李天杰，閆山群

（招遠(yuǎn)市姜家窯金礦有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

地下礦山作業(yè)涵蓋開采與生產(chǎn)等多個環(huán)節(jié)，作業(yè)過程相當(dāng)復(fù)雜。相關(guān)管理人員一定要重視開采等作業(yè)安全性的提升，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。因此，排水系統(tǒng)的建設(shè)是最為主要的。為能夠在地下礦山開采的過程中實(shí)時地監(jiān)測礦井內(nèi)排水系統(tǒng)情況，礦山企業(yè)及相關(guān)管理人員必須帶著前瞻性思維，結(jié)合時代發(fā)展需要與行業(yè)競爭局勢，將自動化技術(shù)合理運(yùn)用于地下礦山排水系統(tǒng)，有效提高礦山施工的安全性。地下礦山自動排水裝置需要相關(guān)技術(shù)人員結(jié)合礦上井下作業(yè)實(shí)際需要，對原有設(shè)備進(jìn)行針對性改造，融入自動化技術(shù)，確保在無人值守時讓該裝置可以自動運(yùn)行，同時也可以完成自我診斷工作的系統(tǒng)。在排水自動化技術(shù)融入前提下，對設(shè)備設(shè)施各階段運(yùn)行狀態(tài)及各環(huán)節(jié)運(yùn)行具體情況進(jìn)行有效控制，通過自動檢測方式保證所使用的設(shè)備與設(shè)施狀態(tài)良好，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約、降低勞動強(qiáng)度、減少勞動人員，合理降低整體成本。[1]

基于以上原因?qū)崿F(xiàn)地下礦井排水自動化控制和地面遠(yuǎn)程監(jiān)控：

一是可依據(jù)水倉水位起停水泵，大大降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)水泵整體利用率全面提升。

二是減少整體投入，只需少量看護(hù)人員，減少事故發(fā)生，確保維護(hù)質(zhì)量全面提高，同時調(diào)整維保團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)，有利于傳統(tǒng)維保模式優(yōu)化，通過主動檢修方式保證設(shè)備在良好狀態(tài)下長時期安全運(yùn)行。

三是有利于工作環(huán)境進(jìn)一步保證各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全性，從而提高勞動生產(chǎn)率。

四是因事故而導(dǎo)致的停機(jī)時間有效減少，設(shè)備使用壽命得以延長，運(yùn)用有效手段實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)等主要設(shè)備的保護(hù)，增強(qiáng)整體排水能力。

五是通過調(diào)整開停時間，有效地削峰填谷，成功避開電力負(fù)荷高峰期，節(jié)約電費(fèi)開支。

1 控制方式

排水自動化建設(shè)可以實(shí)現(xiàn)集中方式的實(shí)時檢測，達(dá)到減人提效的目標(biāo)。與此同時，監(jiān)控礦井排水系統(tǒng)各工序節(jié)點(diǎn)實(shí)際情況，結(jié)合監(jiān)控具體需要靈活優(yōu)化監(jiān)控模式，完成高質(zhì)量與高效的數(shù)據(jù)傳輸工作，完整存儲各種歷史數(shù)據(jù)。在地下礦山排水自動控制系統(tǒng)的建設(shè)中，借助工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，秉承著就近原則將自動控制系統(tǒng)與地下礦井工作網(wǎng)有效結(jié)合，借助調(diào)度集成平臺完成地下水泵房中水泵各時間段運(yùn)行情況實(shí)時監(jiān)測，同時可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制操作。排水自動化系統(tǒng)在實(shí)用的前提下，工作安全可靠，還要充分考慮技術(shù)的先進(jìn)性，排水自動化系統(tǒng)的硬件設(shè)計要充分考慮到將來擴(kuò)充的需要，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口要配置完善，控制器的選用要留有足夠的余量，為將來集成其他礦區(qū)泵房子系統(tǒng)或接入礦井信息化系統(tǒng)預(yù)留足夠接口。

多臺水泵放置一臺礦用可編程控制柜，用于完成模擬量采集；保證準(zhǔn)確采集電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、閘閥關(guān)到位等開關(guān)量；做好球閥開與關(guān)的操作，根據(jù)實(shí)際情況考慮是否開啟閘閥開關(guān)或電機(jī)等相關(guān)控制設(shè)備。及時將泵房中的所有數(shù)據(jù)安全上傳，保證傳輸至上位機(jī)，完成數(shù)據(jù)的臨時存儲、數(shù)據(jù)交換、及采集。在遠(yuǎn)程工作模式應(yīng)用前提下，上位機(jī)會發(fā)出開與關(guān)的相關(guān)指令，保證準(zhǔn)確下達(dá)至需要執(zhí)行指令的控制箱，實(shí)現(xiàn)水泵的自動開啟，同時根據(jù)停止指令完成相應(yīng)操作。在此模式下，水泵整體使用率得到極大程度提升，每臺水泵啟動得到合理與及時調(diào)度。

在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)會通過PLC 輸入模塊，再依托相應(yīng)傳感器實(shí)現(xiàn)信號采集與輸送。PLC 獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)完成水倉水位檢測工作，根據(jù)水位變化實(shí)際情況完成變化信號轉(zhuǎn)換與有效處理。檢測排水管路流、量正壓、差壓等、控制水泵運(yùn)行、停止。水泵流量的測量，在水泵吸水管路選用超聲波或電磁流量計，將超聲波液位傳感器等精密儀器設(shè)置于水倉位置，完成水倉液位變化情況的檢測?？梢栽诘孛嬲{(diào)度監(jiān)控中心設(shè)置上位機(jī)，將現(xiàn)場設(shè)備故障狀態(tài)、傳感器信號、運(yùn)行狀態(tài)等傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，并且并入礦井信息化系統(tǒng)。組態(tài)軟件的合理使用可以完成地面畫面組態(tài)的成功顯示，不僅可以顯示出單個水泵具體運(yùn)行相關(guān)畫面，還可以展示出整個泵房實(shí)際運(yùn)行情況。

水泵啟停自動化控制分為：集中自動、集中手動（遠(yuǎn)程手動）兩種控制方式。集中自動是指水泵啟停由PLC 控制系統(tǒng)根據(jù)水倉液位和峰谷平時間和涌水量自動完成加減泵，無需人為干預(yù)控制，只有在系統(tǒng)發(fā)生故障或報警時，需操作人員確認(rèn)故障原因，待查明原因消除故障后，按觸摸屏或上位機(jī)“故障復(fù)位”按鈕，便可再次投入該泵至自動啟停輪換列隊(duì)。集中手動是指水泵啟停流程由PLC 控制系統(tǒng)自動完成，但是啟停指令需由操作員通過觸摸屏或上位機(jī)監(jiān)控的控制面板“一鍵啟動X#泵”“一鍵停止X#泵”操作按鈕發(fā)出。集中自動和集中手動操作均需在遠(yuǎn)程方式下完成，即控制箱各轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“集中”位置[2]。

2 控制條件

系統(tǒng)根據(jù)峰谷平時間和水位進(jìn)行水泵運(yùn)行、停止控制。系統(tǒng)在自動運(yùn)行情況下，對水倉水位峰期、平期和谷期進(jìn)行控制，對水倉進(jìn)行水位控制。根據(jù)水位情況控制泵啟停，如果水倉水位超過設(shè)定值x 米（可修改），系統(tǒng)將啟動一臺泵（主泵）。當(dāng)水位下降到設(shè)定值x 米后，停止工作主泵。集中自動控制方式時如達(dá)不到啟泵條件，但調(diào)度要求供水，可按上位機(jī)“集中手動/自動”切換按鈕，系統(tǒng)運(yùn)行模式切換至“集中手動”后，按“一鍵啟動按鈕”可啟動水泵。低水位保護(hù)：無論集中自動/手動控制方式，均受到最低水位保護(hù)，當(dāng)水倉水位低于設(shè)定值x 米（可修改），低水位保護(hù)裝置就立即停止水泵，當(dāng)水倉水位高于設(shè)定值x米時復(fù)位。目前每臺水泵都可以根據(jù)啟停時間單獨(dú)設(shè)置。

3 工作安全

當(dāng)啟動每臺水泵時，在真空罐灌水到啟泵水位后，報警器鳴響10 秒后啟動。由于自動化系統(tǒng)根據(jù)水位變化自動啟、停水泵，工作具有不確定性，當(dāng)對水泵進(jìn)行維修、保養(yǎng)、清潔時，應(yīng)將該泵對應(yīng)的“集中/就地”開關(guān)置于停止位（中位），工作結(jié)束后復(fù)位。

4 啟停泵流程

1.自動啟動流程：系統(tǒng)發(fā)出啟泵信號后，首先打開真空罐排氣閥，然后啟動罐補(bǔ)水電動閥給真空罐灌水，當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定值x 米（設(shè)定值x）以上時系統(tǒng)打開泵體排氣閥。在真空罐液位高于設(shè)定值x 米（設(shè)定值x）時，延時“xx”秒關(guān)閉補(bǔ)水電動閥，然后“xx”S關(guān)閉真空罐排氣閥，補(bǔ)水電動閥關(guān)到位后，排氣電動閥關(guān)到位后，報警器鳴響10 秒后啟動主電機(jī)，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值x 以上時，延時1 秒打開該泵出口電動閥，電動閥開到位后，該泵啟動過程完成。

2.水泵停止流程：系統(tǒng)發(fā)出停泵信號后，系統(tǒng)關(guān)閉主閥門。主閥門關(guān)閉后，停止水泵電機(jī)。

3.經(jīng)常觀測水泵具體運(yùn)行狀態(tài)，及時判斷問題類型，采用針對性措施將問題快速解決：電流不得超過額定值±5%，觀察流量、真空和壓力指示的變化情況,對水倉水位實(shí)際變化情況做到嚴(yán)格檢測，了解模擬量具體情況,判斷電機(jī)運(yùn)行是否正常，觀察水泵是否存在潛在運(yùn)行問題，檢查進(jìn)出水管路、泵體和閘門等關(guān)鍵位置有無不同程度漏水現(xiàn)象。

若水泵運(yùn)用過程中出現(xiàn)以下情況，必須馬上停泵：（1）水泵或電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)有異狀；（2）水泵不能正常上水；（3）泵體出現(xiàn)較為嚴(yán)重的漏水問題；（4）電機(jī)或電氣設(shè)備突然冒火或突然冒煙。

4.水泵“檢修”工作的開展，首先要停泵，工作人員應(yīng)明確操作順序：保證電動閘閥同時關(guān)閉，避免在開通位置停機(jī)；在閥門已完成關(guān)閉后，停止電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；任何運(yùn)行狀態(tài)下的水泵一旦突發(fā)故障，必須采取緊急停泵。此時，水泵工要馬上按下“急?！卑粹o，切不可慌亂。在故障排除之后，需要找到“故障復(fù)位”按鈕并按下，系統(tǒng)將開始恢復(fù)正常。[3]

5 報警和故障

系統(tǒng)的運(yùn)行報警和運(yùn)行故障，停機(jī)故障，電流高故障：當(dāng)水泵電機(jī)運(yùn)行電流大于設(shè)定故障值超過20 秒時，報警器鳴響，報此故障。檢查水泵內(nèi)是否有異物，電流高堵轉(zhuǎn)。電流低故障：當(dāng)水泵電機(jī)運(yùn)行在閥門全開到位電流小于設(shè)定故障值超5 秒時，報警器鳴響，報此故障。檢查水泵前后軸盤根是否漏氣嚴(yán)重。檢查水泵控制箱與水泵啟動柜連接線是否正常。水泵急停：由人工操作觸摸屏急停按鈕。流量低故障：水泵電機(jī)運(yùn)行后，水泵進(jìn)口流量小于設(shè)定值且超過120 秒。泵出口壓力低故障：水泵電機(jī)運(yùn)行，主閥門打開到位，泵出口壓力小于設(shè)定值且超過10 秒。閥門開，關(guān)到位信號錯誤：電動閘閥未工作或開閥（關(guān)閥）時間內(nèi)閥門沒有打開或關(guān)閉。水泵啟動柜未切換故障：系統(tǒng)給出啟動信號后，水泵啟動柜沒有啟動切換。檢查水泵啟動柜切換回路。子站通訊故障：控制箱子站PLC 與主站PLC 通訊錯誤。檢查網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)線連接是否有問題。泵未運(yùn)行故障：水泵控制柜給出啟動指令后，水泵啟動柜未反饋運(yùn)行信號。補(bǔ)水失敗時間超時：真空罐8分鐘內(nèi)未達(dá)到設(shè)定壓差，檢查壓差表是否有問題。出口電動閥門過載故障：控制箱出口電動閥熱繼電器動作。泵啟動壓力低故障：水泵啟動過程中未達(dá)到設(shè)定開閥值。對于出現(xiàn)運(yùn)行報警時，水泵不停機(jī)。當(dāng)水泵停止工作后，應(yīng)對該泵進(jìn)行檢修，并復(fù)位報警，如未做相應(yīng)處理，該水泵不能再次啟動。當(dāng)出現(xiàn)故障，水泵按照正常停泵程序停車。故障或者報警后應(yīng)查明原因方可再次啟動該泵，啟泵前也應(yīng)復(fù)位該泵故障。在啟動過程中，對閥門開到位和關(guān)到位信號、真空罐水位及真空度、出口壓力、高壓控制柜等進(jìn)行檢測，對出現(xiàn)的不影響運(yùn)行的問題進(jìn)行報警，嚴(yán)重故障發(fā)生時，做終止啟動過程處理。如在啟動過程中，480 秒內(nèi)真空罐液位達(dá)不到正常值進(jìn)行報警；發(fā)出電機(jī)啟動命令后，20 秒內(nèi)沒有運(yùn)行信號反饋進(jìn)行報警；水泵啟動后，泵出口壓力小于設(shè)定值x 進(jìn)行報警；發(fā)出開閥門命令后，閥門未有到位信號反饋，且流量小于正常流量設(shè)定值進(jìn)行報警，以上報警出現(xiàn)后，將終止該泵的啟動過程中。對啟動過程中發(fā)生的其他問題進(jìn)行報警處理，提示檢修[4]。

6 觸摸屏操作

主控柜觸摸屏權(quán)限：用戶名：xxx；密碼：xxx。操作完成后，觸摸主菜單中的“注消”按鈕注消登錄。

7 上位機(jī)操作

為保證自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行安全，對觸摸屏操作實(shí)行了分級管理，只有具有了相對應(yīng)的權(quán)限才能進(jìn)行操作。觸摸主菜單上的登錄按鈕可以調(diào)出系統(tǒng)登錄畫面。一級權(quán)限——用戶名：xxx，密碼：xxx。用戶權(quán)限——用戶名：xxx，密碼：xxx。操作完成后，觸摸主菜單中的“注消”按鈕注消登錄。

8 排水自動化控制系統(tǒng)觸摸屏

8.1 工作畫面

觸摸屏上電正常后在工作畫面上顯示了水房設(shè)備的工作狀態(tài)和檢測點(diǎn)的數(shù)據(jù)。并在屏幕上方的飛字上顯示系統(tǒng)的報警信息。觸摸“集中自動/手動”按鈕可實(shí)現(xiàn)“集中自動”和“集中手動”的切換，集中自動方式為本地自動控制，集中手動控制為上位機(jī)或觸摸屏一鍵啟?？刂?，觸摸“故障復(fù)位”按鈕可對系統(tǒng)的故障進(jìn)行復(fù)位。

8.2 設(shè)定畫面

參數(shù)設(shè)定畫面，觸摸主菜單上的“控制參數(shù)”按鈕可以調(diào)出該畫面。PLC 內(nèi)部時間校正，PLC 當(dāng)前時間顯示的是PLC 當(dāng)前的內(nèi)部時間，如和標(biāo)準(zhǔn)時間有差異，可在下面輸入正確的時間數(shù)值，觸摸“確認(rèn)修改”按鈕寫入PLC。峰谷平的設(shè)定，峰段有三個時間段設(shè)定、平段有三個時間段設(shè)定，對不需要設(shè)定的時間段的起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行清零處理，則該段時間不起作用。

8.3 泵參數(shù)的設(shè)定

觸摸頁面上數(shù)據(jù)顯示窗口可對泵的報警限值和故障限值進(jìn)行設(shè)定，正常當(dāng)水泵運(yùn)行時，不能修改限值設(shè)定。水倉谷期停泵水位設(shè)定是指的泵的低位保護(hù)，如果水倉淤泥較多，可通過改變該值進(jìn)行調(diào)整。觸摸“水倉液位計選擇”可以調(diào)出水倉液位計選擇窗口，緩沖水倉液位通過兩只液位計進(jìn)行測定，當(dāng)兩只液位計所測液位差值超過正常范圍，系統(tǒng)將報警，通過對液位計進(jìn)行標(biāo)定，和實(shí)際符合的液位計可通過此處進(jìn)行選擇。記錄水泵運(yùn)行時間，當(dāng)更換新泵或其他原因可以通過觸“水泵運(yùn)行時間復(fù)位”按鈕可以調(diào)出復(fù)位窗口，分別把各泵的運(yùn)行時間清0，點(diǎn)擊“累計流量清零”可以清除水泵的累計流量[5]。

9 歷史報警

歷史報警畫面，觸摸主菜單上的畫面中的“歷史報警”按鈕可以調(diào)出該畫面。在該畫面上可以顯示出報警信息實(shí)時報警為系統(tǒng)當(dāng)前存在的報警，如果報警自動復(fù)位后，則會自動轉(zhuǎn)到歷史記錄顯示。

10 結(jié)語

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展推動了自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)行業(yè)生產(chǎn)力全面提升。礦山企業(yè)應(yīng)積極運(yùn)用自動化技術(shù)，特別是金礦開采應(yīng)借助自動排水技術(shù)將礦山排水系統(tǒng)所具有的安全性全面提升，為各環(huán)節(jié)施工安全帶來有力保障。因此，金礦開采企業(yè)應(yīng)合理與科學(xué)地運(yùn)用自動排水控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)安全與高效生產(chǎn)。