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[摘 要]本文从三道沟矿生产实际出发，针对现有排水系统存在的弊病，结合现代工业控制理论，探讨了煤矿的自动排水系统，实现自动排水，并达到了无人值守水泵房的标准。
[关键词]水泵房 排水系统 自动排水 无人值守
中图分类号：TG126 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）47-0056-02
引言
煤矿水泵是煤矿生产的主要设备之一，实现泵房的远程控制与监测，是综合自動化建设的重要组成部分。这些水泵运行普遍采用人工操作方式，存在操作过程繁琐、劳动强度大、启泵时间长等特点，目前，国内矿区有多数矿井已实现水泵房的远程监控功能，但泵房仍安排员工值守。对于煤矿企业应对市场寒冬期，建设无人值守水泵房就显得尤为重要。
1 自动排水、无人值守水泵房系统介绍
1.1 系统建设目的
无人值守水泵房建设的总方针是立足信息化前提，保证系统的先进性、安全性、可靠性，安装、使用和维护方便简单，将三道沟矿中央水泵房排水系统建设成为技术先进、稳定可靠、利用率高的煤矿自动排水监控系统，为矿井安全、高效、节能生产做好基础，系统设计目的如下：（1）将PLC控制系统、计算机网络通信技术和排水控制系统结合，实现以“集中控制为主，远程监测为辅”的控制模式。（2）保证自动排水系统运行的连续性和可靠性。（3）建设无人值守泵房，提高节能效率和管理水平，减少操作人员和工人的劳动强度。（4）实现地面对主排水系统设备的多点位信息传输和集中监测监控，具有在线监测、分析及完善的保护和报警功能。（5）调度监测中心计算机可以对排水系统的运行管理、事故跟踪与处理、打印运转日志报表。（6）采用Rsview组态软件，动态画面美观，修改灵活，数据保存时间长。（7）排水系统自身具备标准的以太网接口，提供标准TCP/IP协议数据。运行的主要参数通过矿工业环网，在矿局域网内的终端均可浏览。
1.2 系统总体技术要求
三道沟矿中央水泵房自动化排水系统是综合自动化的重要组成部分，信号传输和控制系统框架满足信息化的整体设计：（1）实现排水泵房无人值守自动控制运行。（2）具备远程测控功能。（3）系统具备网络控制、就地自动控制、就地手动控制、启动柜面板控制几种操作方式。（4）在水仓水位满足条件的前提下，系统能按避峰填谷的原则进行。（5）水泵的启停控制；按连续运转的时间长短控制倒机运行。（6）按操作规程要求的顺序进行水泵的启动和停止操作。（7）对电机和水泵的运行参数及保护参数进行实时的监测和传送，这些参数包括：电机温度、实时流量、水位、真空度、电压、电流、水泵出水口压力、各种闸阀、电动球阀的位置信号、过转矩信号等。（8）整个系统做到可靠运行、维护方便、修改灵活。
2 系统建设方案
2.1 中央泵房现状
（1）涌水量：矿井正常涌水量：82m3/h；矿井最大涌水量：124m3/h
（2）水仓容积：井底水泵房主水仓总容积： 1750m3
（3）水泵技术特征表：
（4）排水管路
中央水泵房负责全矿井的排水任务，泵房三台水泵形成一个独立的排水系统，整个网络建成双环型工业以太网，实时监测水泵的运行情况、水文参数及故障信息等。
2.2 系统组成
中央水泵房远程监控、无人值守系统主要由三部分组成：
（1）地面自动化控制中心。地面监控站设置在地面生产指挥中心，通过工作站对井下中央水泵房相关设施进行集控和监视。主要设备、设施包括服务器、显示器、不间断电源等。
（2）信息传输通道。利用工业光纤环网作为井下中央水泵房监控系统的主干网，实现泵房相关设备的数据的实时传输。系统网络通信结构如下（图1）：
（3）泵房监控单元
井下监控单元由井下监控主控制器及信号采集装置、传感器等组成，主控制器作为井下控制部分的通信核心，完成信号采集装置、传感器等信息与地面控制中心的监控信息交互传递。同时，通过在现场的操作显示屏，为井下巡检人员提供整个系统的运行情况。
针对三道沟矿的实际情况和要求，中央水泵房内配备就地控制按钮，完成泵、电动闸阀和电动球阀的就地控制，将每台泵的出水口处的手动闸阀更换为电动闸阀，将原来的手动灌水更换为手动电动一体的电动闸阀以达到电控的要求，同时配备水位、流量、温度、压力、负压等传感器。
使用PLC控制柜制作井下水泵房电控系统，在PLC控制柜上加装以太网模块将数据传至工控环网交换机中，通过工业光纤网将数据传输到地面调度室，通过软件编程，在调度中心能发布控制命令，并能监视该系统所需运行参数和该系统设备运行画面情况。
井下监控单元由井下监控主控站及信号采集装置、传感器、显示单元等组成，主控站作为井下控制部分的核心，完成PLC分站监控信息与地面控制中心的信息交互传送、设备的自动控制及工况参数的就地显示功能。通过PLC的通信接口，把所要监控的数据传送到安全生产指挥中心进行远程监控。泵房监控单元结构如下图2所示：
3 无人值守水泵房工作原理
3.1 无人值守时水泵工作原理
（1）在自動运行状态时，控制器首先要检测所有的阀门是否在关闭状态，若阀门不处于关闭状态，PLC就会发出指令将阀门关闭，使其处于初始状态。
（2）液位传感器将水仓中的水位信息传送至PLC的模拟量输入模块，PLC检测到水位信息后与预先设置的开启水位进行比较，当达到开启一台水泵的水位时就发出开泵指令。
（3）排水泵开启后水泵出水管中的压力会不断上升，设置在水泵出水口的压力传感器就会将压力值通过控制器传送至PLC。
（4）当PLC检测到排水泵出水口的压力达到一定值后，就会发出指令开启水泵出水口上方的排水电动阀。排水电动阀开到位后会将到位信号返回到PLC进行动作确认。 （5）若水位继续上升，则会按照事先设定水位开启第二台或者更多台水泵。
（6）当排水泵运行到一定时间后，水位下降，当到达停泵液位时，液位传感器将信息传送至PLC，PLC确认信息后发出停泵指令，水泵停止运行。
（7）当水泵出现故障时，能够自动报警，并将报警信号反馈至地面控制中心，同时自动开启备用水泵。
3.2 远程控制排水原理
远程控制系统是将井下控制柜和地面控制中心通过光纤进行连接，通过传输网络将水仓水位、水泵压力及电动机、电磁阀、水泵工作状态的数据传送至地面控制中心，由计算机分析处理后显示在显示器上，实现实时监控排水系统。同时，地面控制中心也可远程控制井下主排水泵。地面操作人员根据水仓水位显示，在地面通过监控平台人工手动开停井下主排水泵房某台水泵，通过光纤将信息传输到井下集中控制系统，PLC自动执行命令，通过PLC控制完成水泵的开停。
3.3 就地手动操作
主排水泵可通过软启动开关打到就地位置可进行就地操作，电动闸阀可通过就地控制箱控制，在通訊网路及PLC出现故障时仍然可以手动集中操作，可以完成不通过PLC完成水泵的起停。
3.4 一键启动
水泵房在檢修或者清仓时，泵房内工作人员可通过水泵附近就地一键启动控制按钮启动相应水泵，在井下不受水仓水位控制下，根据需要操作的按钮完成水泵的起动过程。
4 结束语
三道沟矿中央水泵房通过工业计算机的决策控制，对设备的运行状态、运行过程进行自动检测及控制，使设备达到最佳工作状态，从而达到节约能源、降低劳动强度、降低成本和延长设备使用寿命等目的，实现了对排水系统泵房的网络监视和控制，做到泵房无人值守、设备安全运行。
参考文献
[1] 张广龙、史丽萍. 矿井中央水泵房综合自动化系统的设计模式.煤矿机电，2005年第4期.
[2] 谭国俊、韩耀飞、熊树. 基于PLC的中央泵房自动化设计.工矿自动化，2006年2月第1期.
[3] 李瑞.井下排水系统的监测与控制研究.太原理工大学，2006.
作者简介
金多（1984.09—），男，汉族，内蒙古包头人，助理工程师，2006年毕业于内蒙古科技大学机电一体化专业，现任神东煤炭集团三道沟煤矿机电办主任，主要从事机电管理工作。
[关键词]水泵房 排水系统 自动排水 无人值守
中图分类号：TG126 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）47-0056-02
引言
煤矿水泵是煤矿生产的主要设备之一，实现泵房的远程控制与监测，是综合自動化建设的重要组成部分。这些水泵运行普遍采用人工操作方式，存在操作过程繁琐、劳动强度大、启泵时间长等特点，目前，国内矿区有多数矿井已实现水泵房的远程监控功能，但泵房仍安排员工值守。对于煤矿企业应对市场寒冬期，建设无人值守水泵房就显得尤为重要。
1 自动排水、无人值守水泵房系统介绍
1.1 系统建设目的
无人值守水泵房建设的总方针是立足信息化前提，保证系统的先进性、安全性、可靠性，安装、使用和维护方便简单，将三道沟矿中央水泵房排水系统建设成为技术先进、稳定可靠、利用率高的煤矿自动排水监控系统，为矿井安全、高效、节能生产做好基础，系统设计目的如下：（1）将PLC控制系统、计算机网络通信技术和排水控制系统结合，实现以“集中控制为主，远程监测为辅”的控制模式。（2）保证自动排水系统运行的连续性和可靠性。（3）建设无人值守泵房，提高节能效率和管理水平，减少操作人员和工人的劳动强度。（4）实现地面对主排水系统设备的多点位信息传输和集中监测监控，具有在线监测、分析及完善的保护和报警功能。（5）调度监测中心计算机可以对排水系统的运行管理、事故跟踪与处理、打印运转日志报表。（6）采用Rsview组态软件，动态画面美观，修改灵活，数据保存时间长。（7）排水系统自身具备标准的以太网接口，提供标准TCP/IP协议数据。运行的主要参数通过矿工业环网，在矿局域网内的终端均可浏览。
1.2 系统总体技术要求
三道沟矿中央水泵房自动化排水系统是综合自动化的重要组成部分，信号传输和控制系统框架满足信息化的整体设计：（1）实现排水泵房无人值守自动控制运行。（2）具备远程测控功能。（3）系统具备网络控制、就地自动控制、就地手动控制、启动柜面板控制几种操作方式。（4）在水仓水位满足条件的前提下，系统能按避峰填谷的原则进行。（5）水泵的启停控制；按连续运转的时间长短控制倒机运行。（6）按操作规程要求的顺序进行水泵的启动和停止操作。（7）对电机和水泵的运行参数及保护参数进行实时的监测和传送，这些参数包括：电机温度、实时流量、水位、真空度、电压、电流、水泵出水口压力、各种闸阀、电动球阀的位置信号、过转矩信号等。（8）整个系统做到可靠运行、维护方便、修改灵活。
2 系统建设方案
2.1 中央泵房现状
（1）涌水量：矿井正常涌水量：82m3/h；矿井最大涌水量：124m3/h
（2）水仓容积：井底水泵房主水仓总容积： 1750m3
（3）水泵技术特征表：
（4）排水管路
中央水泵房负责全矿井的排水任务，泵房三台水泵形成一个独立的排水系统，整个网络建成双环型工业以太网，实时监测水泵的运行情况、水文参数及故障信息等。
2.2 系统组成
中央水泵房远程监控、无人值守系统主要由三部分组成：
（1）地面自动化控制中心。地面监控站设置在地面生产指挥中心，通过工作站对井下中央水泵房相关设施进行集控和监视。主要设备、设施包括服务器、显示器、不间断电源等。
（2）信息传输通道。利用工业光纤环网作为井下中央水泵房监控系统的主干网，实现泵房相关设备的数据的实时传输。系统网络通信结构如下（图1）：
（3）泵房监控单元
井下监控单元由井下监控主控制器及信号采集装置、传感器等组成，主控制器作为井下控制部分的通信核心，完成信号采集装置、传感器等信息与地面控制中心的监控信息交互传递。同时，通过在现场的操作显示屏，为井下巡检人员提供整个系统的运行情况。
针对三道沟矿的实际情况和要求，中央水泵房内配备就地控制按钮，完成泵、电动闸阀和电动球阀的就地控制，将每台泵的出水口处的手动闸阀更换为电动闸阀，将原来的手动灌水更换为手动电动一体的电动闸阀以达到电控的要求，同时配备水位、流量、温度、压力、负压等传感器。
使用PLC控制柜制作井下水泵房电控系统，在PLC控制柜上加装以太网模块将数据传至工控环网交换机中，通过工业光纤网将数据传输到地面调度室，通过软件编程，在调度中心能发布控制命令，并能监视该系统所需运行参数和该系统设备运行画面情况。
井下监控单元由井下监控主控站及信号采集装置、传感器、显示单元等组成，主控站作为井下控制部分的核心，完成PLC分站监控信息与地面控制中心的信息交互传送、设备的自动控制及工况参数的就地显示功能。通过PLC的通信接口，把所要监控的数据传送到安全生产指挥中心进行远程监控。泵房监控单元结构如下图2所示：
3 无人值守水泵房工作原理
3.1 无人值守时水泵工作原理
（1）在自動运行状态时，控制器首先要检测所有的阀门是否在关闭状态，若阀门不处于关闭状态，PLC就会发出指令将阀门关闭，使其处于初始状态。
（2）液位传感器将水仓中的水位信息传送至PLC的模拟量输入模块，PLC检测到水位信息后与预先设置的开启水位进行比较，当达到开启一台水泵的水位时就发出开泵指令。
（3）排水泵开启后水泵出水管中的压力会不断上升，设置在水泵出水口的压力传感器就会将压力值通过控制器传送至PLC。
（4）当PLC检测到排水泵出水口的压力达到一定值后，就会发出指令开启水泵出水口上方的排水电动阀。排水电动阀开到位后会将到位信号返回到PLC进行动作确认。 （5）若水位继续上升，则会按照事先设定水位开启第二台或者更多台水泵。
（6）当排水泵运行到一定时间后，水位下降，当到达停泵液位时，液位传感器将信息传送至PLC，PLC确认信息后发出停泵指令，水泵停止运行。
（7）当水泵出现故障时，能够自动报警，并将报警信号反馈至地面控制中心，同时自动开启备用水泵。
3.2 远程控制排水原理
远程控制系统是将井下控制柜和地面控制中心通过光纤进行连接，通过传输网络将水仓水位、水泵压力及电动机、电磁阀、水泵工作状态的数据传送至地面控制中心，由计算机分析处理后显示在显示器上，实现实时监控排水系统。同时，地面控制中心也可远程控制井下主排水泵。地面操作人员根据水仓水位显示，在地面通过监控平台人工手动开停井下主排水泵房某台水泵，通过光纤将信息传输到井下集中控制系统，PLC自动执行命令，通过PLC控制完成水泵的开停。
3.3 就地手动操作
主排水泵可通过软启动开关打到就地位置可进行就地操作，电动闸阀可通过就地控制箱控制，在通訊网路及PLC出现故障时仍然可以手动集中操作，可以完成不通过PLC完成水泵的起停。
3.4 一键启动
水泵房在檢修或者清仓时，泵房内工作人员可通过水泵附近就地一键启动控制按钮启动相应水泵，在井下不受水仓水位控制下，根据需要操作的按钮完成水泵的起动过程。
4 结束语
三道沟矿中央水泵房通过工业计算机的决策控制，对设备的运行状态、运行过程进行自动检测及控制，使设备达到最佳工作状态，从而达到节约能源、降低劳动强度、降低成本和延长设备使用寿命等目的，实现了对排水系统泵房的网络监视和控制，做到泵房无人值守、设备安全运行。
参考文献
[1] 张广龙、史丽萍. 矿井中央水泵房综合自动化系统的设计模式.煤矿机电，2005年第4期.
[2] 谭国俊、韩耀飞、熊树. 基于PLC的中央泵房自动化设计.工矿自动化，2006年2月第1期.
[3] 李瑞.井下排水系统的监测与控制研究.太原理工大学，2006.
作者简介
金多（1984.09—），男，汉族，内蒙古包头人，助理工程师，2006年毕业于内蒙古科技大学机电一体化专业，现任神东煤炭集团三道沟煤矿机电办主任，主要从事机电管理工作。