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矿山井下排水系统自动化控制分析

所属栏目:矿业论文 发布日期:2021-03-03 09:49 热度:

   在矿山生产系统中,矿山排水系统的重要性不言而喻,将矿井的涌水排到地面,保证井下作业安全生产,是排水系统的主要作用。但就当前实际情况来看,部分矿山企业排水系统依然以人工操作方式为主,无法实现自动化控制。因此,对此项课题进行分析,具有十分重要的意义。

矿山井下排水系统自动化控制分析

  1 井下排水系统自动控制的优势分析

  1.1 稳定性和可靠性高相比传统人工操作模式,井下排水系统自动化控制模式通常为三种,分别是远程控制、自动控制和本地控制,操作人员可根据具体需求,选择不同的控制模式,在确保水泵安全的基础上,减轻工作量。比如:操作人员如果发现远程控制模式被阻断,可以将控制模式由远程控制切换为本地控制,保证井下排水的可靠性,并且系统在监测到异常情况后发出报警信号。

  1.2 有利于成本控制目前,光纤环网通信技术是矿山井下排水系统自动化控制所应用的网络通信技术,这项技术的应用,有助于信息数据提高传输速率,与总线传输模式相比,具有传输质量高的优势。再加上 VC.net 编程技术在 PLC 模块中的应用,使自动化控制操作更加简单。此外,PLC 模块还能重复利用和开发系统,有利于增强成本控制的效果[1]。

  1.3 能够监测多种技术参数矿山井下排水系统自动化控制的实现,能够对多种技术参数进行监控,这些参数分别是泵房水舱液位、压力、流量、电流等。在监控的同时,还能控制异常参数,同时以数据信息汇总为手段,反映和传输参数,如果发现异常参数系统会及时报警,最终实现保护排水系统运行稳定性的目的。

  2 排水自动化系统结构分析

  某煤矿井所处环境较为复杂,涌水量较大,在查阅资料后得知,在正常情况下,矿井日均涌水量为 1.5 万 m3 ,但是在特殊情况下,矿井日均涌水量可达 1.96 万 m3 以上。为确保煤矿开采作业的安全,该煤矿应用了排水自动化系统,系统主要由地面自动控制中心和线路、泵房监控单元、语音报警和视频监控等部分组成,各部分功能如图 1 所示。

  2.1 地面自动化控制中心和线路地面监控中心和线路是井下排水自动化系统的重要组成部分,前者主要是指将监控站设置到控制中心,通过监控站监视和控制泵房设施,这些设施分别是不间断电源、显示器和报警设备。而线路的功能为数据传输,控制中心会通过线路传输各种数据。

  2.2 泵房监控单元泵房监控单元的组成部分包括监控分站、传感器和信号采集装置,在井下控制通信中,主控站属于核心,起到的作用为传递和交互地面控制中心信息,与此同时,还能有效监控分站信息,从而为工作人员掌握系统运行情况,创造有利的条件。考虑到部分中央泵房系统具有控制需求,因此,煤矿企业将微机综合保护器应用到电控柜之中,相比传统手动控制系统,自动化系统的控制单元更加丰富,具体表现为各泵房都会设置通信主站,水泵也会设置分站,这种监控主站在作为设备控制单元的同时,还能接收地面控制中心的指令要求,控制水泵设备做出动作。

  2.3 语音预警在矿山井下排水自动化系统中,语音报警属于重要的系统功能,其中,地面控制中心和泵房语音报警共同构成了语音预警功能,前者的语音预警范围远大于后者,语音预警需要以泵房实际情况作为依据,并对可能会发生的异常情况进行预测,提前制定预警内容[2]。

  3 矿山井下排水自动化系统的设计和控制方式

  3.1 矿山井下排水自动化系统的设计主控设备和系统数据是矿山井下排水自动化系统设计的主要内容。首先是主控设备,在查阅资料后得知,分布式结构是自动化系统的主要结构类型,煤矿企业在设计主控设备时,将矿用隔爆可编程主控站和矿用本安型集中控制操作台设置到泵房之中,最终实现集中控制泵房设备的目标。与此同时,泵房中的全部设备都要设置本安综合接入网关,同时将工程师站、监控系统和设备设置到地面,通过这种设计,实时展示系统中的各项参数,为系统及时发现故障点,并进行语音预警创造有利的条件,并且,系统还能自动保存记录,便于后续使用。其次是系统数据,矿山井下排水自动化系统的核心是控制主站,这里所说的主站并非是地上主站,而是井下控制主站,该主站具有实时通信功能,可以通过工业以太网接收工程师站下达的命令,在命令被接收后,即可向工程师站反馈多余数据,同时利用控制平台将命令发送到主控站,这样主控站即可依据命令,执行程序流程。在这个流程中所产生的各种信息,还能在集中操作控制平台中显示。此外,系统所采用的电源属于不间断电源,能够向系统控制设备稳定供电,保证了系统运行的连续性[3]。

  3.2 系统控制方式本文所研究的矿山井下排水自动化系统,拥有四种控制方式,分别是就地手动、就地自动、远程控制和无人值守。就地手动是指工作人员以手动操作为主要控制方式,对泵房设备进行控制。操作人员在借助操作平台中的按钮控制设备时,必须将生产需要和设备当前运行状况作为依据,如果操作不当,就会起到适得其反的作用。就地自动是指操作平台在发布启动命令后,水泵各部件会按照预定流程启动,在发布关闭命令后,这些部件会停止运行。无人值守是指自动化系统会将水仓中的实际水位和用电时间作为依据,控制水泵的启停。远程控制是指地面控制中心根据要求,对水泵进行远程控制,如有需求,可由远程自动控制切换为远程人工控制。

  3.3 系统功能分析矿山井下排水自动化控制系统的功能较为丰富,主要包括故障停泵、自动化控制、参数修改和故障监控。(1)故障停泵。在自动化控制系统运行过程中,如果发现水泵出现故障,计算机会将提前设置好的停泵流程作为依据,自动关闭水泵。对于在检修工作模式下仍然保持运行状态的水泵,一旦出现故障,必须做停泵处理,此时,应遵循下述流程进行停泵:首先操作人员需要将管路手动闸阀关闭,避免阀门在开通部位停机,然后在阀门关闭位置符合要求后,使电动机的运行停止。在发现水泵出现故障后,操作人员应及时按下急停按钮,此时,无须考虑水泵的运行方式。在水泵停机后分析故障成因,并全面检查水泵,做好维修和检查记录。在维修完成后,按下故障复位按钮,使系统恢复正常运行状态。(2)自动化控制。自动化控制是系统最重要的功能,是保证矿山井下作业安全的重要方式。在自动化控制系统运行阶段,水位信号尤为关键。因此,本文所研究的自动化控制系统,将两套超声波水位传感器应用到不同的水仓之中,由 PLC 控制器划分水量信号,然后形成水位段,在此基础上,计算单位时间内的水位上升速度,并成为判断矿井通水量的依据。比如:系统在发现水位告急的紧急情况后,会自动开启多台水泵,提高排水效率,确保井下排水的高效进行,使井下作业更加安全。该系统还能准确检测矿井下的电流值,并对负荷率进行计算,然后依据负荷率计算结果和通水量,控制水泵的启停,从而实现成本控制的目的。(3)系统参数修改。操作人员可利用面板键盘,对系统参数进行现场修改,同时,还能统计水泵运行时间和电能损耗,有助于工作人员掌握水泵当前的运行状态。(4)故障监控。由于所处工作环境较为复杂,水泵在运行过程中容易出现振动和其他故障,而自动化控制系统可以对水泵振动和故障进行实时监控,并发出警报,提示操作人员及时处理故障,同时,工控机和触摸屏会同步显示故障信息。

  4 结论

  综上所述,矿山井下排水系统自动化控制与传统控制方式相比,拥有更高的可靠性,成为目前应用范围最广泛的控制系统。其应用有助于促进矿山井下作业朝智能化和信息化的方向发展。煤矿企业应该高度重视自动控制系统的优化和完善,以实现预期的发展目标。

  参考文献

  [1] 刘辉,谢春华.智能化自动化控制技术在煤矿井下主排水系统中的应用分析[J].内蒙古煤炭经济,2019(17):194.

  [2] 鲜林.自动化控制技术在矿山井下排水系统中的应用[J].自动化应用,2019(2):17-19.

  [3] 路染妮.矿山井下排水系统自动化控制设计[J].中国锰业,2017,35 (1):152-153,160.

  《矿山井下排水系统自动化控制分析》来源:《低碳世界》,作者:李国安

文章标题:矿山井下排水系统自动化控制分析

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