矿井自动排水集控系统在黄玉川煤矿的应用
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【摘 要】 随着煤炭行业高产高效的发展，井下排水问题成为制约煤炭安全生产的关键因素。矿井自动排水集控系统已在煤炭行业内广泛应用。本文重点介绍黄玉川煤矿使用的自动排水集控系统的工作原理以及整体运行及操作的注意事项。
【关键词】 煤矿 自动排水 集控 应用
煤炭行业是我国的支柱产业。煤矿井下排水设备对保证矿井正常生产起着重要的作用。随着煤炭行业高产高效的发展，井下排水问题更成为制约煤炭生产的关键因素。目前国内矿井的排水系统多采用传统的人工进行监测，人工加继电器进行控制的方法。传统方法控制线路复杂，设备运行的自动化程度低，可靠性相对较差，工人劳动强度大，排水系统应急能力不足，存在一定的安全隐患，不适应煤炭工业发展的需要。为解决以上问题，黄玉川煤矿井下中央水泵房安装使用了基于PLC的自动排水集控系统。该系统是井下水泵房自动化系统井下排水系统的监测与控制的一体化系统，利用上位机进行地面监控的网络与采用PLC构建成的就地控制系统与地面（远程）监控相结合的方式，弥补了传统继电器控制的种种缺陷与不足，提高了工作可靠性和稳定性，具有使用寿命长、维护方便可以实现远距离监控的特点。
1 系统工作原理
1.1 井下水仓水位监测
超声波水位变送器向就地控制箱中的PLC反馈信号，信号的类型是4～20mA电流信号。电流信号与水位高低线性对应，即当水位是0.0米时反馈4mA信号，当水位是5米时，反馈20mA信号。反馈的电流信号经PLC的模拟量输入通道输入给PLC，由PLC内部的程序判断是否启动或停止水泵。
1.2 轴承温度和绕组温度
系统将轴承温度和绕组温度信号全都进行检测并在就地控制箱画面和远程工业控制计算机上显示出来。本系统中使用的温度检测装置是电动机内部集成的PT100型温度传感器，属于电阻信号。
1.3 水泵的启动和停止
离心式水泵在工作前需要首先为泵腔充满水。在实际的充水的过程中，本系统采用在水泵的初级处设置射流泵，利用虹吸原理向泵腔中注水。当水泵中注满水后，负压传感器检测到压力信号，并将该信号传输给PLC的模拟量输入通道。由PLC根据其内部的程序启动离心式水泵。启动范围设置为：-0.07MPa。
现存的电动机启动停止电路是由10kV高压开关柜的启动和停止按钮来控制。当按下启动按钮时，启动线包得电，电动机开始运转；当按下停止按钮时，停机线包得电，电动机的接触器触点断开，电动机停止运行。
2 整体的运行及操作和机电检修
2.1 系统的运行模式
系统的运行有多种方式，主要有就地远程控制，就地按钮检修控制两个层次的运行方式。就地远程控制有自动、半自动、手动三种操作方式，但是就地远程操作必须在就地自动的基础上才能进行。就地按钮控制有手动、就地自动两种方式。值得注意的是：本系统是一个完整的系统，就地按钮控制系统的工作不能长期（超过72小时）离开就地远程集中操作台的运行而运行。
在没有机组处于故障、检修状态的正常情况下的自动控制时，反馈信号和控制信号是完全畅通的。
2.2 就地操作
就地按钮手动是指，通过使用检修开关将水泵机组转换成检修模式，使得就地控制箱不再对水泵机组进行控制。接下来的运行方式完全按照原来的工作方式进行工作。水泵司机已熟知其具体的操作过程。
就地自动，就是使用检修开关将相应的机组退出检修状态。十分钟后，恢复自动运行。在刚退出十分钟内，如果发现仍然存在某些错误，仍然可以再次按下检修开关20秒，将本机组置于检修状态。检修状态下，自动控制系统不再对机组的进行任何控制。但是，对机组中的运行参数仍然进行监控。
2.3 就地操作与远程操作的关联
就地远程操作对象是就地控制箱连接的处于正常状态的排水设备，而处于故障状态、检修状态的数泵机组是不受地面工控机的控制的。也就是说，就地远程的手动、半自动、自动三种工作模式对于处于检修状态、故障状态的水泵机组不起作用。
2.4 就地检修
2.4.1 离心泵机组的检修
检修按钮是井下操作工与集中操作台操作工人沟通的桥梁。为了避免井下工人在对某台泵进行检修时，就地远程操作工人对这台泵启动、停止等误操作影响检修工的工作（甚至威胁检修工的生命），在检修工对该泵使用检修开关进行“报检”。这时，就地远程操作工将不能再对该机组进行控制，并且在操作画面上也会显示“处于检修中”的提示。
井下检修工将机组设置成“检修状态”后，检修工可以对水泵进行更换盘根等不涉及电路的小型的检修工作。如果需要进行对带电的器件，如压力传感器等进行更换、接线等操作，需要班长（组长）级机电工进行相关的断电操作。
断电的第一步是：将就地控制箱的互锁开关置于“分”的位置，并观察到就地控制箱门板上的显示屏熄灭才算是正确断电。如果，仍不熄灭的情况，则需要将就地控制箱侧面的断电旋钮扭过的角度更大一些，直至显示屏熄灭，然后将互锁机构放好，使得就地电控柜的门能够顺利打开。
第二步：如果对水泵进行检修将10KV的高压开关柜断电，确保电动机不再带电；如果对电动闸阀进行检修要对“电液闸阀组合开关柜”断电，确保电动闸阀不再带电；
第三步：将为本机组配备的“防爆通讯电缆分线箱”打开，然后将接入其内部的三十芯电缆全部拆下，并保证可靠三十芯间可靠绝缘，再关闭好“防爆通讯电缆分线箱”。如果对电动闸阀进行检修，打开“电液闸阀组合开关柜”对照接线图拆除与本系统就地控制箱相连的信号线（仅是需要检修的闸阀的信号线），并保证各条电线的端子间可靠绝缘；关闭用户自备的“电液闸阀组合开关柜”门，并恢复对本系统的就地控制箱的供电（使其他不处于检修状态的机组正常运行）。
2.4.2 潜水泵的手动控制和检修
潜水泵的手动控制与离心泵的手动控制方法相同，先按下“检修按钮”使潜水泵退出自动运行状态。然后使用潜水泵控制开关的启停按钮控制潜水泵。
如果要对带电部分进行检修，则需首先将需要检修的机组放置于检修状态，然后断开潜水泵控制开关的电源。再对本系统就地控制箱的进行断电，对照电路接线图，在相应的腔体中断开相应的信号线，确保个信号线的可靠绝缘后，封闭本系统的就地控制箱。然后，恢复本系统的就地控制箱供电，保证其他机组的正常运行。
3 结语
矿井自动排水集控系统不仅具备对水泵房排水设备进行就地监测和控制的基本功能还可以实现就地远程自动化监控网络，实现了工作人员能够在地面监控室轻松了解到水泵房水仓水位、电动机工作状态等信息，很大程度上保证了矿井的安全生产，值得在行业内广泛推广使用。
作者简介：孟昭波（1984-），男，汉族。2008年6月毕业于山东科技大学电气工程及其自动化专业。现在神华神东黄玉川煤矿从事煤矿机电
技术与管理工作，助理工程师。