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[摘 要]本文分析了矿井排水系统设备的组成，根据排水控制的要求，并结合各种传感器（主要为水位传感器、负压传感器、压力传感器、流量传感器等）等进行自动控制方面的研究分析。
[关键词]排水系统 自动控制 研究应用
中图分类号：TD636 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0260-01
引言：井下自动排水系统的任务就是把流入井下煤矿巷道中的矿井积水排送至地表。根据统计，每开采1吨煤就要排出2-7吨矿井水，有时甚至要排出30-40吨矿井水。井下排水设备所配备电机的功率，小的几千瓦到几十千瓦，大的几百千瓦到上千千瓦、在我国煤炭行业中，井下排水用电量占原煤生产总耗电量的18%-41%，一般为20%左右。因此，井下排水设备运转的可靠性、经济性、智能性，具有十分重要的意义。
一、矿井排水系统的组成部分
井下排水系统一般采用离心式水泵，一些小型煤矿或浅水井临时排水系统也采用潜水泵。离心式水泵排水系统主要由离心式水泵、电动机、起动设备、仪表、管路及管路附件、电气自动化控制机构等组成。
二、排水系统实现电气自动控制的原因
矿井排水系统实现自动控制的应用，将使得排水系统可靠性增强，整个工作流程通过软件的编程来实现，程序确定后，水泵机组将按给定的程序自动启停水泵、开合阀门，极大的减小工人的劳动强度。PLC将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统传至地面生产调度监控中心主机，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，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统的遥测、遥信、遥控功能。
三、排水系统主要环节设备性能分析
1、滤水器和底阀：滤水器安装在吸水管的下端，插入吸水井下面，不得低于O.5m 。其作用是防止井底沉积的煤泥和杂物吸入泵内，导致水泵被堵塞或被磨损。在滤水器内装有舌型底阀，其作用是使灌入水泵和吸水管中的引水，以及停泵后的存水不致漏掉。但是现在的排水系统中，为了提高排水效率，减小水泵腐蚀，一般不用底阀，而用射流泵或真空泵为水泵和吸水管注水。
2、闸阀调节闸阀安装在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止阀的下方。其功用为：调节水泵的流量和扬程；起动时将它完全关闭，以降低起动电流。调节闸阀的优点是流动阻力和关闭压力较小，安装时无方向性，能够方便地来调节水泵的流量和扬程等。其缺点是密封面容易擦伤，检修较为困难，高度尺寸较大，在安装位置受到限制时，安装不便，结构较复杂，价格较高。放水闸阀安装在调节闸阀上方的排水管路的放水管上，其作用为检修排水管路时放水用。
3、逆止阀逆止阀安装在调节闸阀的上方，其作用是当水泵突然停止运转（如突然停电）时，或者在未关闭调节闸阀的情况下停泵时，能自动关闭，切断水流，使水泵不致受到水力冲击而遭到损坏。
4、压力表和真空表：压力表安装在水泵的排水接管上，为检测排水管中水压大小用。常用的压力表为普通弹簧管压力表，根据其结构特征可分为径向无边、径向带边和轴向带边三种。表壳的公称直径有60mm，100mm，150mm，200mm和250mm五种。压力表所测出的压力叫做表压力或相对压力，它比绝对压力小1个大气压。真空表安装在水泵的吸水接管上，为检测吸水管的真空度用。根据其结构特征也可分为径向无边、径向带边和轴向带边三种。表壳的公称直径和压力表一样，也分为60， 100， 150，和250mm五种。真空表测量范围为0--0.1 MPa（一个大气压）。
5、射流泵或真空泵：离心式水泵在起动前必须将吸水管和泵腔内注满水才能进入运行状态，否则水泵转动时将无法吸水，形成“干烧”，严重影响水泵的使用寿命。在无底阀的排水系统中，水泵每次起动都要灌水，这一工作由抽真空设备完成，一般使用射流泵或真空泵。它们的工作原理不同，但都能在系统中使水泵工作腔达到一定的真空度，保证系统正常工作。
四、自动排水系统主要环节参数与检测
排水装置要实现自动控制、无人职守，最根本的就是让控制系统了解自动化系统中各个设备的状况和运行状态。这些运行状态经过系统中央处理单元的分析和运算后，做出判断并显示给集中监控室。
1、液位传感器的比较
目前液位传感器一般有投入式和超声波两种液位传感器，投入式传感器：制造成本相对于超声波液位传感器较为低廉；量程比较小（5 —10米）；但一般能满足测量水仓水位的要求、性能受到被检测介质物理性质（如液体有固体沉积或粘稠）的影响测量工作不受空气中的悬浮成分如粉尘、浓烟等的影响。相对而言，超声波液位传感器的特点在于：超声波传播会受到空气中粉尘的影响；超声波水位传感器的测量量程大；超声波水位传感器属于非接触式传感器，性能不受被检测介质的影响；制造成本比较高。
2、电机及水泵温度检测
温度传感器一般分为接触式与非接触式两大类。所谓接触式就是传感器直接与被测物体接触，这是测温的基本形式。这类温度传感器具有结构简单、工作可靠、精度高、稳定性好、价格低廉等优点，是目前应用最多的一类。非接触式温度传感器理论上不存在接触式温度传感器的测量滞后和应用范围上的限制，可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体表面的温度，不干扰被测温度场，但测量精度低，使用不太方便。通过比较，宜选择接触式温度传感器测量温度比较合适。
3、水泵流量检测
水泵的流量与水泵出口的闸阀开度和出口压力、电动机电流有直接的关系。这些参数之间相互结合可以检测出水泵、电动机的性能和工况。因此水泵出口流量的检测具有有非常重要的意义，也是水泵电气控制系统必不可少的仪表。
4、水泵负压检测
负压传感器采用先进的静电焊接技术形成稳定的参考腔，可以用来测量小于大气压的压力和真空度，广泛用于石油、化工、冶金、制药冷冻、真空仪表等自动化行业。
五、排水系统电气控制自动采集与检测
数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、水泵的流量、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力；数字量检测的数据主要有：水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动闸阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电动球阀状态。
数据自动采集主要由PLC实现，PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，将水位变化信号进行转换处理，计算出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，控制排水泵的启停。影响水位的因素主要来自两方而：一是水位計故障（如遭受杂物撞击），二是水位信号受干扰（如水波动较大）。对于前一个因素采用双水位计，在水仓中设置两个同样的水位计，PLC同时对两个水位计取样。如果两路信号相差大于0.15m时系统报警，要求值班人员进行检查；而对于信号干扰，则采用软件过滤，只有当信号在某一值附近稳定足够时间，且回差足够小时才作为控制量使用，防止了因干扰而导致机组误动的情况。
六、结束语
建设煤矿井下排水系统自动化控制运行，减少了水泵工日常劳动量、提高了日常工作效率；减少了因日常工作误操作导致的设备磨损及损坏；通过上位机人机界面的实时数据监测，了解和掌握水泵运行状况，提高了预防性检修保障工作；同时通过“填峰避谷”自动化运行，达到了节能环保的作用。
个人信息：王晓通毕业院校：西安工程大学专业：自动化工作单位：神华宁煤集团红柳煤矿机电动力科岗位：电气主管现职称：助理工程师
参考文献
[1] 郑晟、巩建平、张学.现代可编程序控制器原理与应用.北京：科学出版社，1999.
[12] 李泽松.井下水泵房自动排水系统研究.太原理工大学，2005.
[10] 葛铁.煤矿井工开采排水设备自动控制系统的开发研究.太原理工大学，2005.
[关键词]排水系统 自动控制 研究应用
中图分类号：TD636 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0260-01
引言：井下自动排水系统的任务就是把流入井下煤矿巷道中的矿井积水排送至地表。根据统计，每开采1吨煤就要排出2-7吨矿井水，有时甚至要排出30-40吨矿井水。井下排水设备所配备电机的功率，小的几千瓦到几十千瓦，大的几百千瓦到上千千瓦、在我国煤炭行业中，井下排水用电量占原煤生产总耗电量的18%-41%，一般为20%左右。因此，井下排水设备运转的可靠性、经济性、智能性，具有十分重要的意义。
一、矿井排水系统的组成部分
井下排水系统一般采用离心式水泵，一些小型煤矿或浅水井临时排水系统也采用潜水泵。离心式水泵排水系统主要由离心式水泵、电动机、起动设备、仪表、管路及管路附件、电气自动化控制机构等组成。
二、排水系统实现电气自动控制的原因
矿井排水系统实现自动控制的应用，将使得排水系统可靠性增强，整个工作流程通过软件的编程来实现，程序确定后，水泵机组将按给定的程序自动启停水泵、开合阀门，极大的减小工人的劳动强度。PLC将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统传至地面生产调度监控中心主机，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，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统的遥测、遥信、遥控功能。
三、排水系统主要环节设备性能分析
1、滤水器和底阀：滤水器安装在吸水管的下端，插入吸水井下面，不得低于O.5m 。其作用是防止井底沉积的煤泥和杂物吸入泵内，导致水泵被堵塞或被磨损。在滤水器内装有舌型底阀，其作用是使灌入水泵和吸水管中的引水，以及停泵后的存水不致漏掉。但是现在的排水系统中，为了提高排水效率，减小水泵腐蚀，一般不用底阀，而用射流泵或真空泵为水泵和吸水管注水。
2、闸阀调节闸阀安装在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止阀的下方。其功用为：调节水泵的流量和扬程；起动时将它完全关闭，以降低起动电流。调节闸阀的优点是流动阻力和关闭压力较小，安装时无方向性，能够方便地来调节水泵的流量和扬程等。其缺点是密封面容易擦伤，检修较为困难，高度尺寸较大，在安装位置受到限制时，安装不便，结构较复杂，价格较高。放水闸阀安装在调节闸阀上方的排水管路的放水管上，其作用为检修排水管路时放水用。
3、逆止阀逆止阀安装在调节闸阀的上方，其作用是当水泵突然停止运转（如突然停电）时，或者在未关闭调节闸阀的情况下停泵时，能自动关闭，切断水流，使水泵不致受到水力冲击而遭到损坏。
4、压力表和真空表：压力表安装在水泵的排水接管上，为检测排水管中水压大小用。常用的压力表为普通弹簧管压力表，根据其结构特征可分为径向无边、径向带边和轴向带边三种。表壳的公称直径有60mm，100mm，150mm，200mm和250mm五种。压力表所测出的压力叫做表压力或相对压力，它比绝对压力小1个大气压。真空表安装在水泵的吸水接管上，为检测吸水管的真空度用。根据其结构特征也可分为径向无边、径向带边和轴向带边三种。表壳的公称直径和压力表一样，也分为60， 100， 150，和250mm五种。真空表测量范围为0--0.1 MPa（一个大气压）。
5、射流泵或真空泵：离心式水泵在起动前必须将吸水管和泵腔内注满水才能进入运行状态，否则水泵转动时将无法吸水，形成“干烧”，严重影响水泵的使用寿命。在无底阀的排水系统中，水泵每次起动都要灌水，这一工作由抽真空设备完成，一般使用射流泵或真空泵。它们的工作原理不同，但都能在系统中使水泵工作腔达到一定的真空度，保证系统正常工作。
四、自动排水系统主要环节参数与检测
排水装置要实现自动控制、无人职守，最根本的就是让控制系统了解自动化系统中各个设备的状况和运行状态。这些运行状态经过系统中央处理单元的分析和运算后，做出判断并显示给集中监控室。
1、液位传感器的比较
目前液位传感器一般有投入式和超声波两种液位传感器，投入式传感器：制造成本相对于超声波液位传感器较为低廉；量程比较小（5 —10米）；但一般能满足测量水仓水位的要求、性能受到被检测介质物理性质（如液体有固体沉积或粘稠）的影响测量工作不受空气中的悬浮成分如粉尘、浓烟等的影响。相对而言，超声波液位传感器的特点在于：超声波传播会受到空气中粉尘的影响；超声波水位传感器的测量量程大；超声波水位传感器属于非接触式传感器，性能不受被检测介质的影响；制造成本比较高。
2、电机及水泵温度检测
温度传感器一般分为接触式与非接触式两大类。所谓接触式就是传感器直接与被测物体接触，这是测温的基本形式。这类温度传感器具有结构简单、工作可靠、精度高、稳定性好、价格低廉等优点，是目前应用最多的一类。非接触式温度传感器理论上不存在接触式温度传感器的测量滞后和应用范围上的限制，可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体表面的温度，不干扰被测温度场，但测量精度低，使用不太方便。通过比较，宜选择接触式温度传感器测量温度比较合适。
3、水泵流量检测
水泵的流量与水泵出口的闸阀开度和出口压力、电动机电流有直接的关系。这些参数之间相互结合可以检测出水泵、电动机的性能和工况。因此水泵出口流量的检测具有有非常重要的意义，也是水泵电气控制系统必不可少的仪表。
4、水泵负压检测
负压传感器采用先进的静电焊接技术形成稳定的参考腔，可以用来测量小于大气压的压力和真空度，广泛用于石油、化工、冶金、制药冷冻、真空仪表等自动化行业。
五、排水系统电气控制自动采集与检测
数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、水泵的流量、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力；数字量检测的数据主要有：水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动闸阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电动球阀状态。
数据自动采集主要由PLC实现，PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，将水位变化信号进行转换处理，计算出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，控制排水泵的启停。影响水位的因素主要来自两方而：一是水位計故障（如遭受杂物撞击），二是水位信号受干扰（如水波动较大）。对于前一个因素采用双水位计，在水仓中设置两个同样的水位计，PLC同时对两个水位计取样。如果两路信号相差大于0.15m时系统报警，要求值班人员进行检查；而对于信号干扰，则采用软件过滤，只有当信号在某一值附近稳定足够时间，且回差足够小时才作为控制量使用，防止了因干扰而导致机组误动的情况。
六、结束语
建设煤矿井下排水系统自动化控制运行，减少了水泵工日常劳动量、提高了日常工作效率；减少了因日常工作误操作导致的设备磨损及损坏；通过上位机人机界面的实时数据监测，了解和掌握水泵运行状况，提高了预防性检修保障工作；同时通过“填峰避谷”自动化运行，达到了节能环保的作用。
个人信息：王晓通毕业院校：西安工程大学专业：自动化工作单位：神华宁煤集团红柳煤矿机电动力科岗位：电气主管现职称：助理工程师
参考文献
[1] 郑晟、巩建平、张学.现代可编程序控制器原理与应用.北京：科学出版社，1999.
[12] 李泽松.井下水泵房自动排水系统研究.太原理工大学，2005.
[10] 葛铁.煤矿井工开采排水设备自动控制系统的开发研究.太原理工大学，2005.