矿井下主排水泵房的自动化控制探讨

薛鑫刚

摘 要：以往矿井排水多借助人工操作的形式进行排水泵启停控制，不仅无法做到对排水时间、排水量的合理控制，亦对排水设备作用的发挥产生限制，并在一定程度上威胁到井下开采作业的安全性，需通过设计自动化控制系统来优化排水泵控制。本文以某矿井为例，重点研究主排水泵房的自动化设计。

关键词：泵房;自动化;主排水;控制

某矿有着较大的用水量，其建井时间较长，为保障其排水效果，建井阶段选择大功率的排水设备。而以往手动启停方式的应用无法发挥出大功率排水设备的作用与能效，无法进行排水时间与排水量的合理控制，进而限制着矿井下开采作业的效率与质量。为进一步提升主排水系统通知效果，该煤矿选择进行主排水泵房的自动化改造，以期通过融合自动控制技术实现对泵房的远程自动控制。

1 泵房排水管网设计

该煤矿视情况设置5台主排水泵，其中1台水泵处于检修状态，3台处于备用状态，1台处于运行状态。为保障主水泵效用的发挥，选择设置独立吸水管道，且配置射流泵进行泵腔的抽排，具体排水管道设计如图一所示。

2 水泵自动控制系统设计

2.1 自动控制系统构成

自动控制系统按操作位置划分，具体囊括井下控制站与地面操作站两部分，为达到远程控制的目的，采用工业以太网进行井下控制站与地面操作站的连接。分析井下控制站的设置，涉及到对PLC控制器的应用，视井下实际情况合理设置主站控制器，可实现对泵房内排水泵、阀门、水仓水位、电动机等参数的全面监测与控制，依据对水位高度、水泵运行状态、电动机参数、阀闸状态等数据的收集与分析，进行水泵的自动化控制[1]。所收集的数据信息及其控制信号经以太网传输至地面操作站。同时，为便于水泵房维护工作的开展，井下控制站设置电子显示屏，显示面板与监控系统连接，实现利用显示面板直观呈现出水位、电机定子温度、排水量、电机电流、水泵轴承温度等参数，以便维护人员全面掌握排水泵系统的运行状态。而针对自动控制系统的设置，需要依托于编程技术的应用，提升控制系统的简便性与灵活性[2]。分析自动控制系统的硬件构成，囊括显示面板、执行装置、编程装置信息以及采集信息装置等（如图2）。

2.2 自控系统功能

自控系统具体程序功能囊括自动控制、数据上传、数据采集、故障报警等功能，具体为：

2.2.1 数据采集与检测

以PLC控制器为依托进行数据的检测与采集，运行期间水仓水位通过超声波水位计连续检测，然后利用PLC进行水位变化信号的处理，依据对水位数据的分析自动化控制水泵的启停。结合对主排水传感系统的设置，充分利用传感装置进行电机电流、电机温度、轴承温度、排水管流量数据的采集，并通过数据分析掌握电机、水泵的实际运行状态。水仓水位的监测主要是利用水位感应装置，运行期间感应装置会将监测信号转变为数字讯号，经以太网传至PLC[3]。该煤矿主排水自控系统设置中，共设置4个水位阀值，以H1、H2、H3、H4来代表不同阀值。

2.2.2 自动控制

PLC系统组成包括数字量I/O、通讯口、模拟量输入等模块，具体运行期间，控制系统的自动控制功能体现为：依据对水仓水位的数据的采集与分析，进行水泵的自动化调度，视情况发出水泵启动、水泵关停指令，以此达到水泵自动控制的目的，避免因水位过高而影响到井下开采作业。井下水位信号是决定水泵启停的重要参考因素，所以为达到实时、精准的监测井下水位情况，选择将超声波水位传感装置分别安设于主副水仓。此时PLC接收的水位信号，会以多个水位段进行体现，以此为依据计算各个水位段的具体水位上升速率，通过分析比對明确掌握矿井下具体的涌水量。另外，自控系统还涉及供电电流值的检测与控制，运行期间依据对水泵运行信息的采集，精准计算除水泵的用电负荷，结合对矿井涌水量、时间的掌握，将水泵开启时间控制在电价最低时段，错开用电高峰时期，在降低矿井开采成本的同时，达到精准控制水泵运行的目的[4]。

2.2.3 故障报警

井下控制站与地面操作站相连接，操作站内设置电子显示屏，可实现对井下水泵、阀闸、电机运行状态的实时、全面监控。并且运行期间通过程序编程，对超出标准要求的异常现象进行预警，如水泵运行出现异常，此时系统会自动声光报警，告知操作人员故障问题的成因与位置，实现第一时间解决自控系统运行存在的问题。

2.2.4 数据上传

控制站操作屏与井下控制站PLC之间采用485协议通讯连接，并在通讯期间实时传输水泵机组的具体运行状态参数信息，通过就地显示设备运行状态信息来强化系统维护工作的开展。而针对控制站与地面操作站的连接，则是利用井下光纤将机组状态信息传输至操作站显示屏，其信息会以图形、曲线等形式进行直观体现，促使管理人员远程掌控地下水泵机组的运行状态。同时，上传的数据信息会纳入到数据库中，为后续水泵机组运行维护提供数据支撑。

3 结束语

主排水泵房自控系统的应用取得可观的成效，运行阶段始终处于稳定、可靠的状态，通过对泵房水位的在线、实时监测实现对水泵的自动化控制，做到在合理控制水泵机组的同时，错开用电高峰来削峰填谷，显著提升水泵控制有效性，达到降低企业控制成本的目的。

参考文献：

[1]张鑫.基于PLC的煤矿排水系统自动控制研究[J].黑龙江科技信息，2014（02）：138.

[2]徐振超.井下排水泵自动化控制系统设计分析[J].能源与节能，2018（11）：113-114.

[3]霍云华.浅论煤矿井下主排水泵房自动化监控系统的设计与应用[J].工程技术（文摘版），2016（9）：23.

[4]陈欣，黄英英.主排水泵自动化控制系统在新上海一号井的应用[J].陕西煤炭，2014， 033（002）：123-124，127.