煤矿水泵自动控制系统

2021年第2期2021年2月在煤矿生产作业中，井下水害作为不可避免的生产灾害，长期以来一直是威胁矿井生产安全的主要因素之一，严重的甚至还会造成人员伤亡[1]。

因此，加强对矿井水害问题的探究，在井下构建安全高效的排水系统，实现对井下水害的有效防治意义重大。

鉴于此，本次研究针对井下排水系统水泵自动化控制系统设计开展研究。

1井下排水系统模型分析图1为井下排水系统模型示意图。

图1中，H 2和H 1分别为井下储水仓高水位、低水位，m ；n 为水泵总数量；u (k )为水泵作业的决策向量；q (k )为涌水量同储水仓水位间的函数关系。

图1井下排水系统模型示意图u (k )表达式为：u (k )={u 1(k )，u 2(k )，u 3(k )，…，u n (k )}，(1)式(1)中，u 1(k )，u 2(k )，u 3(k )，…，u n (k )为第1，2，3，…，n 台水泵在k 时刻的状态。

u n (k )∈{0，1}，其中0代表水泵停止，1代表水泵启动。

q (k )表达式为：q (k )=KH (k )，(2)式(2)中，K 为常数；H (k )为储水仓水位，m 。

对于排水系统而言，其作业的目标就是将q (k )始终保持在H 1耀H 2区间内，而最佳状态则是q (k )无限接近低水位H 1，而控制的方法便是通过对u (k )进行调控，即对井下n 台作业水泵的启停进行操控。

而为了确保控制作业的精准性和最优化，除去在储水仓内设置最高和最低水位，还可进一步划分出极限水位、警戒水位。

2井下排水系统水泵自动化控制系统硬件设计2.1硬件构成图2为排水系统水泵自动化控制系统硬件构成示意图。

整个系统构成组件大体分为4个模块，分别是PLC CPU 模块、开关量处理模块、模拟量处理模块和通讯模块[2-3]。

其中，PLC CPU 控制模块由PLC 和多种拓展模块共同构成。

作业时，PLC 在收集到水泵控制所需的各个参数后，依照预设的水泵启停控制流程针对排水水泵进行逻辑控制，并同步将水泵运行系统信息、参数信息等汇总后通过以太网上传至人机界面或井下环网。

第5期　2011年5月工矿自动化Industry and M ine A uto matio nNo .5　M ay 2011　文章编号:1671-251X (2011)05-0015-04 DOI :CNKI :32-1627/TP .20110428.1723.004煤矿井下主排水系统工艺流程及其自动控制系统设计李亚哲(中煤科工集团常州自动化研究院,江苏常州　213015) 摘要:介绍了煤矿井下主排水系统的相关工艺流程,总结了煤矿井下主排水系统的特点,设计了一套煤矿井下主排水自动控制系统,详细介绍了该系统的组成和软件控制策略。

该系统通过井下控制主站的决策控制对排水设备的运行过程和运行状态进行自动控制与监测,使排水设备达到最佳工作状态;同时可根据峰谷分时电价、水仓水位及涌水量情况控制水泵的启停,从而达到有效节约能源、降低劳动强度、延长设备使用寿命的目的。

关键词:矿井排水;水泵;工艺流程;自动控制;传感器 中图分类号:TD636 文献标识码:B 网络出版时间:2011-04-2817:23 网络出版地址:http ://w w w .cnki .ne t /kcm s /detail /32.1627.TP .20110428.1723.004.htm lTechnical Process of Coal Mine M ain Drainage System and Desig n ofIts Automatic Control Sy stemLI Ya -zhe(Changzhou A utom ation Re sea rch Institute of China Coal Technolog y and EngineeringG roup Co rpo ration ,Changzhou 213015,China ) A bstract :The paper intro duced related technical pro cess o f coal mine main drainage system ,summarized characteristics o f coal mine main drainage sy stem ,designed autom atic control sy stem of coal mine main drainage ,and introduced composition and softw are contro l strategy of the sy stem in details .The system can control and m onito r operation pro cess and state of drainage devices autom atically w ith decisio n -making o f m ain contro l station to m ake drainage devices achieve the best w o rking condition .Meanw hile ,the sy stem can co ntrol start and sto p of w ater pump acco rding to TOU tariff ,w ater level of w ater sump and w ater inflo w condition to save energy effectively ,reduce labo r intensity and ex tend service life o f drainage devices .Key words :mine drainage ,w ater pum p ,technical pro cess ,automatic control ,senso r 收稿日期:2011-01-12基金项目:科技部科研院所技术开发研究专项资金项目(2008EG122185)作者简介:李亚哲(1980-),男,陕西渭南人,工程师,现主要从事煤矿自动化产品的研制工作,已发表文章2篇。

自动控制抽水泵的原理
自动控制抽水泵的工作原理可以概括为以下几点:
一、抽水泵工作原理
1. 电机带动泵叶轮高速旋转,在壳体内产生负压。

2. 负压吸水称为吸水段,输送水称为压水段。

节流装置自动调节,防止水击。

3. 出水口连通管道或水池,利用压力输送水到目的地。

二、自动控制原理
1. 使用液位开关或压力传感器检测水量。

2. 传感器连通控制电路,当水量过低时传感器状态变化。

3. 触发启动继电器,给抽水泵电机供电,泵浦开始工作。

4. 当液位或压力提升到设置值时,传感器使继电器断电,泵停止工作。

三、自动控制系统组成
1. 供水系统:如水池、水箱等。

2. 抽水泵:产生吸水压水作用。

3. 液位或压力传感器:检测系统水量。

4. 电磁启动继电器:控制泵浦电源。

5. 电源和控制电路:连接各组件。

四、设计注意事项
1. 泵浦功率要匹配输送量需求。

2. 管道接头要密封,防漏损。

3. 传感器参数要匹配,安装位置合理。

4. 电控系统要可靠稳定。

5. 需要防干烧保护装置。

6. 要有消声、防水击设计。

综上所述,自动控制抽水泵利用传感器反馈实现泵浦自动化工作,其工作原理是泵浦水力学与电磁控制的综合应用。

图2煤矿矿井提升设备主要配置图区别。

现阶段主要根据矿用的提升装置的不同进行实用性的划分。

两象限变频器调速制动方案常用于市场的处于正力提升的平行轴双绞筒提升机，而对于时常出现负力的单绞筒提升机则适用于四象限能量回馈型高压变频器调速方案。

变频调节优化下的煤矿矿井提升设备的配制对于调速效果有很大的影响。

现阶段煤矿矿井的提升系统中，大多数的斜井应用单绳单钩提升方式。

所以在提升装置下放罐笼减速的过程中，由于罐笼承受荷载的倾斜分力的作用，使得电动机处于发电的状态，发电状态下产生的交流电通过提升设备中的逆变装置续流二极管整流，最终将交流电叠加到变频调速器的直流母线上，提升设备从高速到低速（零速），这时提升设备的频率变化很快，但电动机的转子带着负载有较大的机械惯性，不可能很快的停止，这样就产生反电势（端电压），电动机处于发电状态，其产生反向电压转矩与原电动状态转矩相反，而使电动机具有较强的制动力矩，迫使转子较快停下来，但由于通常变频器是交－直－交主电力AC/DC 整流电路是不可逆的，因此无法回馈到电网上去，导致母线产生泵升电压，最终可能对提升设备的其他电气原件造成损坏。

所以目前通常采用四象限能量回馈型高压变频器，直接对鼠笼电动机进行驱动，形成完整的电控系统，鼠笼式电动机是由铝条或铜条与短路环焊接而成或铸造而成的三相异步电动机。

这种电动机相比于其他的电动机具有结构简单、维修期短、价格低廉等优势，所以提升设备的变频调速装置直接驱动鼠笼式电动机，能够提升能量转换效率，避免上述现象发生。

图2所示的是煤矿矿井提升设备的变频调速技术改造后的主要配置图[3]。

3结束语由以上研究可以看出，煤炭机电领域变频调速技术的应用越来越多，但是仍然存在技术以及经济等方面的问题，还有非常大的发展空间。

所以我国煤炭企业要全面推动变频调速技术在机电领域的发展，根据矿井的特殊环境以及井下作业的特点，研究出更多的具有特殊功能的变频调速机电设备，为我国煤炭数字化发展做贡献。

水泵房监测监控是矿井建设的重中之重，水泵监测监控系统是能保证煤矿安全的重要系统之一，随着时代的发展和技术的进步，越来越多的煤矿都或者多或者少地配置了各种监测监控系统，系统能代替传统的人工操作，提高了安全性和稳定性。

水泵监测监控系统是通过对传感器数据的采集，经井下监控分站处理后，数据通过专线电缆或者光缆传输(或者采用工业以太网进行数据传输)，由上位机进行接受并处理，再返回泵房对水泵进行控制。

上位机控制程序由组态软件进行编写，软件界面灵便，便于操作，可以进行逼真的动画效果显示。

如下进行系统建设策略介绍。

(1)生产信息化：通过对监测数据进行转换、整理；管理系统对生产状况进行综合性动态分析和数据管理。

(2)使操作人员从繁杂的手工事务性劳动中解脱出来，以便处理其他的事情。

(3)实现对网络的集中管理，对网络上的各种设备进行监控和处理，对网络的正常运行提供保障。

(4)能够有效的实现生产、安全管理和综合查询等功能，使其成为一个综合性系统工程。

通过对系统的整体规划设计，使系统达到以下要求：(1)监视系统内设备的运行状态以及所需的生产和安全参数。

(2)设备的监视和控制均可在集控室进行，实现水泵的管控一体化。

(3)在生产调度中心能对联网的各水泵控制系统按照其工艺的要求进行划分，便于控制和调度。

(4)根据上述要求建立一个快捷的网络系统，此系统充分安全、先进、可靠。

(5)设备选型符合有关国家标准和行业标准。

泵 系 统至地面调度指挥中心通讯(控制)分站总线(工业 以太网)2 路 排 水 管 流 量2 个 水仓、 2 个吸 水井水位 检测1# 泵系统2# 泵系统电 机 配电 系 统 手动 操作 控制通讯总线操 作 屏显 示 屏。

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。

电机温 度等 流量、真空电机开停射流开关阀门开关水泵状 态阀门状 态○1控制系统具有集控/就地、半自动和全自动控制方式；○2系统稳定可靠，保证生产连续性，可长期工作。

○3采集有关设备的有效数据，显示真空度、压力、温度等数据。

煤矿井下排水自动控制系统设计探讨摘要：煤炭开采工作往往伴随着井下涌水，如果涌水不能被及时排掉，不仅会影响到正常的煤炭开采工作，同时还会有重大的安全隐患。

因此煤矿进行必须实现自动化排水，这是确保安全的重要保障。

本文介绍了煤矿井下排水系统现状，对煤矿井下排水系统的自动化设计进行了简要分析，希望对相关研究领域提供借鉴经验。

关键词：井下排水；自动控制；系统对煤矿排水自动化控制系统是煤矿安全生产中极为重要的环节之一，要想保证煤矿作业的稳定发展，就必须做好井下排水系统工作，尤其必须根据矿井的实际情况进行设计和安装，这样才能保证煤矿排水工作更加可靠，同时能有效提升矿井排水效率，降低工人的平均劳动强度。

1我国煤矿井下排水系统现状纵观我国当前煤矿的发展实际，部分煤矿中已经具备了自动化的排水系统，但是大多数煤矿的矿井中还依然采用人工操作的方式进行排水，这种传统的排水方式已经不能满足现代化煤矿发展的需要。

无论是先进的自动排水系统还是传统人工进行排水，这两种方式都是把离心泵作为核心设备来对矿井中的积水进行抽排，但是人工操作的排水方式较为落后，对于水泵的启动和停止运转完全是由人工对水仓水位进行仔细观察和相关的工作经验来决定，而且反应时间较长，工作效率不高。

通常，煤矿井下的排水泵房中都有多个水泵，工作人员不能对开启水泵的数量合理把握，往往都是根据经验来确定。

自动化的排水系统能够大大提高矿井排水的安全性和工作效率。

现阶段，井下自动化排水主要有三种方式，即全自动模式、半自动模式和手动模式。

使用全自动模式系统需要对检测到的数据信息进行综合分析和考虑，从而对水泵的开启和停止进行有效把控;手动模式系统可以通过人工按动开关按钮来开启或停止水泵，而且在特殊情况下，还需要对水泵开启台数进行人工控制。

另外，在对水泵进行检修时，也需要在手动模式下完成。

2煤矿井下排水系统概述煤矿井下排水系统是煤矿六大主要系统之一，担负着将井下积水排出的重任，煤矿井下系统的高效稳定运行是保证煤矿安全运行的基础和前提。

煤矿二水平水仓水泵自动化排水系统设计技术方案煤矿2012年4月25日一、概述煤矿井下排水系统主要区分为两个水平，各建有一个水仓，矿井涌水和井下工业用水通过自然流动汇集到一、二水平水仓。

二水平排水系统现配有五台主驱动电机为400KW的水泵，1#、2#水泵作为工作水泵，3#、4#水泵作为备用水泵，5#水泵作为维修水泵，正常运行时以1#、2#水泵将二水平水仓中的水通过两套管路排至一水平水仓。

水泵主电机为直接起动方式，启停控制主要由水泵工按矿井涌水量的大小定时排水，由于缺少对水仓水位检测的装置、对矿井涌水的监测也不够科学，而且排水时间多安排在夜间，所以主电机频繁启停，致使排水系统能耗大、效益低，而且工业用电调谷避峰效果也不理想。

根据2012年股份公司维简、安全工程计划，决定对井下二水平水仓排水系统进行自动化改造，配置现代化自动控制系统，以提高二水平排水系统的安全性、可靠性和自动化水平，降低排水系统综合能耗，为矿井的安全生产奠定基础。

煤矿水泵自动化控制系统是依据矿井的实际情况，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、自动控制，使设备在无人干涉的情况下自动运行和自我诊断的一套系统。

系统综合了现代工业控制技术和软件技术，保证了系统的稳定性和可靠性，能有效地节约能源、降低劳动强度、降低运行成本和延长设备使用寿命，并可与全矿自动化系统进行联网，作为全矿自动化系统的一个子系统分站。

二、水泵自动化系统设计原则煤矿二水平水仓排水系统在配置自动化系统时，必须竖持安全可靠、技术先进、经济实用的原则，具体要求如下：1、可靠性：可靠性是煤矿安全生产的重要保障，二水平水仓自动化排水系统在设计、硬件选型、软件环境和应用系统的建设中要充分体现可靠性原则。

2、实用性：二水平水仓自动化排水系统在正常情况下能实现工作水泵的自动启停，异常情况下能实现备用水泵的自动启停，检修状态下能实现检修水泵的自动启停，并能接入矿井远程调度系统中组成全矿井综合自动化监控系统。

井下水泵房自动化集控系统技术要求2011.9目录1工程概述 (2)1.1 泵房现有设备统计 ................................................................................................................................ - 2 -2设计原则及依据标准 .. (3)2.1 设计原则 ................................................................................................................................................ - 3 -2.2 依据的标准 ............................................................................................................................................ - 4 -3系统组成. (4)3.1 地面监控中心 ........................................................................................................................................ - 4 -3.2 泵房网络通讯系统 ................................................................................................... 错误！未定义书签。

3.3 泵房集控系统 ........................................................................................................................................ - 4 -4系统功能. (5)4.1 数据采集与检测 .................................................................................................................................... - 5 -4.2 保护功能 ................................................................................................................................................ - 5 -4.3 控制功能 ................................................................................................................................................ - 5 -4.4 操作模式转换 ........................................................................................................................................ - 6 -4.5 自动控制 ................................................................................................................................................ - 6 -4.6 节能降耗 ................................................................................................................... 错误！未定义书签。

矿井主排水泵自动化控制系统的研究与应用任永忠，刘哲，史好好（山东省岱庄生建煤矿，山东微山277606）摘要岱庄生建煤矿根据矿井的实际情况，对原来的主排水泵以人工管理为主的控制管理体系进行自动化改造，使设备实现自动运行和自我诊断，实现了全自动和远程开泵，大大降低了水害带来的威胁。

通过“一键式”开泵，也降低了水泵司机的劳动强度，杜绝了操作失误而带来的安全隐患，进一步提高了矿井排水的安全保障能力。

关键词主排水泵自动化控制研究与应用中图分类号TD63+6文献标识码B1国内相关产品与技术发展水平、现状煤矿井下主排水泵房传统的以人工管理为主的控制管理体系存在人力消耗大、单位人员费效比低、设备管理维护水平低、能源利用率不高、长期存在浪费等一系列问题。

为有效地克服这些缺陷，提高企业的综合管理水平，国家相关部门组织科研小组，在现代计算机网络技术、现场总线及数据库技术基础之上专门针对煤炭行业的特点开发出基于PLC和组态监控软件的矿井水泵自动化监控系统。

监控系统根据矿井的实际情况，在原来的设施基础上进行自动化改造，使设备实现自动运行和自我诊断。

在确保可靠性、安全性的基础上，采用可编程控制器，传感器、电动闸阀、工业控制计算机等主要设备，对井下主排水泵控制系统进行全新的改造。

2立项必要性项目开发人员通过考察和探讨，决定采用一种性能更为可靠的多节点光纤通讯产品———双环自愈光端机。

在多节点的网络中，每台光端机电接口挂一个RS －232或者RS－485/422设备，而双环的概念就是通过光端机上的2个独立光口串接成2个光纤环路，环路自诊自愈，当一个环路故障时自动切除，另一环路可即时替换，各从站故障、掉电、断纤时自动切除，故障恢复后自动投入，这就大大提高了监控系统通讯的可靠性能。

基于以太网、数字化矿山信息化矿井的井下泵房自动化监控系统，具有先进的设计理念，拥有流量、真空和电路等多重保护信号，并通过网络实现了系统的远程控制功能；同时，系统的自动运行方式使井下的排*收稿日期：2012－03－15作者简介：任永忠，男，工程师，1989年毕业于徐州煤炭学校，现任山东省岱庄生建煤矿机电监区生产监区长。

煤矿水泵房自动化设计方案水泵房，这个深藏于煤矿内部的重要场所，是矿井排水系统的核心。

想起十年前，那时候的水泵房，还完全是依靠人工操作，不仅效率低下，还存在诸多安全隐患。

而今，随着科技的进步，自动化技术的应用已经成为了提升矿井安全生产的重要途径。

下面，我就来和大家聊聊“煤矿水泵房自动化设计方案”。

一、项目背景我国煤矿产业规模庞大，煤矿安全一直是国家关注的重点。

水泵房作为矿井排水系统的重要组成部分，其自动化程度直接关系到矿井的安全生产。

近年来，国家加大了对煤矿安全的投入，推动煤矿自动化、智能化建设，以提高矿井安全生产水平。

二、设计目标1.提高水泵房运行效率，降低能耗。

2.实现水泵房无人或少人值守，减少人力资源成本。

3.提高矿井排水系统的可靠性，降低故障率。

4.实现数据实时监测、报警，提高矿井安全管理水平。

三、设计思路1.采用先进的自动化控制技术，实现水泵房设备的自动启停、运行状态监测、故障报警等功能。

2.利用工业互联网技术，将水泵房运行数据实时传输至矿井监控中心，实现远程监控和管理。

3.结合矿井实际情况，设计合理的自动化控制系统，确保系统运行稳定、可靠。

4.注重系统兼容性，为后续升级和扩展预留空间。

四、设计方案1.自动化控制系统（1）水泵启停控制根据矿井水位变化，自动控制水泵启停，确保矿井水位在安全范围内。

当水位达到设定上限时，系统自动启动水泵进行排水；当水位降至设定下限时，系统自动停止水泵运行。

（2）运行状态监测实时监测水泵运行状态，包括电流、电压、功率、转速等参数。

当运行参数异常时，系统自动发出报警信号，通知矿井监控中心。

（3）故障报警当水泵发生故障时，系统自动判断故障类型，发出相应报警信号，并通知维修人员进行处理。

2.工业互联网技术利用工业互联网技术，将水泵房运行数据实时传输至矿井监控中心。

监控中心可以远程查看水泵房运行情况，对设备进行远程控制，提高矿井安全管理水平。

3.系统集成将水泵房自动化控制系统与矿井综合监控系统进行集成，实现矿井安全生产的一体化管理。