煤礦主排水泵自動化控制系統(tǒng)探索

摘要：煤礦井下進水嚴重威脅著綜采工作面的安全生產(chǎn)。在分析傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將其改造為基于PLC的主排水自動控制系統(tǒng)，詳細說明了該系統(tǒng)中水位監(jiān)測系統(tǒng)這一子系統(tǒng)的設(shè)計，完成了對該系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，并在實際應(yīng)用中取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：煤礦；主排水泵；改造；PLC；效率

我國對綜采工作面的排水工作研究相對滯后。據(jù)統(tǒng)計表明，我國仍有部分企業(yè)基于人工判斷工作面水位增長的速度，不能及時根據(jù)水位變化情況實現(xiàn)對主排水泵的精確控制[1]。因此，傳統(tǒng)主排水泵的控制方法嚴重威脅著綜采工作面安全。故以某煤礦中央泵房的主排水系統(tǒng)為研究對象對主排水泵的控制方法進行改造，設(shè)計一套高效、自動控制的主排水系統(tǒng)，并對其實際應(yīng)用效果進行分析。

1水位監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

1.1主排水系統(tǒng)簡介

該煤礦中央泵房的主排水系統(tǒng)包括5臺主排水泵。其中，1臺泵為在用泵，3臺泵為備用泵，剩余1臺泵為檢修泵。該主排水系統(tǒng)及其各泵支路的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2水位監(jiān)測原理分析

水位監(jiān)測主要是基于壓力傳感器所實現(xiàn)的，其原理圖如圖2所示。該傳感器內(nèi)部總共有4個電橋。當(dāng)其所承受的壓力為0時，4個電橋處于相對平衡的狀態(tài)，所輸出的電壓信號為0。將其置于水中，由于水壓的作用，電橋的平衡被打破，而且水位越高，壓力越大，其輸出的電壓值越大，即輸出電壓值與水位高度是成正比的關(guān)系[2]。

1.3水位監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成

水位監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)對主水倉水位的監(jiān)測，當(dāng)水位超過一定限值時在發(fā)出報警的同時控制主排水泵的啟動。因此，水位監(jiān)測系統(tǒng)的硬件主要包括傳感器、轉(zhuǎn)換器、PLC以及接口等。系統(tǒng)將傳感器采集到的水壓信號轉(zhuǎn)換為電信號輸送至PLC中，并與PLC中的預(yù)設(shè)值進行比較，一旦發(fā)現(xiàn)超出預(yù)設(shè)值即發(fā)出報警。

2主排水泵自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1功能需求

1）實現(xiàn)對主排水泵的自動控制。系統(tǒng)能夠根據(jù)實時水位實現(xiàn)對主排水泵的啟動、停止操作等控制。2）實現(xiàn)對主排水泵的手動控制。當(dāng)系統(tǒng)需要檢修或PLC失效時，做作業(yè)人員可以根據(jù)檢修的要求，任意控制一臺主排水泵的停止與運行，并要求在手動控制狀態(tài)每臺泵處于相互獨立的狀態(tài)。3）實現(xiàn)水泵的自動輪換和調(diào)用。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到某臺水泵開啟的次數(shù)已經(jīng)達到其檢修的要求，系統(tǒng)會自動將該水泵從輪換陣容中剔除；水泵在每次啟動或停止工作時均必須確保出水閘處于關(guān)閉狀態(tài)。4）報警功能。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)不能正常工作時，系統(tǒng)將自動發(fā)出報警，以提醒工作人員及時進行維修。

2.2控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1）硬件組成。與其他控制系統(tǒng)相類似，本文所改造主排水自動控制系統(tǒng)的主要包括：PLC控制器、顯示屏、信號采集系統(tǒng)以及執(zhí)行機構(gòu)等硬件部分。具體硬件組成示意圖如圖3所示。2）信號采集設(shè)計。本系統(tǒng)中的信號采集包括模擬量信號的采集和開關(guān)量信號的采集。其中，對液位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器信息的采集屬于模擬量采集；對水泵啟動、停止的控制屬于開關(guān)量信息的采集。此外，在PLC中提前設(shè)置水位的四個限度值，分別為超高水位H4、高水位H3、低水位H2、超低水位H1；溫度傳感器主要監(jiān)測電機的溫度；電機過載檢測通過所采集到的信號值大小判斷電機是否處于過載狀態(tài)。3）PLC控制的實現(xiàn)。本系統(tǒng)的控制核心部件為PLC，PLC通過對實時水位、溫度、壓力等參數(shù)的判斷，控制執(zhí)行機構(gòu)做出相應(yīng)的動作。執(zhí)行機構(gòu)主要包括報警功能、水泵的啟停控制模塊、與各個閥相對應(yīng)的控制模塊等。

2.3控制原理分析及軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的控制思路描述如下：系統(tǒng)將各傳感器的信息輸送至PLC中，若此時水位大于設(shè)置低水位的數(shù)值時，系統(tǒng)將根據(jù)電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)值決定是否啟動單臺水泵。當(dāng)用電處于峰值狀態(tài)時，系統(tǒng)不啟動主排水泵；當(dāng)用電處于低谷狀態(tài)時，系統(tǒng)將對電機溫度等參數(shù)進行監(jiān)測，并啟動射流泵使注水泵處于真空狀態(tài)，若各項參數(shù)均在范圍之內(nèi)，則啟動1號水泵開始排水。若此時水位大于高水位的數(shù)值時，系統(tǒng)將發(fā)出報警，并直接執(zhí)行單臺水泵啟動程序，同時開啟1號和2號水泵；當(dāng)水位大于超高水位的數(shù)值時，系統(tǒng)將直接調(diào)用單臺水泵的啟動程序，并開啟3號水泵，若經(jīng)過一段時間后水位仍占大于超高水位，系統(tǒng)將啟動4號水泵，當(dāng)水位低于超低水位的數(shù)值時，系統(tǒng)將先關(guān)閉出水閘閥，然后關(guān)閉水泵。

3結(jié)語

為解決傳統(tǒng)井下主排水系統(tǒng)控制不及時、控制項目單一的問題，對傳統(tǒng)井下主排水系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)了對主排水泵的自動化控制的同時，還豐富了控制項目（電網(wǎng)監(jiān)測、電機溫度監(jiān)測以及水位監(jiān)測等）。此外，經(jīng)實踐表明該控制系統(tǒng)有效提升了主排水泵的使用效率，確保綜采工作面的安全性。

參考文獻

[1]陳更林，李明，張景松，等.煤礦主排水泵微機監(jiān)測系統(tǒng)的研制[J].工礦自動化，1997（4）：11-13.

[2]姬劍波.淺析新橋煤礦主排水泵集控系統(tǒng)[J].陜西煤炭，2014，33（4）：71-73.

作者：王海興 單位：陽煤集團一礦