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摘 要：对排水系统优化控制策略加以分析，探讨了节能控制系统的设计与实现，分别论述了水仓水位监测和" 避峰就谷" 的实现、水泵和排水管路的轮换工作的实现、不同模式下的水泵控制方式选择以及故障监测和保护功能实现，同时，通过对系统的的调试运行表明该节能控制系统各模块工作都正常，可以投入使用。
关键词：主排水机;节能控制;排水系统优化
1 前言
煤矿企业生产系统中的排水系统承担着排出井下积水的重要作用。煤矿井下掘进作业时，一些岩层中含有的水分会涌出至工作面或巷道中，加上雨水、江河水的渗透，导致井下汇集大量水体。据统计数据，煤矿企业开采 1t 煤需排水 3～9 t 左右，若处于雨季时，煤矿企业开采 1t 煤需排水 20～30 t 左右，煤矿企业为确保排水可靠与安全，通常排水系统设计中会设置有 3～4 台水泵以保证完成排水作业。另外，排水泵电机功率差异性较大，功率在几千瓦至几百千瓦均有，控制井下排水系统进行时需设置闸阀及球阀等装置，该装置运行所消耗的电能很多。
2 排水系统优化控制策略分析
机电设备控制系统中，各种控制装置运行调控均通过应用精准数学模型实现，煤矿排水控制系统实际运行过程中，会受到很多因素影响，因此，要想构建非常精确的数学模型很难实现。选取实际的控制对象及制定相应控制方案便是关键。排水系统所控制的对象是水泵装置，控制水泵装置参数主要为水仓的储水数量 Q 及井下涌水速度 Q’，Q 与 Q’之间存在对应函数关系。在工作面掘进中，涌水速度的变化存在不确定性，影响相对大的因素主要有降雨情况、掘进过程中水文环境波动情况等，由于这些因素影响，构建准确的数学模型困难很大，因此，制定排水控制方案时，如果井下涌水速度 Q’相对较小，应当采取高位排水控制策略，同时还要充分结合避峰就谷排水策略，利用最优控制理论，动态的制定最优水泵运行时间，确保井下排水作业的能耗最小。当处于雨季井下掘进作业出现涌水速率突然增大，井下涌水的速度 Q’超出 1 台水泵的排水能力，谷段排水模式无法达到实际排水需求，此时井下排水作业要求 2 台甚至是多台水泵不间断开展排水作业，针对此情况，优化控制的任务和对象是确定合理的水泵开启台数和设置合理的高位排水水位值。
3 节能控制系统的设计与实现
3.1 仓水位监测和“避峰就谷”的实现
节能控制系统中，通过超声水位传感装置，对水仓的水位进行实时监测，确保能够及时的获取到水仓水位变化数据，水位监测装置的监测精度值是 1 cm，这一精度满足我国井下排水系统的相关要求。节能控制系统设计，把井下水仓由高至低共划分为 7 个不同的水位点，即将水仓划分成为 6 个不同的水位区，将最底部位置设定为水位点 1。因此，对于井下水仓而言，水位点 5 便成为了警戒水位点，而水位点 6 便是极限水位点。若是水位持续的增高，同时水位超过了水位点 5 的位置，此时需要全部水泵装置，以确保尽快的将水仓中水排水井外。若是水位上升至极限水位时，系统此时会即刻发出警报。实际划分水位点中，应当依据不同水仓深度值加以设置，并且需要将不同水位点的高度值以及相应水位区的高度值均储存在控制系统的 PLC 装置中。根据统计数据计算得出在该水位区域中水位增加的平均速率，计算出不同的水位区域中水位实际的上升速度大小，便能够有效的监测涌水速度波动状况。
水倉中水位波动是水泵启动控制逻辑设计关键的影响因素，节能控制需要考虑到能源的有效节约，因此，必须结合避峰就谷的控制原则。若是安全与节能发生矛盾，则首要考虑的因素依旧是水仓中实际水位的波动情况。
3.2 水泵和排水管路轮换工作的实现
节能控制系统设计中，1 台水泵一共配置有两个不同的数据储存装置，其中一个数据储存装置主要是储存水泵运行时间数据信息，另外一个数据储存装置主要是用来储存水泵运行次数数据信息。水泵启动中，均是采取自动启动方式，所启用水泵装置在启动前不存在故障问题，同时被启动的水泵装置实际运行时间较短。若是不同水泵总的运行时间较为接近，此种情况下启动两者中启动次数相对少的水泵装置。完成排水作业后，系统将自动累计水泵运行具体时间以及运行次数。为避免所设置的数据储存装置出现溢出问题，其中 1 台的水泵运行时间在所有水泵之中属于最长时，其所储存的运行时间便会自动减去各个水泵中最少运行时间，其中 1 台水泵运行次数在所有水泵中属于最多时，其所储存的运行次数便会自动减去各个水泵中最少运行次数，若是其中 1 台水泵装置运行出现故障，此时即刻停止水泵工作，同时该台水泵会自动退出轮换体系。另外，系统会依据轮换启动控制原理，开启另外 1 台水泵装置。
3.3 不同模式下水泵控制方式选择
节能控制系统采用的控制方式分别为自动控制方式、半自动控制方式以及手动控制方式。首先节能控制系统实际运行会对 PLC 装置检查是否存在障碍，如果存在障碍便会转变成为手动控制模式，若无障碍，则会继续检查系统中设备是否存在障碍，若有障碍便会转变为手动控制模式，若无障碍，便会进一步选择系统具体的运行方式。具体的运行方式可以为全自动运行方式、半自动触摸屏集控运行方式、半自动调度室集控运行方式以及手动运行方式等不同类型。
3.4 故障监测和保护功能实现
该系统中的故障监测功能以及保护功能包含：过压保护功能、过流保护功能、漏电保护功能、高温保护功能以及压力保护功能等。节能控制系统实现过程中，PLC 装置会对设备之中所有监测数据信息进行收集，将所收集的信号采用滤波的方法以及抗干扰方法加以处理，确保所收集的各项参数精准，再依照系统运行状况，结合系统逻辑，把所收集到的各种数据信息与 PLC 装置之中实现输入的参数加以比对，若是收集的数据处在正常范围内，表明系统中设备运行的物理量处于正常状态，若是收集参数不在正常范围内，表明系统中设备运行的物理量是非正常状态。
4 结束语
以上排水系统节能控制设计方案已于2018年3月份在王家塔煤矿做了调试，各项设计功能运行正常，已开始投入使用。
参考文献
[1]张庆国.东欢坨矿井下-690排水系统的改造及优化设计[D].华北理工大学，2018.
[2]宁连旭.自动化技术在煤矿机电中的创新应用[J].能源与节能，2017（08）：184-185.
[3]李龙.基于PLC的井下自动排水系统的研制[D].西安科技大学，2015.
关键词：主排水机;节能控制;排水系统优化
1 前言
煤矿企业生产系统中的排水系统承担着排出井下积水的重要作用。煤矿井下掘进作业时，一些岩层中含有的水分会涌出至工作面或巷道中，加上雨水、江河水的渗透，导致井下汇集大量水体。据统计数据，煤矿企业开采 1t 煤需排水 3～9 t 左右，若处于雨季时，煤矿企业开采 1t 煤需排水 20～30 t 左右，煤矿企业为确保排水可靠与安全，通常排水系统设计中会设置有 3～4 台水泵以保证完成排水作业。另外，排水泵电机功率差异性较大，功率在几千瓦至几百千瓦均有，控制井下排水系统进行时需设置闸阀及球阀等装置，该装置运行所消耗的电能很多。
2 排水系统优化控制策略分析
机电设备控制系统中，各种控制装置运行调控均通过应用精准数学模型实现，煤矿排水控制系统实际运行过程中，会受到很多因素影响，因此，要想构建非常精确的数学模型很难实现。选取实际的控制对象及制定相应控制方案便是关键。排水系统所控制的对象是水泵装置，控制水泵装置参数主要为水仓的储水数量 Q 及井下涌水速度 Q’，Q 与 Q’之间存在对应函数关系。在工作面掘进中，涌水速度的变化存在不确定性，影响相对大的因素主要有降雨情况、掘进过程中水文环境波动情况等，由于这些因素影响，构建准确的数学模型困难很大，因此，制定排水控制方案时，如果井下涌水速度 Q’相对较小，应当采取高位排水控制策略，同时还要充分结合避峰就谷排水策略，利用最优控制理论，动态的制定最优水泵运行时间，确保井下排水作业的能耗最小。当处于雨季井下掘进作业出现涌水速率突然增大，井下涌水的速度 Q’超出 1 台水泵的排水能力，谷段排水模式无法达到实际排水需求，此时井下排水作业要求 2 台甚至是多台水泵不间断开展排水作业，针对此情况，优化控制的任务和对象是确定合理的水泵开启台数和设置合理的高位排水水位值。
3 节能控制系统的设计与实现
3.1 仓水位监测和“避峰就谷”的实现
节能控制系统中，通过超声水位传感装置，对水仓的水位进行实时监测，确保能够及时的获取到水仓水位变化数据，水位监测装置的监测精度值是 1 cm，这一精度满足我国井下排水系统的相关要求。节能控制系统设计，把井下水仓由高至低共划分为 7 个不同的水位点，即将水仓划分成为 6 个不同的水位区，将最底部位置设定为水位点 1。因此，对于井下水仓而言，水位点 5 便成为了警戒水位点，而水位点 6 便是极限水位点。若是水位持续的增高，同时水位超过了水位点 5 的位置，此时需要全部水泵装置，以确保尽快的将水仓中水排水井外。若是水位上升至极限水位时，系统此时会即刻发出警报。实际划分水位点中，应当依据不同水仓深度值加以设置，并且需要将不同水位点的高度值以及相应水位区的高度值均储存在控制系统的 PLC 装置中。根据统计数据计算得出在该水位区域中水位增加的平均速率，计算出不同的水位区域中水位实际的上升速度大小，便能够有效的监测涌水速度波动状况。
水倉中水位波动是水泵启动控制逻辑设计关键的影响因素，节能控制需要考虑到能源的有效节约，因此，必须结合避峰就谷的控制原则。若是安全与节能发生矛盾，则首要考虑的因素依旧是水仓中实际水位的波动情况。
3.2 水泵和排水管路轮换工作的实现
节能控制系统设计中，1 台水泵一共配置有两个不同的数据储存装置，其中一个数据储存装置主要是储存水泵运行时间数据信息，另外一个数据储存装置主要是用来储存水泵运行次数数据信息。水泵启动中，均是采取自动启动方式，所启用水泵装置在启动前不存在故障问题，同时被启动的水泵装置实际运行时间较短。若是不同水泵总的运行时间较为接近，此种情况下启动两者中启动次数相对少的水泵装置。完成排水作业后，系统将自动累计水泵运行具体时间以及运行次数。为避免所设置的数据储存装置出现溢出问题，其中 1 台的水泵运行时间在所有水泵之中属于最长时，其所储存的运行时间便会自动减去各个水泵中最少运行时间，其中 1 台水泵运行次数在所有水泵中属于最多时，其所储存的运行次数便会自动减去各个水泵中最少运行次数，若是其中 1 台水泵装置运行出现故障，此时即刻停止水泵工作，同时该台水泵会自动退出轮换体系。另外，系统会依据轮换启动控制原理，开启另外 1 台水泵装置。
3.3 不同模式下水泵控制方式选择
节能控制系统采用的控制方式分别为自动控制方式、半自动控制方式以及手动控制方式。首先节能控制系统实际运行会对 PLC 装置检查是否存在障碍，如果存在障碍便会转变成为手动控制模式，若无障碍，则会继续检查系统中设备是否存在障碍，若有障碍便会转变为手动控制模式，若无障碍，便会进一步选择系统具体的运行方式。具体的运行方式可以为全自动运行方式、半自动触摸屏集控运行方式、半自动调度室集控运行方式以及手动运行方式等不同类型。
3.4 故障监测和保护功能实现
该系统中的故障监测功能以及保护功能包含：过压保护功能、过流保护功能、漏电保护功能、高温保护功能以及压力保护功能等。节能控制系统实现过程中，PLC 装置会对设备之中所有监测数据信息进行收集，将所收集的信号采用滤波的方法以及抗干扰方法加以处理，确保所收集的各项参数精准，再依照系统运行状况，结合系统逻辑，把所收集到的各种数据信息与 PLC 装置之中实现输入的参数加以比对，若是收集的数据处在正常范围内，表明系统中设备运行的物理量处于正常状态，若是收集参数不在正常范围内，表明系统中设备运行的物理量是非正常状态。
4 结束语
以上排水系统节能控制设计方案已于2018年3月份在王家塔煤矿做了调试，各项设计功能运行正常，已开始投入使用。
参考文献
[1]张庆国.东欢坨矿井下-690排水系统的改造及优化设计[D].华北理工大学，2018.
[2]宁连旭.自动化技术在煤矿机电中的创新应用[J].能源与节能，2017（08）：184-185.
[3]李龙.基于PLC的井下自动排水系统的研制[D].西安科技大学，2015.