煤礦安全可移動式自動排水設(shè)備的研究與開發(fā)

在煤礦智慧礦山建設(shè)中，其井下排水自動化控制的研究與應(yīng)用歷來是各大煤礦研究的重點課題，在煤礦生產(chǎn)中有著非常重要的意義。不但對煤礦的生產(chǎn)效率有著最為直接的影響，同時還能有效的控制人工成本的投入，最主要的是井下排水自動化控制，是確保煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。為此文中以濟寧二號煤礦現(xiàn)有排水系統(tǒng)為例，進行了自動化改造取得較好的效果，現(xiàn)結(jié)合實踐，展開詳細分析。
　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案
　　濟寧二號煤礦生產(chǎn)過程中存在較為明顯的排水系統(tǒng)問題，為此這對這些問題進行自動化改造，設(shè)計出與現(xiàn)代生產(chǎn)實際相符合的井下自動排水系統(tǒng)。該系統(tǒng)在設(shè)計過程中對現(xiàn)場情況進行充分了解，通過礦用一般性或本安型設(shè)計，目前三臺泵，留一臺泵接口。在涌水情況正常的前提下，對1-2臺泵進行運行，并對1臺進行檢修，1臺作為備用。
　　系統(tǒng)現(xiàn)在通過手工方式進行控制，且相關(guān)數(shù)據(jù)均通過人工方式進行觀測，不僅人力投入較大，而且泵房缺乏完善的監(jiān)控設(shè)備，難以對泵房實際運行狀況進行實時監(jiān)測。
　　2 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
　　PLC控制柜以及上位機共同組成控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，發(fā)揮著核心的作用。由于系統(tǒng)設(shè)置的位置不同，有井下現(xiàn)場下位機和地面監(jiān)控上位機之分。
　　2.1 地面監(jiān)控上位機
　　工控機以及工業(yè)電視系統(tǒng)與光端機等共同組成地面監(jiān)控系統(tǒng)。井下PLC系統(tǒng)與上位機的通信通過工業(yè)以太網(wǎng)來實現(xiàn)工控機控制。上位機的構(gòu)建利用組態(tài)軟件而實現(xiàn)，遠程監(jiān)測與控制井下設(shè)備通過動態(tài)畫面與現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。工作人員利用上位機便可在集控室內(nèi)實現(xiàn)排水系統(tǒng)的遠程控制。同時還能對水泵的運行數(shù)據(jù)進行實時讀取，并將數(shù)據(jù)保存下來。實時井下泵房畫面通過工業(yè)電視系統(tǒng)進行顯示，能夠讓工作人員對水泵的運行狀況及時了解。光纜是連接井下與地面的主要連接介質(zhì)，本安網(wǎng)絡(luò)攝像頭與操作箱利用光纖分線盒就地接入，傳輸視頻信號與控制信號，將信息傳遞給地面監(jiān)控室，井下信號向以太環(huán)網(wǎng)的傳輸利用光端機來實現(xiàn)。
　　系統(tǒng)設(shè)備的遠程控制通過上位機來完成，開停電機以及閥門動作和附屬設(shè)備的控制工作均通過上位機來實現(xiàn)；電力參數(shù)以及出水口壓力和水位情況通過界面進行顯示，同時還有歷史報警記錄與對外發(fā)布等作用，能夠直觀的進行畫面顯示，便于操作。
　　2.2 井下排水控制系統(tǒng)
　　隔爆型PLC控制柜與本安型就地操作箱和傳感器、電動（磁）閘閥、高壓開關(guān)柜以及各種執(zhí)行機構(gòu)共同組成現(xiàn)場控制系統(tǒng)。并將本安網(wǎng)絡(luò)攝像頭安裝于泵房中，對泵房情況進行監(jiān)測。
　　3 井下排水控制系統(tǒng)主要功能
　　3.1 達到自動化控制排水系統(tǒng)的作用
　　為確保井下排水系統(tǒng)的有效運行，針對目前排水系統(tǒng)存在的問題予以自動升級改造，確保井下排水系統(tǒng)能夠滿足礦井安全運行與發(fā)展要求，實現(xiàn)了遠程控制水泵系統(tǒng)的效果，并達到了無人值守的目的。利用上位機能夠?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)與動態(tài)模型進行全面的顯示，不僅將分布控制方式進行了全面保留，而且還打到了多種控制的效果。
　　3.2 多種控制方式
　　為確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，進行五種控制方式的設(shè)置，如自動控制、遠程控制、近控、手動控制和檢修等。自動控制過程中，系統(tǒng)依照程序的設(shè)定對水泵進行啟停，避免了人員的參與。通過PLC自主實現(xiàn)對各種參數(shù)監(jiān)測與設(shè)備控制。在PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題之后，其控制方式便變?yōu)槭謩臃绞剑瑸榕潘到y(tǒng)的安全性奠定良好基礎(chǔ)。檢修過程中，控制方式不論是手動方式還是PLC控制，不可啟動水泵，需經(jīng)工作人員進行檢修之后，方可開啟水泵，以免由于故障問題，增加安全風(fēng)險。通過萬能開關(guān)來對每個臺泵就地操作箱進行控制，工作人員便可通過現(xiàn)場泵房實際對控制方式進行有效地調(diào)整。
　　3.3 數(shù)據(jù)采集與集中顯示
　　系統(tǒng)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如水倉水位以及真空度和出水口壓力、電機電流等數(shù)據(jù)，均可通過上位機進行集中顯示，有異常情況發(fā)生時變有報警信號發(fā)出，同時進行有效記錄，能夠進行歷史曲線的查詢，以免有故障問題的發(fā)生，并針對性的提出改進方案。還可對歷史數(shù)據(jù)曲線進行繪制、報表，為相關(guān)人員提供精準的判斷。
　　3.4 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計
　　水泵自動輪換功能通過對系統(tǒng)程序進行編寫設(shè)計來實現(xiàn)，依照水泵運行情況的分析，對合理的邏輯模型進行建立，并在一定順序下對那臺水泵的運行與管路啟停進行自動選擇，均勻分配每臺水泵的正常運行時間以及合理的啟停次數(shù)。如果存在水泵故障問題，發(fā)出報警，并將故障進行及時的記錄，并把存在故障的水泵在自動輪換系統(tǒng)中甩出，不再進行自動輪換，將其修復(fù)好之后再恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)。通過該輪換方式，避免了過度頻繁的使用某些水泵，有效的控制其出現(xiàn)磨損情況，增近其使用壽命。
　　3.5 保護環(huán)節(jié)
　　為確?，F(xiàn)場操作人員的安全性，保證排水設(shè)備正常運行，避免發(fā)生故障情況，針對性的設(shè)計了故障報警及聲光報警等保護功能。
　　4 系統(tǒng)軟件上采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計
　　依照用電“避峰填谷”原則，通過排水模型的建立來增近其經(jīng)濟性，依照水泵的邏輯控制，將水泵的運行次數(shù)與時間設(shè)置累加到軟件上，建立“水泵輪替制”模型，對水泵運行情況進行優(yōu)化，提升其使用壽命。
　　系統(tǒng)通過組態(tài)王上位機軟件對人機交互界面進行開發(fā)，依照功能需要，將監(jiān)控畫面與實時參數(shù)顯示畫面和參數(shù)設(shè)置畫面與主畫面等進行上位機軟件設(shè)計。工作人員邊那個及時的對工作情況進行全面的了解，同時能對系統(tǒng)故障進行全面的了解，便于開展設(shè)備維修與護理。
　　5 結(jié)語
　　該問針對濟寧二號煤礦排水技現(xiàn)狀進行詳細的分析，查找其中存在的問題，并針對性的進行井下自動排水系統(tǒng)的設(shè)計，不僅使礦井的排水系統(tǒng)抵抗水患災(zāi)害的影響不斷極大，而且還使工作環(huán)境得到了進一步優(yōu)化。這些極大地確保了工人的生命財產(chǎn)安全，還有效的降低了能源消耗，提升了企業(yè)的經(jīng)濟效益，值得推廣使用。