基于射流控制的南梁矿主排水监控系统优化

射流泵是利用工作流体来传递能量和质量的流体输送机械，它与离心泵组成供水用的深井射流泵装置，由设置在地面上的离心泵供给沉在井下的射流泵以工作流体来抽吸井水。射流泵没有运动的工作元件，结构简单，工作可靠，无泄漏，也不需要专门人员看管，因此很适合在水下和危险的特殊场合使用。此外，它还能利用带压的废水、废汽（气）作为工作流体，从而节约能源。

基于射流控制的矿井排水监控系统是专为煤矿井下排水设计的一套自动排水系统，它既可以作为子系统融入全矿综合自动化平台，也可作为一套独立的自动控制系统单独使用 [1-2]。系统将计算机技术、自动控制技术融为一体，根据矿井的实际情况，在原来的设施基础上进行自动化升级改造，使设备在无人干预的情况下自动运行和自我诊断。

对陕西南梁矿业有限公司301 水泵房主排水监控系统进行自动化升级改造：水仓数量2 个、主排水管路2 趟DN250、水泵数量及型号共4 台MD420-93×6（P）、闸阀数量12 个、球阀数量12 个。4 台水泵均采用灌泵方式为射流；主排水系统有机械指针表监测正压、负压；手动方式控制闸阀及球阀。基于射流装置的矿井主排水监控系统，原射流控制设计程序能满足一段时间的主排水监控系统能正常判断启泵条件，但长时间的运行，主排水系统存在射流管路漏气、射流供水压力不稳定等现象，从而导致无法有效判断启泵条件。针对这样情况，提出了一种优化的控制程序设计方法。

1 矿井主排水监控系统组成

矿井主排水监控系统能使矿井主排水系统运行安全可靠，提高矿井自动化监控程度，降低事故率，减少故障处理时间，节约能源，为矿井生产减少运行费用，提高运行效率，达到管控一体化[3-5]。矿井主排水监控系统主要由：隔爆兼本安型可编程控制器、操作台、液位传感器、压力传感器、流量传感器、开停传感器、一体式闸阀、球阀等组成[6]。

1）地面监控部分。在监控中心配置监控主机上安装组态软件和监控软件，实现泵房数据的采集、显示、分析、存储以及泵房设备的远程控制。

2）传输网络。在控制箱配置以太网模块，通过网线就近与1 000 M 环网交换机相连，通过TCP/IP协议实现远程监控中心与现场控制的数据交互。

3）控制箱。在泵房适当位置，安装控制箱和就地操作台，完成传感器数据采集显示、逻辑运算、就地集中控制和数据上传。

4）水仓水位监测。采用水位连续监测和高低限水位开关量监测相结合的方式设计，当水位达到设定的上限时，根据设定的控制逻辑自动启动水泵排水，当水位达到设定的下限时，根据设定的控制逻辑自动停止水泵。

5）排水压力监测。在每台水泵排水管安装1 台压力传感器，用于监测和显示水泵排水压力。

6）吸水负压监测。在每台水泵吸水管安装1 台真空压力传感器，用于监测和显示水泵吸水负压，判断水泵是否充满水。

7）流量监测。在每台水泵吸水管安装1 台超声波流量计，用于监测和显示水泵的排水量。

8）水泵运行状态监测。在每台水泵电机的电源线上安装1 台开停传感器，通过感应电流确定水泵是否运行，并状态指示。

9）水泵电机控制。控制器站可通过触点控制配电开关的合分闸，实现水泵电机的启停控制。

10）电动阀门控制。将现有的水泵出水阀（手动闸阀）更改为电动闸阀，每台水泵1 台，实现排水管道的电动选择。

11）抽真空设计。为每台水泵配置3 台电动球阀，替换当前射流管路中的手动球阀，高压水源选择阀操作频率较低，不进行电动改造。

12）泵房内配置温度巡检仪，用于监测电机轴承、绕组温度（需电机预埋有Pt100 温度探头）。

2 系统功能

1）显示、报警、查询功能。人机交互的监控系统，采用安装有GE 公司IFIX 组态软件的工业控制计算机实现对压风机系统的状态监控、参数显示和报警、查询，具体为：①显示参数：系统可在地面监控计算机或就地操作台上实时查看水泵启停、阀门开关等工作状态，以及吸水负压、排水正压、排水流量、电机温度等状态参数；②报警功能：传感器断线报警、通信状态报警、阀门故障报警、运行参数报警等；③查询功能：可在线查询主排水监控系统正压、负压、流量、温度曲线、历史数据以及报警信息，并支持打印功能[7-10]。

2）控制功能。系统提供全自动控制、远程半自动控制、远程手动控制、本地半自动控制、本地手动控制五种控制模式。每台水泵可独立设置控制模式，其控制优先级从低到高依次为全自动控制＜远程半自动控制＜远程手动控制＜本地半自动控制＜本地手动控制。

3 射流优化控制

射流优化控制PLC 程序框图如图1。

图1 射流优化控制PLC 程序框图

系统通过罗克韦尔CompactLogix1769 系列控制器及模块实现井下设备数据采集及联动控制，GE 智能平台的IFIX 工业自动化软件实现地面调度室监控。按工艺控制流程，分解多个子程序功能块，通过主程序调用子程序实现多种控制模式功能。射流优化控制子程序：根据水仓的液位高度变化，完成浮动真空度比较值的推算。

根据实际情况浮动计算出a1=真空度比较值。上位机预设初始射流时间、真空防抖时间、到达真空比较值的次数，并判断设定值的范围，初始化子程序，将预设值赋值给参数timer1、timer2、a1、a2，同时打开射流阀及真空阀直到开到位，进行射流，通过定时timer1=timer1-1，减至0 时，判断监测负压值是大于等于浮动的真空比较值，且保持时间大于等于timer2，输出真空度启泵到位状态标志位b1=1，结束子程序；若判断监测负压值是大于等于浮动的真空比较值，且到达真空比较值的次数等于预设值a2，输出真空度启泵到位状态标志位b1＝1，结束子程序；若负压值一直小于a1，或保存时间小于timer2，且水泵真空判断超过6 min，输出真空度检测超时状态标志位b2=1，结束子程序。

4 结 语

对陕西南梁矿业有限公司301 水泵房主排水监控系统进行自动化升级改造, 针对矿井主排水监控系统射流控制程序处理这种状态的不稳定性及不可靠性，提出一种射流优化控制优化方法。通过维护设备及管路，重新设计射流程序，解决了主排水系统存在射流管路漏气、射流供水压力不稳定等现象，设计程序后实现长时间的远程自动化控制运行，达到安全、稳定、高效、可靠的效果。