而是井下控制主站，該主站具有實時通信功能，可以通過工業(yè)以太網(wǎng)接收工程師站下達的命令，在命令被接收后，即可向工程師站反饋多余數(shù)據(jù)，同時利用控制平臺將命令發(fā)送到主控站，這樣主控站即可依據(jù)命令，執(zhí)行程序流程。在這個流程中所產(chǎn)生的各種信息，還能在集中操作控制平臺中顯示。此外，系統(tǒng)所采用的電源屬于不間斷電源，能夠向系統(tǒng)控制設(shè)備穩(wěn)定供電，保證了系統(tǒng)運行的連續(xù)性[3]。

　　3.2 系統(tǒng)控制方式本文所研究的礦山井下排水自動化系統(tǒng)，擁有四種控制方式，分別是就地手動、就地自動、遠程控制和無人值守。就地手動是指工作人員以手動操作為主要控制方式，對泵房設(shè)備進行控制。操作人員在借助操作平臺中的按鈕控制設(shè)備時，必須將生產(chǎn)需要和設(shè)備當前運行狀況作為依據(jù)，如果操作不當，就會起到適得其反的作用。就地自動是指操作平臺在發(fā)布啟動命令后，水泵各部件會按照預(yù)定流程啟動，在發(fā)布關(guān)閉命令后，這些部件會停止運行。無人值守是指自動化系統(tǒng)會將水倉中的實際水位和用電時間作為依據(jù)，控制水泵的啟停。遠程控制是指地面控制中心根據(jù)要求，對水泵進行遠程控制，如有需求，可由遠程自動控制切換為遠程人工控制。

　　3.3 系統(tǒng)功能分析礦山井下排水自動化控制系統(tǒng)的功能較為豐富，主要包括故障停泵、自動化控制、參數(shù)修改和故障監(jiān)控。(1)故障停泵。在自動化控制系統(tǒng)運行過程中，如果發(fā)現(xiàn)水泵出現(xiàn)故障，計算機會將提前設(shè)置好的停泵流程作為依據(jù)，自動關(guān)閉水泵。對于在檢修工作模式下仍然保持運行狀態(tài)的水泵，一旦出現(xiàn)故障，必須做停泵處理，此時，應(yīng)遵循下述流程進行停泵：首先操作人員需要將管路手動閘閥關(guān)閉，避免閥門在開通部位停機，然后在閥門關(guān)閉位置符合要求后，使電動機的運行停止。在發(fā)現(xiàn)水泵出現(xiàn)故障后，操作人員應(yīng)及時按下急停按鈕，此時，無須考慮水泵的運行方式。在水泵停機后分析故障成因，并全面檢查水泵，做好維修和檢查記錄。在維修完成后，按下故障復(fù)位按鈕，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運行狀態(tài)。(2)自動化控制。自動化控制是系統(tǒng)最重要的功能，是保證礦山井下作業(yè)安全的重要方式。在自動化控制系統(tǒng)運行階段，水位信號尤為關(guān)鍵。因此，本文所研究的自動化控制系統(tǒng)，將兩套超聲波水位傳感器應(yīng)用到不同的水倉之中，由 PLC 控制器劃分水量信號，然后形成水位段，在此基礎(chǔ)上，計算單位時間內(nèi)的水位上升速度，并成為判斷礦井通水量的依據(jù)。比如：系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)水位告急的緊急情況后，會自動開啟多臺水泵，提高排水效率，確保井下排水的高效進行，使井下作業(yè)更加安全。該系統(tǒng)還能準確檢測礦井下的電流值，并對負荷率進行計算，然后依據(jù)負荷率計算結(jié)果和通水量，控制水泵的啟停，從而實現(xiàn)成本控制的目的。(3)系統(tǒng)參數(shù)修改。操作人員可利用面板鍵盤，對系統(tǒng)參數(shù)進行現(xiàn)場修改，同時，還能統(tǒng)計水泵運行時間和電能損耗，有助于工作人員掌握水泵當前的運行狀態(tài)。(4)故障監(jiān)控。由于所處工作環(huán)境較為復(fù)雜，水泵在運行過程中容易出現(xiàn)振動和其他故障，而自動化控制系統(tǒng)可以對水泵振動和故障進行實時監(jiān)控，并發(fā)出警報，提示操作人員及時處理故障，同時，工控機和觸摸屏會同步顯示故障信息。

　　4 結(jié)論

　　綜上所述，礦山井下排水系統(tǒng)自動化控制與傳統(tǒng)控制方式相比，擁有更高的可靠性，成為目前應(yīng)用范圍最廣泛的控制系統(tǒng)。其應(yīng)用有助于促進礦山井下作業(yè)朝智能化和信息化的方向發(fā)展。煤礦企業(yè)應(yīng)該高度重視自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，以實現(xiàn)預(yù)期的發(fā)展目標。

　　參考文獻

　　[1] 劉輝，謝春華.智能化自動化控制技術(shù)在煤礦井下主排水系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2019(17)：194.

　　[2] 鮮林.自動化控制技術(shù)在礦山井下排水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動化應(yīng)用，2019(2)：17-19.

　　[3] 路染妮.礦山井下排水系統(tǒng)自動化控制設(shè)計[J].中國錳業(yè)，2017，35 (1)：152-153，160.

　　《礦山井下排水系統(tǒng)自動化控制分析》來源：《低碳世界》，作者：李國安