摘要：基于控制系統(tǒng)及相關(guān)儀表的自動化改造，實現(xiàn)了井下排水系統(tǒng)的無人值守；并根據(jù)兩倉三泵運行模式，從而完成自動控制策略的制定；通過峰谷電價差優(yōu)化運行模式，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)減員增效目的，還能夠有效降低系統(tǒng)能耗。

1排水系統(tǒng)改造

煤礦排水系統(tǒng)的組成部分主要有補水管路、輸送管道、逆比閥、泵出口閥、大功率水泵以及水倉等，在特殊情況下還能含有檢修附屬設(shè)備和取樣設(shè)備，如圖1所示。當系統(tǒng)以人工方式運行時，相關(guān)人員shou先需對水位高低進行判斷，而在水位達到啟泵液位后，此時需開啟旁路的排空管路和補水管路，以此來進行水量補充，在補水完成后，需及時關(guān)閉排空管路和補水管路，與此同時，還需手動打開水泵，通過水泵啟動取樣出口或是開關(guān)柜電流，以此來判斷是否正常出水。由于該流程當中存在多處人工操作和相關(guān)狀況判斷，故而無法實現(xiàn)系統(tǒng)運行過程中的高效狀態(tài)。因此，為實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性與高效性，需進行儀表或是電控回路方面的改造，從而盡可能地降低給生產(chǎn)所帶來的影響[1]。

1.1儀表設(shè)備改造

因礦井滲水所附帶的泡沫或是雜物，使得水倉水面準確界限難以通過超聲波液位計或是目測等方式進行測定，其準確測量方式僅有靜壓原理的投入式液位計，故而需在每一水倉處安裝1臺投入式液位計。隨著時間的流逝，水倉淤泥逐漸增多，故而在安裝設(shè)備時，需對底部淤泥進行定期高度的限制[2]。通過泵出口閥前的壓力表，實現(xiàn)對該處水壓的測量。

逆比閥主要用于在泵停止工作時進行該處靜壓的顯示；在啟動泵后，若出水正常，那么則表示該處靜壓小于閥前壓力，因此，可用其判斷出流量和正常出水是否處于正常工作狀態(tài)。為實現(xiàn)現(xiàn)場供電電源獲取與設(shè)備防爆安全，需利用防爆變送器，與此同時，還需通過2線制進行信號采集和儀表供電。

在進行人工操作時，可由目測方式進行水泵補滿狀態(tài)的判斷，通常情況下，泵的停運時間與補水時間有著密切關(guān)聯(lián)，由于二者均為變量，故而人工方式難以對補水狀態(tài)進行準確判斷。因此，需將檢水開關(guān)安置于排空管路末端，使通過管路的水能夠自動導入到通接點[3]。由于兩管路開關(guān)常用小口徑球閥，故而長時間運行會致使開關(guān)出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。然而，若將其改造為防爆電磁閥，那么不僅能夠降低所用時限，還能減少操作誤差產(chǎn)生。而原手動閥門可用于進行檢修使用。

對于大口徑出水閥水泵而言，若將其改造為電動閥門，那么不僅會降低靜壓下所產(chǎn)生的逆比閥影響，還能改善因逆比閥造成的泄漏問題[4]。

1.2控制系統(tǒng)改造

基于原就地手動按鈕，實現(xiàn)過程控制系統(tǒng)的增加，其中主要包含了新增閥門控制箱、遠程運行維護的工程師站和操作站、模擬量輸出輸入模塊的IO單元、配置了開關(guān)量以及PCS-9150過程控制器，如圖2所示。

在井下水倉附近的煤安認證防爆柜內(nèi)進行閥門控制回路、IO單元以及控制器的安裝，與此同時，還需在井上調(diào)度監(jiān)控中心處進行工程師站和操作員站的建立，前者功能可由后者兼任。控制系統(tǒng)可通過冗余配置實現(xiàn)對無人看守系統(tǒng)可靠性的提升，其中包含了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、IO網(wǎng)絡(luò)以及冗余控制器。而光纖監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的配置，其不僅用于進行井上與井下超長距離的操作員站的傳輸，還用來進行電磁干擾的消除。

對于水泵電磁啟動器而言，基于RS485總線方式接入IO，其內(nèi)部智能設(shè)備，通過改造后的接入IO單元的開關(guān)量、原水泵電機啟動器模擬量、出口電動閥門控制回路、新增補水排空閥控制回路、泵出口壓力變送器以及水倉液位變送器，從而達到監(jiān)控的全方位模式。

2一鍵自動啟停

井下排水系統(tǒng)中具有一鍵啟停功能，令其操作流程得到有效簡化，其具體流程如下：shou先將排空閥與補水閥依次打開，接下來等待減水開關(guān)操作，之后將補水閥與排空閥依次關(guān)閉，若閥門可控，#后將泵出口閥門打開即可。在具體應(yīng)用中應(yīng)注意，只有正確執(zhí)行前一步，才能開始接下來的步驟，例如，補水閥處于打開狀態(tài)，并在規(guī)定時間內(nèi)減水開關(guān)動作未正常進行，此時流程將無法順利完成，并報警；若動作正常，為確保完成充水，接收到信號后應(yīng)適當延長，為成功啟泵提供保障[5]。

一鍵停比具體流程如下：shou先將排空閥打開，完成后適當延時，之后水泵停止，并將排空閥關(guān)閉，若閥門可控，#后將泵出口閥門關(guān)閉即可。在上述流程中，延時操作#根本的目的是避免空氣進入水泵后對抽水造成一定影響，從而減少進水管底閥受到?jīng)_擊造成的影響。

實際上，泵組的自動停止或開啟主要由水位高低予以控制，若液位處于正常區(qū)間之內(nèi)，wuxu任何處理，從而實現(xiàn)無人值守或少人干預(yù)這一目標。如圖3所示，若液位自動投入，便會執(zhí)行自動啟停，若該功能并未投入，還可采取手動的方式對其進行調(diào)整；對配置延時或死區(qū)進行判斷時可以將液位高低作為判斷標準，減少誤操作的發(fā)生，無論是液位過低還是過高，其觸發(fā)的停止流程均只有一次。根據(jù)液位高低情況自行判斷執(zhí)行，以此來對實際液位與自動投入情況加以判斷。

3兩倉三泵聯(lián)合運行

在正常生產(chǎn)過程中井下排水系統(tǒng)尤為關(guān)鍵，只有該系統(tǒng)能夠正常運行才能為正常生產(chǎn)提供保障，并應(yīng)具備備用功能。其中較為常見的一種方式為兩倉三泵，1#、2#水倉分別與1"、3"相對應(yīng)，而2"通常作為備用泵組，通過切換閥門便能操控兩者正常工作。其工作運行正常時，若發(fā)生故障，泵組2"便正式運行，使其正常工作得到保障，若結(jié)束檢修，便能恢復正常1#、3#工作模式[6]。

如圖4所示，水倉與泵組之間呈現(xiàn)出如下關(guān)系，其中人機界面按鈕脈沖指令為取消泵組置檢修與1"、3"泵組置檢修，其中泵組使能為3#，1#為初始狀態(tài)，若要激活2"、3"泵組使能，只需按照檢修指令1"操作。只有在全部泵組停比狀態(tài)下才允許切換模式，以確保切換運行時的不確定性不會發(fā)生；若要激活2"泵組使能，不僅需要隱藏指令按鈕，還需將1#與3#隱藏，所保留的檢修按鈕僅為取消泵組置檢修按鈕，從而避免出現(xiàn)僅2"泵組使能的現(xiàn)象。

通常情況下，水泵處在變電所相同分支線路上，不僅需要較大的功率，且缺乏軟啟動器，若同時啟用，則產(chǎn)生的沖擊負荷相對較大。為減少或避免啟動泵組時沖擊帶來的影響，在具體應(yīng)用中應(yīng)減少或避免同時啟動2個高液位水倉的現(xiàn)象[7]。

4節(jié)能優(yōu)化

在實際應(yīng)用中，井下排水與排風系統(tǒng)均處于不斷運行狀態(tài)，所以，不僅主扇耗電量相對較大，水泵占據(jù)份額同樣不容忽視。若原有設(shè)備不進行改造，節(jié)能還能夠利用運行策略來實現(xiàn)，其一，將峰谷電價差異充分利用起來，使設(shè)備盡可能在谷區(qū)工作；其二，對泵租啟停液位區(qū)間加以優(yōu)化。分析現(xiàn)場得到的歷史數(shù)據(jù)，得出抽水效率較高的定速泵組，則自動啟停泵組邊界即為液位上限與下限，進而令設(shè)備正常運行得到保障。由于峰谷電價定價存在一定差異，所以在峰電價時應(yīng)盡量使水倉安全運行得到保障，在谷電價時盡量采取空倉運行這一方式，換而言之，結(jié)合實際情況，在白天將液位下限與上限之間的區(qū)間盡可能擴大，在夜間則適當縮小，令其區(qū)間有所增大。為保證夜間與白天泵組均能正常運行，應(yīng)將二者有機結(jié)合在一起。與普通運行方式相比，該策略有效減小了液位區(qū)間，增加了啟停水泵次數(shù)，進而影響到開關(guān)設(shè)備壽命，所以對泵組運行液位區(qū)間進行優(yōu)化時應(yīng)將設(shè)備壽命考慮在內(nèi)[8]。

5結(jié)語

本文在改變儀表與自動化設(shè)備時，主體設(shè)備并未發(fā)生變化，并且經(jīng)實踐檢驗后發(fā)現(xiàn)，主體設(shè)備不發(fā)生改變來改造儀表與自動化設(shè)備，對系統(tǒng)的管理更為便利，能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守與一鍵啟動的運行方式，不僅如此，在改進自動控制策略時將峰谷電價策略與水泵自身運行特性考慮在內(nèi)，進而優(yōu)化了實際耗電量，其實際應(yīng)用價值相對較高。