张荣成
鄂托克前旗长城五号矿业有限公司 内蒙古 鄂尔多斯 016299
摘要：针对矿井安全生产而言，井下排水环节非常关键。企业为能够获取良好经济效益、并实现节能减排，首次在水泵启动算法中引入了电价避峰填谷原则，采用控制矿井井下排水方式，节省了水泵能耗。在节能减排方面，矿山自动化排水技术具有良好的使用效果，工作可靠安全、运行稳定。
关键词：矿山自动化；排水技术；节能减排；应用
矿山是生产矿物原料或开采矿石的场所，通常包括确保生产所需要的各种辅助车间、坑口、矿井、露天采场等。矿山自动化是既复杂、又先进的高科技系统，全矿范围内数据与信息采集系统为其基础的要素。节能减排就是减少污染物的排放、降低能源消耗、节约能源等。为发挥节能减排的作用，矿山自动化排水技术能够节约人力资源成本和能源，无须人工干预，工作可靠安全且能够稳定、连续运行，其具有诸多特点，例如：传输、数据处理、语音报警、故障诊断、系统满足水泵机组远程自动起停等等[1]。
1 系统组成
矿山自动化排水系统分别由泵房的工业电视视频监控及集中控制部分构成。如下所示：
1.1工业电视视频监控
视频服务器、硬盘录像机、视频光端机、摄像头等共同构成了工业电视视频监控。因考虑到工业电视系统今后的扩展和视频数据对网络宽带占用率较大等因素以及满足构建整个矿山数字化的需求，因此，水泵集中监控系统适宜采用光纤进行传输。地面监控机主要实现的功能有：实时动作状态变化报警提示；对历史运行数据及实时运行数据进行查询；实时记录设备启停；有效防止误操作、非法操作，具备操作人员登录管理功能；动态模拟采区水泵工艺画面；对电机、水泵运行状态实时监测；远程控制各水泵启停；记录、显示现场运行数据；现场检测参数的采集以及实时PLC数据通信[2]。
1.2水泵集中控制
使液体增压或输送液体的机械称之为水泵，水泵将原动机机械能传送给液体，增加液体能量，其作用主要是输送液态金属、悬乳液、乳化液、酸碱液、油、水等，除此之外，还可以输送含悬浮固体物液体以及气体混合物等。效率、水功率、轴功率、扬程、吸程、流量等都是衡量水泵性能的技术参数。水泵按照工作原理的不同可分为叶片泵、溶剂水泵等类型。自控系统主要由真空泵、超声波流量计、电动阀门、液位变送器、振动、压力、温度、EPS电源柜、语音报警系统、工控机、集中控制柜、各种接口模块、触摸屏人机界面等构成。该系统选用光纤作为传输方式。下位机为可编程控制器PLC，上位机为工控机。
控制柜实现功能包括：运行数据可通过以太网传输至控制中心监控机；在就地控制模式下，通过就地控制柜就能进行手动控制；实现水母管的出水总流量和管网压力的实时采集；在自动运行方式下，实现集水井水位的实时采集，电机的自动运行可根据集水井水位的液位来进行控制；对隔爆开关的故障保护信号，电流、电压运行参数进行实时采集；作为电机是否处于正常运行状态的依据，对水泵电机前后轴震动、温度等状况进行实时采集。作为电机启动时的依据，对水泵进水口的真空度进行实时采集；作为保护电机的一项有效参数，对水泵的出水口压力进行 实时采集。自动监控电动阀门、抽真空系统以及水泵。
为了防止长期不用备用泵而导致的电气和电机设备锈死、受潮，在需要启用备用泵时，对系统设计了自动轮换工作控制，水泵的运行时间由控制程序自动记录，并根据该记录确定开机顺序，这样就使每个水泵的开机时间都较为平均，实现水泵的交替运转，这样才能从本质上确保生产的安全性，并有效延长了水泵的使用寿命[3]。
2 矿山自动化排水系统原理
2.1工作原理与方式
由以太网通讯模块、模拟量输入输出模块、PLC搭配各种开关量共同完成启动水泵开关的电量参数。通过对光纤收发器、以太网交换机、以太网模块进行工业扩展，最终PLC自动巡检可传输给地面的调度中心。远程手动、就地手动、全自动是矿山自动化排水系统的3种工作方式。当处于远程手动工作时，通过上位计算机，值班工作人员可对水泵的停止和启动进行控制。在正常运行的过程中，任何一种工作方式都可通过工业以太网，将实时现场的各种设备状态以及参数传输至地面调度室。系统处于就地手动工作方式的情况下，通过浮球开关或者水仓水位传感器的状态，可实现对水泵启停的手动控制，该控制可通过现场手动控制柜来有效实现。当系统处于全自动运行条件下，水仓水位的状态可通过装配于系统的井下下位机PLC进行实时采集，根据每台水泵具体的运行时间，并按照水仓水位的情况，来对相应水泵的停机或运行进行相应的启动。
2.2控制水泵
若水位已到达报警水位，应先检测电网负荷，如果电网负荷处于用电峰段时，启动应以暂缓为主；用电平段或谷段位置时，则能够立即启动。但当水位上升至超限水位时，则应将水泵立即启动。如果水位继续上升至超限水位，这时应将矿井最大排水能力全部发挥出来，仅使用一台排水泵已不能达到排除矿井水的要求。在水位降低至低限水位以下之前，水泵不能停泵。水仓水位值在PLC的读取下为H4时，则说明水仓水位较低限水位低。若水泵出现故障应立即停泵，并进行抢修。当水位大于警戒水位时，除检修泵外，应开启全部水泵。而当水位满足开泵条件，即超过低水位时，选择开启一台水泵。根据运行时间来开启水泵，开启运行时间最少的泵。若在水泵运行一段时间，水位依然居高不下或依然上涨，则应按照顺序将下一序号水泵开启。如果水位低于低水位限，则将运行时间最长的一台水泵停泵。
3 应用实例
以我国南方某一矿业股份有限公司为例，该公司谷时段的电价为0.3190元/kWh，平时段电价为0.64040元/kWh，峰时段电价为0.90170元/kWh。经过结算，企业获得良好的经济效益，100万kWh/月×0.3190元/kWh×12月/年=382.8万元/年。
结语：
矿山是生产矿物原料或开采矿石的场所，节能减排就是减少污染物的排放、降低能源消耗、节约能源等。为发挥节能减排的作用，矿山自动化排水技术能够节约人力资源成本和能源，无须人工干预，工作可靠安全且能够稳定、连续运行，其具有如传输、数据处理、语音报警、故障诊断、系统满足水泵机组远程自动起停等诸多特点。矿山自动化排水系统具备两种有效的控制方式，若远端监控平台与集中控制柜之间联系中断时，就地控制方式启用。而就地手动控制与就地集中控制是就地控制的两种方式。与传统的总线传输技术相比，光纤环网通讯技术创造了更加可靠、快捷的数据传输。在矿井综合监控系统标准规范的基础上，文章介绍的系统能够在光景综合监控系统中轻松应用，并可以实现了共享其他子系统数据的功能。在水泵启动算法中，引入了避峰填谷原则，节省大量电能，并使水泵能耗处于最佳经济状态。因此，该技术可在大型抽、排水设备、地下开采非煤矿山等行业中广泛应用。随着社会经济和科学技术水平的不断提高，节能减排已经成为当今社会实现经济效益的前提，而该系统能够节省大量人力资源，实现无人值守的工作状态，从这点上考虑，该系统达到了节能减排的要求
参考文献：
[1]张文锋,王绍群.地下矿山自动化排水系统研究[J].现代矿业,2020,3603:232-233.
[2]陈钞.矿山设备电气自动化中PLC的探究[J].中国金属通报,2019,12:293+295.