分析矿山排水自动化控制系统设计

郭永盛

(甘肃华能工程建设有限公司,甘肃白银 730919)

分析矿山排水自动化控制系统设计

郭永盛

(甘肃华能工程建设有限公司,甘肃白银 730919)

在矿山的生产中,排水系统是其中的重要组成部分之一,它的主要作用是,将矿山井下涌水排到地面,确保井下安全。现在的排水系统仍然是采用半自动化操作模式或是手动操作模式,不仅带来大量财力和人力资源的消耗,而且还降低了生产效率,发生故障的几率也非常高,严重阻碍了矿业的进一步发展。所以,综合矿业行业遇到的实际问题以及必须满足的生产要求,在PLC工业系统控制科技和系统的条件下,对矿山原有的排水系统进行了改造,使之能够更好的发挥作用。

矿山排水 自动化 排水系统

伴随着社会经济的迅猛发展,现代化工业的发展势头强劲,而矿山企业作为其中的重要角色,俨然成为佼佼者。然而,由于人们不断地开采,造成地下矿山积水严重,水患问题俨然成为阻碍矿业现代化可持续发展的关键。矿山的地下积水不断涌出,如果得不到排除,不仅严重影响矿业的进一步发展,无法进行顺利的开采工作,而且还会带来极为严重的开采安全问题。因此,怎样处理矿山的积水,已经成为矿山生产安全研究技术人员的一个至关紧急的任务。

1 排水系统的概述

现阶段的矿山开采排水系统,仍旧是使用原有的人工方式进行操作,对水泵进行手动控制实现排水,或者采用半自动化半手工的方式控制,造成严重的人力资源的浪费、较高的故障发生频率,操作的复杂性也造成了高强度的劳动方式,并且带来了极大的安全隐患问题,严重影响了矿山企业的进一步发展和经济成本。现代化的矿山排水控制系统运用科技的理念和科学的设计方法,实现高效、智能、稳定低耗的绿色安全开采俨然是矿山开采系统广阔的发展前景。

自动化的矿山排水控制系统是针对老式的手动排水系统进行的升级改造,能够实现手动排水和自动排水两种功能。自动化矿山排水控制系统的定义是,依照事先设置好的程序,做好真空泵、水泵以及其他必需设备的开关自动数字显示,并能进行互锁联动的有效控制。不仅如此,排水系统还应该具备自动存储数据参数和自动故障诊断检测功能,可以进行水泵的远程控制、自动控制以及手动控制,最大限度满足现场施工运行的需要,保证各个系统的安全可靠运行,避免不必要的故障,减少故障发生率,并能进行方便灵活的维护。

这些设计在矿山施工工程中,使得排水系统的安全可靠性能大大提高,在一定程度上精简操作,得到了极大的实践支持,提高了矿山作业的生产效率和经济效率。在以后的研究实践中,矿井自动化排水系统的研究从科学的研究发展方向,不断借鉴国外先进的技术设备支持,改进创新生产方式以及管理方法,将提高矿井效率以及经营水准作为重要的发展目标,务必使经济安全更上一层楼。

2 系统的具体设计

2.1 硬件的设计

自动化的矿山排水控制系统的硬件设计主要有排空和排水两种设计管道,其中排水管道又有主排水管道和副排水管道之分。鉴于矿山的矿井地下情况错综复杂且极易变化的特点,离心水泵的驱动采用专用防爆型的电动机,针对系统需要的三台设备进行了有效的分工,分别用于工作、检修、备用。吸水管道的重要特点就是设计了无底阀门,当启动水泵的时候,充分发挥真空泵的作用进行水泵的真空设置,处理结果是使水泵叶轮能够全部在水中沉浸,进行排水作业的正常运行。

根据自动化的排水控制系统的要求,运用适用的PLC工业控制器使程序实现自动化的有效控制。PLC的工作由输出信号以及数字量和模拟量的输入信号三个信号构成。水泵的启动、停止决定,采取何种控制方式都是由数字信号进行执行的。而数字量的输出信号是指,根据现场操作工作人员的实际需求,发布故障的报警信号、水位超过限制的指示信号、电磁阀门的控制信号等。模拟量的输入信号主要功能是进行水泵出入水口的压力采集、电机轴温的采集以及水仓水位信息的采集等。

2.2 软件的设计

矿山排水自动化控制系统的设计依据主要是现场矿工施工的实际情况分析以及系统的硬件功能特点实现的。在程序的设计原则方面,在进行自动控制功能的选择后,系统能够对应采集相应需要的模拟量,同时进行寄存器中数据的相应保存工作。接下来就是操作相应水泵的运行轮换程序以及规避峰值就应谷值的程序,判断水泵是否可以启动。在现实中,系统的施工环节,并不缺少各种未预知变化的出现,所以设计人员在编写程序时,也要进行变化的预测分析及相应的处理方法。

建立实时的数据表格,将各种情况分类标注,能够进行历史数据和现阶段数据的访问,并且可以用不同颜色区别不同的数据。

3 系统的功能

改进后的矿山自动化排水控制系统应该实现以下几个方面的功能:

(1)实现水压、电流、电压等数据参数的测试和结果分析以及排水系统效率的数据测试与结果分析。(2)能够实时进行水仓水位的监测,并能够进行水位高设置报警以及低设置报警。(3)自动功能:系统发生故障时,可以进行故障的自动诊断;在水仓没有人值班看守时,可以实现自动控制使之运行;可以进行真空泵引水方面和水泵的射流引水方面的自动转化功能。(4)能够显示出水管道的流量监测数据。(5)监测系统的设置应该能够进行数据的实时显示,同时能够进行参数数据的自动保存,并可以以图形的形式显示模拟量的参数状态,方便工作人员可以随时查找任一时期的参数数据状态。(6)控制系统的设置是必不可少的,它的功能是借由光缆设备将水泵机组的参数数据、运行情况和相应的视频传递给控制系统,而控制系统再将相关的信息借由局域网传递给相关的工作部门,这样的话,管理工作人员就能够在地面上及时了解矿井下面的工作情况和各种数据状态。(7)对于地面的监控室来说,管理人员的工作界面应该是可以简单操作的,并且计算机中的图标应该是功能多样丰富的。(8)当矿井的地下水质或水温突然改变的时候,系统能够进行检测并能够及时的反馈,避免不必要的损失发生。(9)主排水管道系统的主要功能是可以进行供电数据参数状态的传递,并能够通过设置协议程序进行数据的共享。(10)矿山自动化排水控制系统作为矿山作业的重要组成部分,应该设置必要的显示系统软件,排水系统中的数据也应该实现与其他信息网络的资源共享。软件主要有一个监控界面,在这个界面中还应该要有实时和历史的数据报表、历史报警界面、趋势图以及帮助设置。同时规避操作错误的风险,设置不同的用户使用权限。使用用户主要是系统的操作人员和管理人员,操作人员的权限设置标注应该低于管理人员的权限设置标准,还应该根据现实的具体情况设置相应的远程操作界面管理权限,减少无关操作人员改动数据参数。除此之外,减少不必要的资源浪费,设置无操作登陆时限也是一个不错的保护办法。

4 结语

结合现阶段的矿山矿业开采排水系统的设计情况以及控制办法,综合自身的实际需要,进行自动矿山排水控制系统的升级改造,设计了主排水管道和副排水管道并运用三台水泵分别不同的分工进行排水工作的实施,同时设计了与之对应的控制器硬件方面的类型选择以及功能方面的确切分配,基于硬件的设计理念,开发了软件进行系统控制以及程序的控制。

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