煤矿排水设备自动化控制技术的应用_张文艳.pdf

煤矿排水设备自动化控制技术的应用张文艳（晋能控股集团四台矿机电管理科，山西大同037007）摘要：针对矿井开采中的涌水问题，通过分析煤矿排水设备，提出煤矿排水设备的自动化技术。具体研究了排水系统的自动化控制，并进行实际应用。结果表明，整个排水系统操作简单、功能丰富，可以实现实时监控，可以减少10%的事故发生率，能够满足目前矿井中的排水需求，保证煤矿的正常开采。关键词：排水设备自动化控制实时监控中图分类号：TD67文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0193-03引言我国作为煤矿资源丰富的大国，对煤炭开采技术的发展十分重视，矿井中的地势险峻，开采环境复杂多变，容易遇到各种突发事故，如矿井中十分容易发生的透水事故，对开采工作造成极大的影响。因此，排水系统在煤矿开采中的作用巨大。目前，在科学技术的不断发展下，排水系统也越来越趋于自动化，现在的装置可以很好地实现无人化自动操纵，将各级排水设备的启动、停止、轮机更换以及机器增减问题可以实时根据矿井中的水位变化做到及时应对，有效缓解了煤矿开采中涌水问题带来的损失，保证开采工作的正常进行。1工程概况某煤矿为斜井开采的方式，产煤量为 50 万 t/年，矿下采用多级接力的排水方式，矿井中正常的涌水量为 238 m3/h，而水平方向的最大涌水量可以达到 582m3/h。煤矿中采用的排水设备为 5 台 D50057 型号的排水泵，每座排水泵的周围也配备有功率为 1 200 kW防爆电机，电压大小为 10 kV。在矿井中的涌水量在正常范围下时，配备有 3 个排水泵，其中 2 个用于正常工作，1 个用于检修使用，其余 2 个排水泵作为备用机待机。整个排水系统管道所使用的规格均为369 mm10 mm的钢管。2排水系统设计排水系统的总体控制主要是通过下位机来监控系统中的各个设备并进行数据监测，然后将所监测到的数据传回，由系统中的上位机接收并将数据显示出来。上位机主要位于地面中的监控中心，下位机位于井下控制中心。系统的总体结构如图 1 所示。系统中的地面监控中心主要由控制台、数据库、各种软件以及操纵系统部分来组成。系统中上位机与下位机之间通过远程通信网络进行数据的传递。监控设备主要由操作设备、信号收集装置、信号控制装置组成。其中信号收集装置1是整个系统十分重要的部分，它是由传感器、连接线路以及各种器件组成。2.1硬件设计排水系统的硬件设备关系着整个装置的安全性以及可靠性，硬件方面主要由采集方面的设备、控制方面的设备以及通信网络组成，硬件原理如图 2 所示。收稿日期：2022-02-17作者简介：张文艳（1992），女，山西右玉人，本科，毕业于辽宁工程技术大学，助理工程师，研究方向为电气工程及其自动化。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.076图 1排水系统总体结构图 2硬件原理工控机地面监控中心地面交换机地面以太网地面交换机地面交换机井下交换机井下工业环网井下交换机井下交换机井下控制台现场监测监控磁力启动器阀门控制器阀门控制器电机阀门 1 号阀门 2 号电动阀门状态操作面板状态泵用电机启停状态电机轴承温度液位水泵入口负压水泵出水口压力流量泵用电机启停电动阀门开关蜂鸣器地面监控中心数字量输出模块显示屏通信模块数字量输人模块模拟量输人模块PLC模块自动化系统设计机械管理开发第 38 卷2.1.1采集设备采集设备为模拟和数字传感器2结合而成，模拟传感器负责对矿井温度、水压力大小、水位以及水流量进行测量并将数据传输，数字传感器负责对启动开关、阀门开关以及操作面板进行的状态量进行显示。1）温度传感器以及相应的安全栅。温度传感器一般安装于排水泵的轴承的双侧，对排水泵的实时温度进行监测，从而确定排水泵的工作状态。选择的型号为 GW100 型3的温度传感器，测量范围在-40210。由于作为监测装置的温度传感器传输的是电阻信号，要实现数据的接收就要转化为电流信号，同时要防备其他线路的杂乱信号干扰本条线路，所以要在传感器的终端安装安全栅装置。安全栅可以实现电流信号由安全区域向非安全区域的传送，并且安全栅具有监测作用，可以将系统中位于安全地区的危险信号进行检查并隔离。2）水位监测传感器。此类传感器对水位进行测量，然后将数据转换为电信号进行输出，传感器选择为 LU20 型号的装置，这种装置不同于平常的接触式装置4，属于采用超声波技术进行监测的设备，不会对水体进行直接接触，这样就不会因为水中的杂质导致的探测探头堵塞而影响装置的正常运行。2.1.2控制设备控制方面的设备对整个排水系统是十分重要的，它主要负责系统的监测以及控制。它将从各个装置收集到的信息进行整合分析，然后作出相应的应对措施，并将相应的控制指令传输到对应的设备，然后作出相应的操作。控制总设备选用型号为 S7-100 的控制装置，它本身具有较强的模数转换能力，运算速度快，可以很快对接收到的信号进行分析并将对应的指令输送到输出设备上。2.1.3通信网络通信网络负责指令传输的中介，控制指令能否成功准确地送达输出设备，安全稳定的通信环境至关重要。其中就地通信网络主要装置为 PLC控制系统，它可以将电信号转化为相对直接的图形数据，然后通过液晶屏幕显示，方便快捷地实现人机交互，信号的传递速度也更加稳定。远程通信网络由主机以及各种交换机组成。其中通信板块将主机与交换机连接起来，为了保证信号传输的准确性，使用光纤将各级交换机进行连接，可以实现信号的快速传输，保证控制指令实时送达。2.2软件设计1）主程序采用 STEP7 的编程系统5，其可以将软件程序分为多个部分来编程操作，简洁明了。主程序的设计流程如图 3 所示。每个子程序都由主程序进行控制，子程序本身单独分级操作，保证系统正常运行。主程序在运行期间必须简洁方便，确保系统的快速运行以及数据传输效率。在系统启动之后，会先对子程序进行自检，若发现问题会及时发出警示，进而对子程序进行修缮，保证系统可以正常运行。2）控制程序。控制程序可以实现控制模块的多种控制方式，先是手动控制处理方式，这种模式启动后，和传统模式一样，通过人为操作来对排水装置进行操纵；另一种是半自动控制方式，通过相对应的按键来实施设备的开关，能将出现问题的设备及时停止；最后就是自动控制方式，通过在系统中设计的程序以及各种参数信息，使得系统自动控制设备运行，实现真正的自动化。还有两种辅助模式，一种是检修状态，实现对设备各方面的检查工作，保证装置的安全性能；另一种是远程端控制方式，实现操作人员不在机器近端时对远程控制端设备进行操控，保证设备的正常运行。3实际应用效果分析将排水系统投入矿井中使用后，排水设备的安装如图 4 所示。在选择了自动控制模式之后，系统开始运行。在系统监测到矿井中水位较低时，就会将所有的排水阀关闭；在水位上升到警戒值的 1/2 时，打开 1 号排水泵进行排水工作；当水位上升到警戒值后，系统会将1 号、2 号泵全部打开进行排水工作，同时界面会显示警告标志框，并带有相应的声音提醒。该界面可以清图 3主程序流程图 4设备现场安装开始模块检测子程序有模块故障否模块检测子程序初始化子程序模拟量采集子程序模拟量处理子程序数字量采集子程序是系统故障否发出警报按键检测子程序排水作业子程序故障保护子程序通信子程序结束故障报警是1942023 年第 2 期楚地展示出各个阀门的情况以及水位和排水泵中的流量等信息。在系统中的水位大小以及流量信息等数据显示异常时，警示装置会马上监测出来并进行警示操作，提醒工作人员进行处理。4结论1）排水系统整体结构合理，电路的精度也高，稳定性好，减少了 10%的事故发生率。上位机表现良好，人机交互界面简洁明了，整体可以满足目前的煤矿排水需求。2）采用自动化控制技术之后，相比于人工操作，需求的人员数量更少，并且可以自行完成检查，能及时发现故障并给予警示，使得整个排水系统更加安全可靠，保证了开采工作的正常进行。参考文献1车永军，王成真，杜利宏.煤矿井下中央水泵房自动化排水系统研究与应用J.煤矿开采，2013，18（5）：28-31；37.2高林.煤矿井下排水自动控制系统的研究与开发D.太原：太原理工大学，2007.3李从科，张艳.煤矿中央泵房自动排水系统的应用J.山东煤炭科技，2013（5）：1-4.4刘昌亮.煤矿排水综合自动化系统的设计与应用J.煤炭技术，2013（3）：67-69.5周继昌.煤矿井下排水自动化控制系统的设计与应用J.现代矿业，2021（10）：159-161.（编辑：李俊慧）Application and Research of Automatic Control Technology of Coal Mine DrainageEquipmentZhang Wenyan（Mechanical and Electrical Management Section,Sitai Mine,Jinneng Holding Group,Datong Shanxi037007）Abstract:Aiming at the problem of water gushing in mine mining,the automation technology of coal mine drainage equipment is proposedby analyzing the application of coal mine drainage equipment,specifically studying the automation control of drainage system and carryingout practical application.The results show that the whole drainage system is simple to operate,rich in functions,and can achieve real-timemonitoring,which can reduce the incidence of accidents by 10%and can meet the current drainage needs in mines and ensure the normalmining of coal mines.Key words:drainage equipment;automatic control;real-time monitoringApplication on the Monitoring System of Mine Ventilation Fan Operation StabilityGao Wenbo（Dayun Huasheng Zhuangwang Coal Co.,Ltd.,Ningwu Shanxi 036702）Abstract:Aiming at the shortcomings of the current mine ventilation system with high failure rate,poor stability and long maintenancecycle,a new monitoring system for mine ventilator operation stability is proposed.Based on the summary and analysis of common failuretypes of ventilators,the parameters and layout of ventilator operation stability monitoring are reasonably determined,and the fuzzy judgmentlogic is used to realize continuous monitoring of fan operation status.According to the practical application,the new stability monitoringsystem for mine ventilation fan operation can reduce the fan failure rate by 88.4%and reduce the fan maintenance cycle by 78.2%,whichsignificantly improves the stability and reliability of fan operation.Key words:ventilation fan;stability monitoring;fuzzy judgment（上接第 192 页）8卫贤涛.刮板输送机张紧系统的智能化控制J.机械管理开发，2020，35（7）：203-205.9胡磊.刮板输送机负载预测与调速控制研究D.西安：西安科技大学，2020.（编辑：王慧芳）Research on Intelligent Control System of Scraper Conveyor Based on FrequencyConversion DriveZhang Xia（Mining Equipment Leasing Branch of Fenxi Mining Group,Jiexiu Shanxi 032000）Abstract:The structure composition,intelligent control scheme and key technologies of the intelligent control system are analyzed,andgood results have been achieved in the industrial application of a mine in Shanxi Province.By using the intelligent control system,thefunctions of scraper conveyor such as soft start,intelligent speed regulation,operation status monitoring and fault warning can be realized,and the equipment wear and energy consumption can be reduced.Key words:scraper conveyor;frequency converter;intelligent control;fault monitoring;coal quantity detection;energy Saving（上接第 190 页）张文艳：煤矿排水设备自动化控制技术的应用195