煤矿固定设备机房的无人值守研究
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摘要：随着自动化控制技术日趋成熟，煤矿大型固定设备的控制已经由PLc控制逐步取代了继电器控制。本文就以煤矿变电所、水泵房等设备为主要的研究对象，对煤矿井下固定设备机房、机电设备硐室、永久大巷的机电设备自动化控制和无人值守进行研究分析。
关键词：固定设备 自动化控制 无人值守
一、引言
近年来，政府、社会、企业都十分重视安全生产工作。煤矿作为高危行业，其安全生产水平一直受到广泛关注。在全国煤炭行业“去产能”的大背景下，煤矿企业提出了“减人提效”的理念，煤矿在实现机械化的同时，要考虑实现自动化控制，从而达到减人提效的目的。目前，全国有部分矿井通过建立机电设备的远程监控平台实现了对矿井供电、主排水、主皮带机、压风机等设备的自动化控制。
二、井下变电所无人值守建设
要实现井下变电所无人值守，首先要将供电设备全部实现远控，这就需要在地面设立电网监控平台，在井下各变电所或配电点设立电力监控分站，利用井下千兆环网实现地面监控中心和井下各变电所设备的通讯。
1.搭建通讯平台，作为现在和将来的公共通讯平台;另外，还要建设公共的终端调度平台，以实现所有自动化子系统的集中监视、集中控制、集中调度和集中管理。电网监控软件平台采用分布式组网，真正做到集中式管理;采用模块化设计，每个功能都作为一个独立的子系统模块，既可以独立运作，也可以融合为一体，成为一个完善的综合化业务系统;系统全网络化，所有通讯均以IP方式通过网络互联传递：可以为系统提供实时的双热备，提高系统的可靠性和稳定性。
2.所有的子系统在建设的时候都要考慮实现数字化和网络化，以最大限度地实现通讯平台和调度平台的资源共享，实现自动化子系统的平滑无缝接入。
3.平台搭建的同时，考虑留有较为充分的接口，以便逐步实现全矿井综合自动化。
4.只有子系统相对独立，才更利于子系统的维护和安全运行。在调度中心层面实现不同子系统之间的信息共享和综合利用，实现最大限度地提升子系统数据利用率，提高生产调度效率。
5.整个综合自动化要进行整体规划，子系统建设和接入可以分布实施。这样，符合矿井自动化建设的实际。将井下、地面供电系统纳入一套监控平台，实现地面井下供电系统“管控一体化”。
6.建设效果。
（1）供电系统运行正常时：实时进行状态监测，实现地面及井下变电所无人值班，提高安全运行水平和供电管理水平：
（2）完善的供电系统保护：采用分布式智能速断保护原理，彻底消除越级跳闸;防电压波动时大面积停电。
（3）供电系统运行故障时：快速定位故障，提高故障处理效率;供电系统运行故障后：快速恢复送电，缩短停电时间;
（4）变配电所具备视频联动监控功能是实现无人值守的基本条件：安装球型带云台的矿用高清彩色摄像仪，实时采集、存储、传输现场的图像等，进行远程调焦等控制操作，能够与电力监控系统一起进行联动切换。
三、水泵房自动排水无人值守建设
目前，煤矿井下排水设备的日常开、停操作及水泵的切换运行仍需人工操作完成，由于操作人员的素质不等，常出现因岗位工脱岗、睡岗造成设备损坏或水淹巷道的现象。同时也出现过因为对操作规程掌握不全，操作顺序错误造成的设备损坏。通过水泵房的自动排水建设将大大降低因为人为因素造成的安全隐患。
1.通过对中央水泵房的改造实现水泵房排水系统的组态监控及无人值守功能。达到技术功能先进、运行可靠稳定的目地。通过已有环网系统直接接入地面矿调度中心系统，为矿标准数据中心及调度留设端口。通讯协议使用国际标准协议，具有开放性，实现数据共享。支持矿井4G、5G功能发展需要，便于后期4G、5G网络实施后完美对接。
2.水泵房内通过隔爆兼本质安全型可编程控制箱、集中操作台对水泵的矿用隔爆兼本安型一体式电动闸阀、射流泵总成、传感器、在线监控系统等进行监控，显示水泵及相应的电动闸阀的各种工作状态并实现远程控制操作，但要保留半自动控制、手动控制的功能，防止自动控制系统故障后无法启动水泵。在井下水泵房和地面水泵房控制中心均能实现中央水泵房水泵、电动阀门和电动球阀的启停，实现水泵房控制的无人值守功能。
3.通过在井下水泵房内安装矿用本安温度传感器、矿用本安烟雾传感器和矿用本安热释传感器，实现对中央水泵房的温度监测、烟雾监测、门禁监测。实现预警、环境、门禁、语音、视频联动功能。
4.水泵房无人值守中各种数据的互通互联，上下位机可以实现所需监控功能，可以通过变电所的电力监控分站，利用光纤环网，将数据上传至地面。视频信号需实现上传、存储功能，达到工业视频信号与水泵监控信号“共缆不共纤”。
5.建设过程中注意充分尊重原有水泵系统关联设备（如离心式水泵、防爆电动机等）的选型，尽量与已经选型的设备进行配套，以减少不必要的重复投入。充分利用矿井已经建立的工业以太环网网络系统的思路，采用就地就近的原则，新的监测监控系统的扩展和监测监控设备、仪器的就近接入该网络，本次系统建成后将是网络系统中的一个站点，今后可以直接接入到自动化调度系统中。能够与电力系统进行有机的结合，对矿用隔爆高压软启动开关能实时监测电流数据，并根据发出的报警信号进行停机控制。水泵监测监控系统的数据，直接通过工业以太环网传输和汇集，形成一个统一的监测监控数据库。
6.建设后的完成的系统功能。
（1）建设后的系统在调度中心操作屏上实时监视泵房水位的变化、水泵及其附属设备的运行状况，对每台泵正常运行时的电流、电压、压力、流量、参数变化的时间等进行收集，形成泵组正常运行数据组，系统会根据泵组运行状态实时更新数据组，并与常规运行时参数进行比较，当数据波动异常时，系统会及时发出警告信号，能够早期发现系统中存在的设备故障，起到早预警早处理的功能。实时显示水泵运行过程的图形化界面，生成曲线图、以及报表供查询和历史数据查询等功能。 （2）在调度中心实现远程监视和控制井下的各泵房的水泵，并且具有井下自动，远程操控，一键启动，手动四种工作模式。系统自动可以判断水位以确保预设的水泵启动，并在到达低水位时自动停泵，出现故障自动报警严重时自动停泵。同时也保证能够退出PLC控制，人工使用操作箱对相应的水泵进行排水操作。
（3）保护功能环节
电气保护：排水自动化系统可以通过与采集电流、电压等信号及相应的故障信号，当泵组电压异常、运行电流偏低或有故障信号来临时，系统会自动关闭排水闸阀，防止总管水倒流。
流量压力保护：水泵启动后在正常运行过程中，如流量、排水压力、真空压力、电流达不到设定值时，系统会综合考虑相关联参数，给出相应判断是否掉水，发出故障报警并停机，系统会自动转换下一台机组工作。
超限保护：当电机定子、轴承温度，水泵轴承振动、温度信号异常超限时，系统会发出故障报警并停机，系统会自动转换下一台机组工作，当前泵组需故障确认排除后，才能再次进行自动启停序列。
（4）要考慮到以后的扩展空间，本次设计的数据余量尽量大。
（5）通过在泵房内安装的固定高清摄像头，矿用隔爆型网络摄像仪，单模光纤，能够通过光纤进行信号传输，信号稳定、成像清晰，通过千兆网络可实现在现有上位组态软件Wincc中显示视频画面，反映井下泵房设备运行状况。
四、无人值守系统在煤矿应用前景
煤矿大型固定机房的设备，比方说空压机、主通风机、主要运输皮带输送机等实现以PLC控制系统为核心、电力监控后台、工业电视监控部分组成自动化控制系统，通过采用各类传感器将设备运行参数进行采集，采用智能集控系统，代替固定人员值守，在系统中设置故障诊断，实现大型固定设备的智能监测监控和人员巡检。大中型煤矿综采工作面基本实现了远距离集中供液、设备列车集中供电、刮板输送机和采煤机的闭锁联动控制、工作面视频监控等。在此基础上通过搭建通讯平台，将以上系统数据进行整合，应用智能控制技术，再配合目前比较成熟的液压支架电液控制系统，完全可以实现无人化开采，打造无人操作采煤工作面。
五、结语
推进煤矿自动化、智能化无人值守系统改造是煤矿企业实现减人增效、降低矿工劳动强度的现实需要。“无人则安”、“少人则安”。同时井下实现无人值守，能够有效降低矿工的劳动强度，减少下井人数，节约人工成本，真正实现减人提效的目标。
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