９２ ・互撼蔗科技 ２０１４年第２期 技术改造与技术革新・ 煤矿排水自动化系统的研究与应用 曹 锋，孙 良，韩华丽 （山东能源新矿集团孙村煤矿华腾公司，山东济南摘要２５０１０１） 矿井排水自动化系统主要是采用可编程控制器（ＰＬＣ）和上位机组态画面对井下排水系统的多台水泵进行监控。合理 调度水泵运行，实现井下无人值守自动排水，通过网络实现远程监控，对实现矿井安全排水有着重要的意义 关键词排水系统可编程控制器（ＰＬＣ） 传感器文献标识码 Ａ 组态 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２８０１．２０１４．０２．４２ 中图分类号ＴＤ７４４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃａｏ Ｆｅｎｇ，Ｓｕｎ Ｌｉａｎｇ，Ｈａｎ Ｈｕａ—ｌｉ （Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｘｉｎｗｅｎ Ｍｉｎｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｓｕｎｃｕｎ Ｍｉｎｅ Ｈｕａｔｅｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉｎａｎ ２５０１０１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｎｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｍａｉｎｌｙ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＰＬＣ）ａｎｄ ｕｐｐｅｒ ｕｎｉｔ ｓｔａｔｅ ｉｍａｇｅｓ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｄｏｗｎ—ｈｏｌｅ ｐｕｍｐｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｐｕｍｐ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｄｒａｉｎａｇｅ，ｒｅａｌｉｚｅ ｄｏｗｎ—ｈｏｌｅ ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｒｅｎ）ｏｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｉｓ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｉｃａｎｃｅ ｔｆｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｍｉｎｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｄｒａｉｎａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｒａｉｎａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＰＬＣ） ｓｅｎｓｏｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ １项目建设的必要性 目前，在矿井泵房的排水系统设计中，一般设置多 系统根据信号传输原理可分为三大部分： （１）井下监控单元 本工程井下监控单元由ＰＬＣ控制柜、传感器、信 号传输设备等组成。ＰＬＣ控制柜作为主控制站，是 台多级离心水泵，一组工作、一组备用，并设置了用于 轮换检修的水泵。这些水泵电压高、功率大、运行工况 复杂，人工很难做到实时监控。另外，对于水泵启动前 排水自动化系统的控制核心，负责完成泵房内各种 信号的采集，以及控制指令的下发。 本排水自动化系统设计以西门子Ｓ７—３００系列 ＰＬＣ作为核心控制器，传感器包括液位计、超声波流 量计、压力变送器、温度传感器、电流互感器等。 （２）信号传输路由 吸水管路的充水（抽真空）、水仓水位监测、泵房内设 备的运行与管理等工作，普遍采用人工操作方式。传 统模式操作过程繁琐、劳动强度大、人为因素多、启泵 时间长、自动化程度低，已不能适应现代化矿井管理的 要求。因此，有必要使泵房水泵实现自动化控制。 信号传输包括控制信号的传输和视频信号的传 输。利用交换机、光端机、光纤收发器作为排水系统 ２ 系统组成 孙村煤矿排水自动化系统以无人值守为最终目 标，实现水泵机组起停、故障诊断和数据处理的完全 自动化，不需要人工干预，并能长时间连续稳定地工 的主要信号传输设备，完成控制以及视频信号的转 换，通过光缆传输至地面。 （３）地面控制中心 地面控制中心作为排水自动化系统的调度中心， 设置工作站，通过先进的上位机组态软件实现与井下 作，达到节约能源和人力资源的功能。排水自动化 收稿日期２０１３—０２—１５ ＰＬＣ的通信，管理人员在地面即可掌握井下主排水系 统设备的所有检测数据及工作状态，工作站可动态显 示主排水系统运行的模拟图、运行参数图表，记录系统 运行数据，能自动分析水泵的运行参数并判断故障，报 作者简介曹锋（１９８２．１０一），男，助理工程师，毕业于山东理工大 学通信工程专业，本科，在孙村煤矿山东华腾自动化科技有限公司 从事技术管理工作。 ２０１４年第２期 互聪蔗舛技 ９３ 警信息实时显示并具备历史报警存储功能。 ３系统控制总则 本排水自动化系统以水仓水位作为水泵起停的 基本条件，在此条件满足的前提下，再根据均匀磨损 的原则、电价避峰填谷的原则实现水泵的起停。如１ 图所示，设置四个水位限值：Ｈｌ、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４，当水位 处于不同的位置时，执行相应的处理方式。 Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ ２ ３ ４ 超报启停 限警动机 水水水水 位位位位 图１ 排水自动化系统水位标志图 （１）当水位在停机水位Ｈ４或者以下时，系统不 允许启动水泵。 （２）当水位达到启动水位Ｈ３时，此时处于正常 排水阶段，系统判断需要启动水泵排水，首先对电网 的负荷进行监测，若处于用电谷段或平段时，可以立 即启动；若处于用电峰段，则暂缓启动。 （３）当水位达到报警水位Ｈ２时，此时系统报警， 并判断此时电网的负荷，若处于用电谷段或平段时， 可以立即启动；若处于用电峰段，则暂缓启动。 （４）当水位达到超限水位Ｈｌ时，此时水位已达 到上限，不论电网负荷如何，必须立即启动水泵。 （５）在超限水位排水期间，若水位未达到超限水 位以下，则表明一台水泵的排水量已不足以排除矿 井出水，启动第２台水泵。若水位还未下降，则启动 第３台水泵，直到水位下降到超限水位以下。 ４系统操作方式设计 排水自动化系统设计三种操作方式：远程、集中 和就地。 在远程模式下，由上位机作为主要操作设备，对 系统进行各项参数的设定以及控制命令的下发，可 由上位机选择运行方式。包括以下三种： （１）全自动模式： 根据设定水位、设定的峰段、谷段等各种条件， 自动判断水泵开启的时间和数量，不需要人工参与。 （２）半自动模式 操作员通过上位机操作界面选择开启的水泵以及抽 真空方式，点击操作按钮对水泵进行一键启动和停止。 （３）点动模式 操作员通过点击按钮对水泵进行单步开泵操 作。按照水泵操作流程，开泵时，先抽真空，真空度 达到开泵要求后，开启电机，排水压力达到开闸阀要 求后，开启电动闸阀，电动闸阀开到位后停止抽真 空，开泵结束；关泵时，先关闭电动闸阀，电动闸阀关 到位后，停止电机，关泵结束。 在集中模式下，由触摸屏及控制柜操作按钮作 为主要操作设备，对系统进行各项参数的设定以及 控制命令的下发。在集中模式下，可由触摸屏选择 运行方式，包括半自动模式、点动模式、演习模式。 在就地模式下，系统处于手动操作模式，即保持现有的 操作方式，整个系统完全脱离控制器，手动单台就地操作各 个设备，作为检修或控制系统出故障时直急的操作方式。 ５ 系统功能 （１）完成水泵各类参数的采集和处理，包括电 流、温度、流量、压力、真空度等，实时显示水泵的运 行状态，通过ＰＬＣ实现水泵遥测、遥控功能。 （２）实时在线检测水仓水位，当水位达到上限时 能够报警，自动开启水泵；当水位达到下限时，发出 声光信号，自动停泵。 （３）故障时能及时发出报警信号，并根据故障类 型自动停泵。 （４）ＰＬＣ自动检测水位信号，计算单位时间内不 同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自 动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。 （５）系统根据水泵的开启次数自动按一定顺序 轮换开启水泵，自动实现水泵的轮循工作，大大延长 水泵的使用寿命。 ６结论 在地面集中监测监控，可实现井下减员，改善工作 环境，有效降低人员成本；实现设备自动控制，可减轻 工人劳动强度，减少人工操作失误，减少停机事故，提 高系统安全运行可靠程度，延长设备使用寿命。 【参考文献】 ［１］ 吴立新等．数字矿山构想与关键技术，首届中国矿山 联合会年会特邀报告，２００１，厦门． ［２］ 刘冰．煤矿水泵自动化监控系统设计［Ｊ］．煤矿机电． ２００４（５）：１００—２００． ［３］ 王幸福．矿井排水自动化控制系统［Ｊ］．煤矿机电， ２０１０．第４期．
