赵金升 丁宇辉 袁峰 王猛
华洋通信科技股份有限公司 江苏 徐州 221116
摘要：
系统根据实时水位及水泵运行时间，按照“轮班工作制”自动启动与停止水泵，提高水泵了使用寿命，同时根据用电“避峰就谷”原则控制水泵开停。系统实现了矿井排水的自动化智能化控制，提高了水泵有效利用率，大大降低了生产成本；有效的保护水泵电机等设备，延长使用寿命，减少事故停机时间，提高排水能力。
关键词：人工智能；智能排水；全自动排水：无人值守
0、引言
煤炭行业是我国的支柱产业随着煤炭行业高产高效的发展，矿井安全问题已成为制约煤炭生产的关键因素。井下涌水是危及矿井安全的重要因素，一旦发生井下透水事故，不仅影响井下生产，甚至会淹没矿井，危及生产工人生命。煤矿全自动智能排水系统应运而生。
1、系统研究背景及意义
目前我国大多矿井水泵房仍然普遍使用传统的人工操作排水，这种排水系统由于自动化程度低，应急能力差，无法做到自动开停水泵，存在很大的安全隐患。随着我国煤炭行业的发展，井下排水系统的自动化控制已成为亟待解决的问题 。该系统为煤矿智能发展奠定基础，同时也是煤矿井下排水智能化系统的必经阶段，对煤矿智能控制具有极其深远意义。
2、系统设备目标
（1）实现对井下泵房远程全自动集控。
（2）实现操作保护、压力异常保护、电机超温保护、水位超限报警、水位突变报警、排水量异常保护。
（3）实现自动控制、程控控制、手动就地控制、检修控制等多种方式控制模式适应现场的控制需求。
（4）实现本地和上位机的运行状态动态显示、故障报警、历史数据查询等。
（5）实时监测电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、电机温度、水泵轴承温度、流量、水位、水压、真空度等参数；实时监测各主排水泵的起停，各管路阀门的开闭等状况。
（6）远方集中控制能实现一键启停，涌水突增，实现应急排水自动控制。
（7）具备现场无人值守功能和自动倒台。
（8）具备根据矿井涌水情况、排水系统的能力，水仓容量、水位、供电峰谷时段、每台泵的工况等智能选择开机台数、开机时间和优先运行高性能水泵的功能，在确保安全的前提下，实现经济运行。
1.系统详细设计2.2.1.
（一）系统设计
1.水泵的实时信号传输至就地监控站，经核心控制器传输到地面的工作站，实现水泵的集中控制，该系统的控制方式实现就地、远程和集控三种形式。
2.数据曲线查询
实时采集重要的系统参数并进行存储，时间长达10年；实时及历史数据可生成数据曲线。
3.报表生成、存储、查询、打印功能
可根据需要生成设备操作、故障报警、生产统计、过程变量、运行参数等报表，保证规范管理。
4.系统用户分级管理，划定权限。
5.系统具有实时校时功能。
（二）主排水系统自动化实现的功能
1.每台水泵有“自动”、“手动”、“检修”三种工作方式，工作方式可在水泵就地控制设备进行设定。
2.系统具备远程和就地控制功能。远程控制包括：无人值守、一键启停；就地控制包括：一键启停、手动、检修。
2.1无人值守：系统根据水仓水位，按预先设定的优先级，自动选择水泵，实现水泵的开停和倒换运行；
2.2远程一键启停：集控人员根据水仓水位，一键实现单台水泵的启停；
2.3就地控制一键启停：泵房值班员根据水仓水位，一键实现单台水泵的开停；
2.4手动控制：泵房值班员根据水仓水位，按顺序开启水泵；
2.5检修：检修人员根据检修需要进行水泵及各阀门的操作。
3.系统设置高低水位报警和开停水位值；达到停泵水位则停止运行；达到开泵水位则开启运行。
4.水泵上水采用射流抽真空方式。系统判定抽真空完成值应为变量，根据水仓水位和泵体本身情况的变化而改变。
5.系统根据水仓水位变化速度自动调整开泵水位，即当水位上涨过快时，自动降低开泵水位。
6.系统根据水仓水位变化速度自动控制水泵启动台数，同时可以设置水泵自启动的优先级或水泵性能自动配置水泵启动的优先级，实现水泵自动轮换运行。
7.系统能按照用电时间和水仓水位自动调节开泵时间及开泵数量，实现时间运行。
8.当某台水泵出现开关故障、压力下降、流量下降等情况时，系统自动停止该泵运行，并语音提示、报警。
9.显示及数据记录功能
9.1动态显示：
实时动态模拟显示系统的整体运行状态，如水位、流量、压力、电压、电流、振动、温度、湿度、声音、单泵运行时间、电动机和电动闸阀等。
9.2实时报警：
可实时显示系统的故障信息及预警信息，如水仓水位高、轴承温度高等。
9.3曲线显示：
系统具有电压、电流、温度、水位、流量、压力、振动等的实时及历史曲线显示。
9.4数据历史记录及报表：
可将系统的各种参数数据、故障记录、开停时间统计、水泵在各种运行方式下的开泵次数和运行时间报表等记录到历史数据库中。
10.系统具备自身诊断功能，并能显示故障类型和故障时间；实时对电流、流量、温度、压力、振动等运行数据进行分析和报警。
11.井上下具有语音通话功能。
12.泵房配备自动巡检机器人，机器人可以自动定时巡检发现异常实时报警。
13.系统通讯接口采用统一、标准的接口组件，能够与整个矿井综合自动化系统无缝对接。
3.系统功能
（1）就地控制：可以通过智能组态控制站可实现就地手动操作及就地一键自动控制。
（2）远程控制：具有权限的用户可通过工业以太网实现远程控制操作。
（3）定时切换和故障自动切换功能：可编程设定定时切换和故障自动切换功能。
（4）自动轮巡倒台：能够按照设置好各项参数、轮巡倒台规则，自动倒换压风机。
（5）优先级控制：优先级顺序为手动就地控制——远程控制。手动控制时能自动闭锁远程控制和自动控制；远程控制时能自动闭锁自动控制。
（6）检修控制：解除设备启停闭锁关系，防误和故障保护退出，使用就地的控制按钮单独操作设备。
4.系统测量优势
?实时性：系统必须保证系统中得所有监控“可用”，不能出现延迟，造成系统失控。
?可靠性：一方面当系统中任一组件发生故障都不会导致整个系统瘫痪，另一方面为使系统运行时间的最大化，需要以可靠的技术来保证在网络维护和改进时，系统不发生中断。
?开放性、先进性：系统保证来自不同厂商的设备在使用通用协议的情况下可以相互通信。
?易于管理和维护：系统更换易损件简单高效，维护方便。
?安全性：系统建立可靠的数据传输、备份、存储等安全保障措施，同时也防止攻击及数据泄露。
5、效益分析
系统以建设无人值守泵房为总目标，同时提高效率和管理水平，减少操作人员和降低工人的劳动强度，同时可以采用避峰就谷的用电方式，节能降本，完全实现了全自动自动排水功能，实现了泵房控制的智能化排水功能，为今后矿井安全生产综合自动化、智能化打下良好基础。提升煤矿智能化水平，增加煤矿效益。
6、结语
系统具有灵活、可靠的控制功能，简单实用，易于掌握，人机界面友好，同时系统具有自诊断功能，并具有语音、图象以及报警功能；系统具有实时数据显示、存储功能 运用当前先进的技术和在线监测、智能管控技术，实现对井下泵房的运行监测、智能控制、运行管理、业务管理等功能，达到泵房集中管理、安全高效运行的目的，实现全矿井排水系统的自动化管理。提高煤矿智能水平、提高设备使用寿命、降低能耗。是煤矿智能发展的必经之路，具有广阔的应用前景和推广价值。
参考文献：
[1]赵金升. 智能化矿山建设[J]. 科技创新导报.?2019,16(19):55-56.
作者简介：赵金升(1987.10-)，性别：男；籍贯：江苏徐州；民族：汉族；学历：本科；职称：中级工程师 研究方向：煤矿综合自动化、信息化、智能化系统调研、设计、建设。
课题编号：2018YFC0808302