由于煤矿井下环境恶劣，煤层地质条件复杂，在煤矿开采过程中经常会涌出大量地下水。一旦水位高，泵房水仓可能会被淹没，影响地下采煤作业。严重情况下，地下采矿设备将被淹没或导致漏电等安全事故。矿井设计了一套井下排水控制系统，将地下水控制在安全范围内，可有效防止地下水渗漏，保证井下作业安全。因此，结合地下排水控制系统存在的问题，对该系统进行升级设计研究和现场应用试验，对提高地下排水的效率和安全性具有重要意义。
1煤矿井下排水设备控制系统结构
煤矿井下排水设备控制系统一般由两部分组成，即井下泵房自动控制单元和地面监控中心。地下泵房的自动控制单元由控制箱、离心泵和传感器组成。其功能是监督和控制煤矿的排水设备。地面监控中心由计算机、显示器和操作设备组成，可随时反映排水设备的运行状态和积水情况。其功能是采集设备监测、控制和终端数据。煤矿井下排水设备控制系统的中央控制处理器一般采用PLC，通信协议采用IP/TCP网络标准，可有效传输井下控制单元和地面监控中心的信息。
在煤矿井下自动排水设备控制系统中，各排水系统的信息和数据主要通过PLC中央控制处理器进行检测和采集。一般来说，煤矿井下自动排水设备控制系统的运行过程如下：首先，液位传感器对水仓的水位进行有效监测，然后通过变送器将监测信息转换为电信号，然后以模拟数字信号和开关数字信号的形式传输到PLC。其他信息也以类似方式传输，包括电流传感器。电压传感器和温度传感器均用于将排水设备的温度变化、电流变化和电压变化以模拟量的形式传输至PLC；并且流量传感器以数据通信的形式将信息传输到PLC。可以看出，每个传感器的监测精度是确保控制系统安全稳定运行的重要组成部分。因此，必须使用高效率、高精度和长寿命的传感器，以确保信息的准确性和可靠性。据调查，为了保证信息的准确性，系统刷新周期必须设置在1秒以内。一般系统中泵的控制方式有四种，即远程自动控制、远程手动控制、就地集控和就地单控。
(1)远程自动控制模式：
其模式是根据设定的控制程序自动控制水泵的打开和关闭。因此，水泵的运行时间必须以这种形式设置好。根据液位传感器采集到水仓水位，有必要自动确定是否打开排水，要打开的水泵数量和相应的泵数量。如果水位突然上升并超过极限标准，排水设备控制系统将启动强排水功能。PLC控制系统用于监控水泵的运行状况。一旦发生故障，可以立即发出警报，并根据逻辑程序实施解决方案。
(2)远程手动控制模式：
其模式仅用于控制排水设备电机的打开和关闭。电机的开启和关闭由操作员控制，开口的数量和数量主要根据井下泵房水仓水位确定。
(3)就地集控模式：
在控制过程中，操作员将首先观察泵房水仓水位情况，然后使用TH24操作台或就地操作箱实现水泵”一键启停”来控制排水设备。
(4)就地单控模式:
在控制过程中，操作员将首先查看泵房水仓具体水位，然后使用就地操作箱启动/停止按钮控制排水设备。在这种形式下，将有一定的排水过程，因此控制将按一定的顺序扩展。闸阀和泵电机需要手动控制，以确保良好的排水。
2井下排水控制系统的设计
2.1 总体方案的设计
在现有地下排水控制系统的基础上，进一步优化排水控制系统。所设计的系统包括地面监控中心、井下泵调度单元、控制单元、现场采集单元等，各单元通过相互协作和协调，实现对井下排水的自动控制。其中，现场采集单元包括液位传感器、水泵流量传感器、温度传感器等。检测到的数据信息通过RS485通信传输至水泵调度控制单元，水泵调度单元包括PLC控制柜、信号接收器、交换机等。PLC控制器型号为西门子S7-200 smart，可以完成整个系统的快速计算和数据处理。水泵控制单元是系统的执行单元，包括电机、水泵、电动制动器等，经PLC计算分析后，向水泵控制单元发送相应的控制命令。接收到信号后，单元向相应的控制单元发送命令，以实现对设备运行的控制。地面监控中心包括光终端机、控制台、PC机、打印机等，通过前端的光终端机接收井下传输信号，并通过控制台实时显示井下相关信息和工作状态。人员可以通过控制台上的相关按钮有效地控制井下执行单元。
2.2数据采集模块的设计
地下排水系统中的数据采集模块主要负责实时采集地下排水系统的水位、温度、流量、压力和电压，使控制系统能够实时监测地下水位。其中将涉及各种传感器，包括超声波液位计、温度传感器、流量传感器等。所选传感器应具有高精度，并能够适应复杂的井下条件。因此，超声波液位计型号为GUY5(A)，流量传感器为LJS650/200G，流量流速范围为0.2~15 m/s，温度传感器为PT-100，采集范围为-200~850℃。其中，LJS650/200G型超声波液位计主要利用超声波反射原理检测水仓中的液位高度。
2.3控制台的设计
为了实现整个控制系统的集成控制，设计了一套集成多个按钮和功能的控制台。控制台上设计有仪表设备运行状态显示界面、显示仪表、阀门开关、电机开关、报警开关、手动和自动操作按钮、水仓水位显示。通过该控制台，可以手动和自动切换水泵的运行模式和运行模式，也可以通过相应的指示灯提示系统的运行状态。其中，指示灯包括常亮、闪烁和熄灭状态，实现相应设备不同工作状态的提示。整个控制台上的指示灯包括水泵、电源、射流阀、排气阀、故障报警灯类型，以及22台高爆开关、22台电机、2台TH24操作柜、4台可编程控制箱等，从而完成了泵房排水控制系统总体设计。
3系统运行效果评价
在完成井下泵房排水自动控制系统后，目前已测试运行近12个月。在测试过程中，主要监控系统的运行稳定性、检测精度和异常报警。测试结果表明，控制系统运行正常，各种传感器能够准确、快速地将检测数据传输至PLC控制柜进行计算，并通过显示界面实时显示各种关键参数，温度和其他参数相对稳定，没有外部信号干扰。当泵房水仓水位异常时，系统可立即实现相应水位的声光报警提示，立即启动排水泵，进行排水作业，并在短时间内解除异常水位报警。在整个测试过程中，监控中心仅配备1名工作人员，实现了井下无人操作。在降低劳动强度的基础上，提高了整个排水过程的效率和自动化程度，验证了系统的可行性。
结束语
煤矿井下排水自动控制系统的应用，提高了矿井运行的自动化水平，促进了整个煤矿行业的可持续发展。我们需要有效利用现有资源，不断完善和完善自动控制系统，有效发挥自动控制系统的作用，使煤炭行业能够安全高效地运行。
参考文献
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