摘要：基于控制系統及相關儀表的自動化改造，實現了井下排水系統的無人值守；并根據兩倉三泵運行模式，從而完成自動控制策略的制定；通過峰谷電價差優化運行模式，不僅能夠實現減員增效目的，還能夠有效降低系統能耗。

1排水系統改造

煤礦排水系統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備和取樣設備，如圖1所示。當系統以人工方式運行時，相關人員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狀況判斷，故而無法實現系統運行過程中的高效狀態。因此，為實現系統的可靠性與高效性，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所帶來的影響[1]。

1.1儀表設備改造

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。為實現現場供電電源獲取與設備防爆安全，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的判斷，通常情況下，泵的停運時間與補水時間有著密切關聯，由于二者均為變量，故而人工方式難以對補水狀態進行準確判斷。因此，需將檢水開關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]。由于兩管路開關常用小口徑球閥，故而長時間運行會致使開關出現卡澀現象。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控制系統改造

基于原就地手動按鈕，實現過程控制系統的增加，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，還需在井上調度監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。控制系統可通過冗余配置實現對無人看守系統可靠性的提升，其中包含了監控網絡、IO網絡以及冗余控制器。而光纖監控網絡的配置，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，其內部智能設備，通過改造后的接入IO單元的開關量、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，從而達到監控的全方位模式。

2一鍵自動啟停

井下排水系統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操作，之后將補水閥與排空閥依次關閉，若閥門可控，#后將泵出口閥門打開即可。在具體應用中應注意，只有正確執行前一步，才能開始接下來的步驟，例如，補水閥處于打開狀態，并在規定時間內減水開關動作未正常進行，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，并將排空閥關閉，若閥門可控，#后將泵出口閥門關閉即可。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沖擊造成的影響。

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

3兩倉三泵聯合運行

在正常生產過程中井下排水系統尤為關鍵，只有該系統能夠正常運行才能為正常生產提供保障，并應具備備用功能。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，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，若發生故障，泵組2"便正式運行，使其正常工作得到保障，若結束檢修，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出如下關系，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，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下才允許切換模式，以確保切換運行時的不確定性不會發生；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，從而避免出現僅2"泵組使能的現象。

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，在具體應用中應減少或避免同時啟動2個高液位水倉的現象[7]。

4節能優化

在實際應用中，井下排水與排風系統均處于不斷運行狀態，所以，不僅主扇耗電量相對較大，水泵占據份額同樣不容忽視。若原有設備不進行改造，節能還能夠利用運行策略來實現，其一，將峰谷電價差異充分利用起來，使設備盡可能在谷區工作；其二，對泵租啟停液位區間加以優化。分析現場得到的歷史數據，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，結合實際情況，在白天將液位下限與上限之間的區間盡可能擴大，在夜間則適當縮小，令其區間有所增大。為保證夜間與白天泵組均能正常運行，應將二者有機結合在一起。與普通運行方式相比，該策略有效減小了液位區間，增加了啟停水泵次數，進而影響到開關設備壽命，所以對泵組運行液位區間進行優化時應將設備壽命考慮在內[8]。

5結語

本文在改變儀表與自動化設備時，主體設備并未發生變化，并且經實踐檢驗后發現，主體設備不發生改變來改造儀表與自動化設備，對系統的管理更為便利，能夠實現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，進而優化了實際耗電量，其實際應用價值相對較高。