煤礦主排水泵自動(dòng)化控制系統(tǒng)探索

摘要：煤礦井下進(jìn)水嚴(yán)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(dòng)控制系統(tǒng)，詳細(xì)說(shuō)明了該系統(tǒng)中水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)這一子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完成了對(duì)該系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，并在實(shí)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(guó)對(duì)綜采工作面的排水工作研究相對(duì)滯后。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)仍有部分企業(yè)基于人工判斷工作面水位增長(zhǎng)的速度，不能及時(shí)根據(jù)水位變化情況實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yán)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(duì)象對(duì)主排水泵的控制方法進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)一套高效、自動(dòng)控制的主排水系統(tǒng)，并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

1水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1主排水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該煤礦中央泵房的主排水系統(tǒng)包括5臺(tái)主排水泵。其中，1臺(tái)泵為在用泵，3臺(tái)泵為備用泵，剩余1臺(tái)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(cè)原理分析

水位監(jiān)測(cè)主要是基于壓力傳感器所實(shí)現(xiàn)的，其原理圖如圖2所示。該傳感器內(nèi)部總共有4個(gè)電橋。當(dāng)其所承受的壓力為0時(shí)，4個(gè)電橋處于相對(duì)平衡的狀態(tài)，所輸出的電壓信號(hào)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(cè)系統(tǒng)的硬件組成

水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)主水倉(cāng)水位的監(jiān)測(cè)，當(dāng)水位超過(guò)一定限值時(shí)在發(fā)出報(bào)警的同時(shí)控制主排水泵的啟動(dòng)。因此，水位監(jiān)測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸送至PLC中，并與PLC中的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，一旦發(fā)現(xiàn)超出預(yù)設(shè)值即發(fā)出報(bào)警。

2主排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1功能需求

1）實(shí)現(xiàn)對(duì)主排水泵的自動(dòng)控制。系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)水位實(shí)現(xiàn)對(duì)主排水泵的啟動(dòng)、停止操作等控制。2）實(shí)現(xiàn)對(duì)主排水泵的手動(dòng)控制。當(dāng)系統(tǒng)需要檢修或PLC失效時(shí)，做作業(yè)人員可以根據(jù)檢修的要求，任意控制一臺(tái)主排水泵的停止與運(yùn)行，并要求在手動(dòng)控制狀態(tài)每臺(tái)泵處于相互獨(dú)立的狀態(tài)。3）實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)輪換和調(diào)用。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到某臺(tái)水泵開(kāi)啟的次數(shù)已經(jīng)達(dá)到其檢修的要求，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將該水泵從輪換陣容中剔除；水泵在每次啟動(dòng)或停止工作時(shí)均必須確保出水閘處于關(guān)閉狀態(tài)。4）報(bào)警功能。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)不能正常工作時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，以提醒工作人員及時(shí)進(jìn)行維修。

2.2控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

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(dòng)控制系統(tǒng)的主要包括：PLC控制器、顯示屏、信號(hào)采集系統(tǒng)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等硬件部分。具體硬件組成示意圖如圖3所示。2）信號(hào)采集設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)中的信號(hào)采集包括模擬量信號(hào)的采集和開(kāi)關(guān)量信號(hào)的采集。其中，對(duì)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(duì)水泵啟動(dòng)、停止的控制屬于開(kāi)關(guān)量信息的采集。此外，在PLC中提前設(shè)置水位的四個(gè)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(cè)電機(jī)的溫度；電機(jī)過(guò)載檢測(cè)通過(guò)所采集到的信號(hào)值大小判斷電機(jī)是否處于過(guò)載狀態(tài)。3）PLC控制的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)的控制核心部件為PLC，PLC通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)水位、溫度、壓力等參數(shù)的判斷，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)的動(dòng)作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括報(bào)警功能、水泵的啟�？刂颇�塊、與各個(gè)閥相對(duì)應(yīng)的控制模塊等。

2.3控制原理分析及軟件設(shè)計(jì)

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(shí)水位大于設(shè)置低水位的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)將根據(jù)電網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)值決定是否啟動(dòng)單臺(tái)水泵。當(dāng)用電處于峰值狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)不啟動(dòng)主排水泵；當(dāng)用電處于低谷狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)電機(jī)溫度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并啟動(dòng)射流泵使注水泵處于真空狀態(tài)，若各項(xiàng)參數(shù)均在范圍之內(nèi)，則啟動(dòng)1號(hào)水泵開(kāi)始排水。若此時(shí)水位大于高水位的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，并直接執(zhí)行單臺(tái)水泵啟動(dòng)程序，同時(shí)開(kāi)啟1號(hào)和2號(hào)水泵；當(dāng)水位大于超高水位的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)將直接調(diào)用單臺(tái)水泵的啟動(dòng)程序，并開(kāi)啟3號(hào)水泵，若經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后水位仍占大于超高水位，系統(tǒng)將啟動(dòng)4號(hào)水泵，當(dāng)水位低于超低水位的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)將先關(guān)閉出水閘閥，然后關(guān)閉水泵。

3結(jié)語(yǔ)

為解決傳統(tǒng)井下主排水系統(tǒng)控制不及時(shí)、控制項(xiàng)目單一的問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)井下主排水系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了對(duì)主排水泵的自動(dòng)化控制的同時(shí)，還豐富了控制項(xiàng)目（電網(wǎng)監(jiān)測(cè)、電機(jī)溫度監(jiān)測(cè)以及水位監(jiān)測(cè)等）。此外，經(jīng)實(shí)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(xiàn)

[1]陳更林，李明，張景松，等.煤礦主排水泵微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制[J].工礦自動(dòng)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