礦井水泵自動化控制系統(tǒng)分析

摘要：對井下水泵的控制系統(tǒng)進行分析，并探討了排水系統(tǒng)的構(gòu)成，從硬件以及軟件等部分對井下水泵自動控制系統(tǒng)進行分析，并總結(jié)了該系統(tǒng)在井下的應用效果，結(jié)果表明，設計的基于PLC的水泵自動化控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、操作控制簡單，功能齊全等優(yōu)點，并可以降低井下工作人員勞動強度，提升礦井自動化水平。

關(guān)鍵詞：水泵；排水；控制系統(tǒng)；PLC

在井下煤炭進行回采的過程中，井下涌出的水需要利用水泵及時、高效率的排出到地面，以保證煤礦井下能夠安全的進行生產(chǎn)。水泵是整個井下排水系統(tǒng)的核心部件，若排水系統(tǒng)中的水泵出現(xiàn)故障則會給礦井排水工作造成嚴重影響，嚴重時可能會造成淹井事故，帶來嚴重的財產(chǎn)損失，因此，保證井下水泵系統(tǒng)的安全高效運行至關(guān)重要�；�于此，筆者在PLC的基礎上，對煤礦井下的水泵自動化控制系統(tǒng)進行設計研究，并對設計的系統(tǒng)進行了現(xiàn)場實驗，結(jié)果表明，系統(tǒng)可以高效平穩(wěn)的運行，保證了井下排水系統(tǒng)的安全，可靠。

1.控制系統(tǒng)分析

隨著科學技術(shù)的向前發(fā)現(xiàn)，PLC控制程序已經(jīng)替代了原有的繼電器控制方式，成為現(xiàn)階段直流使用方式，在對PLC系統(tǒng)進行開發(fā)時，需要選擇安全、可靠、能夠配備的電氣元件，并能夠適應井下復雜、惡劣的環(huán)境條件。嚴格按照礦山有關(guān)標準對元件進行選型，并在設計之初就應充分考慮到井下存在的各種難題，這樣才能使得系統(tǒng)可靠，穩(wěn)定。在對系統(tǒng)進行設計時，需要根據(jù)礦井的實際需求，完善采用的PLC硬件以及軟件，并能實現(xiàn)自動調(diào)整工作狀態(tài)的目的。在設計的系統(tǒng)中需要實現(xiàn)對水位的自動監(jiān)測。

2.井下排水系統(tǒng)組成

礦井井下中央水泵房中布置5臺離心泵，其中2臺水泵工作，2臺水泵備用，1臺水泵用作檢修，與井下的水泵房中水泵相連接的排水管路共有3條，每一臺水泵都與兩條排水管路進行連接，當一條排出管路出現(xiàn)故障時，另外一條排水管路可以及時的進行替換。井下水泵工作流程為：當井下水位超過一定高度時，與射流泵連接到一起的電磁閥開啟，此時射流泵開始向水泵中進行注水，離心水泵入口處的真空度壓力值達到設備啟動狀態(tài)的設定的閾值時，驅(qū)動水泵的電機開始啟動，當水泵出口處的壓力值達到設定值時，水泵出口的電動閥開啟，開始向排出管路中進行排水。當排水水泵停機時，需要先將出口處的電動閥進行關(guān)閉，最后再關(guān)閉水泵的電機。

3.系統(tǒng)運行特點

當系統(tǒng)中的組成部件（水泵、閥門或者排水管路）出現(xiàn)故障時，自動控制系統(tǒng)會發(fā)出報警信號，同時自動向系統(tǒng)切換至另外不受到影響的管路。同時設計的系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動的錯開用電高峰期，在用電的低谷段以及平段內(nèi)運行，水泵運行后將水倉內(nèi)的水通過排水系統(tǒng)排出后，當水位下降到設計時的低位時，水倉可以騰出較大的空間，這樣可以盡量做到避開井下用電的高峰段，同時也可以節(jié)省一定的電量。設計的自動控制系統(tǒng)具有手動控制，半手動控制以及全自動控制等三種控制方式，當對設備進行檢修或者進行試車時可以采用手動控制方式，通過設置在水泵房中的控制柜來實現(xiàn)對系統(tǒng)進行手動控制；選擇半自動控制方式時，井下的工作人員選擇哪幾臺水泵處于工作狀態(tài)，并由PLC控制器來選擇設備的開啟或者關(guān)閉。選擇全自動控制方式時，PLC控制系統(tǒng)可以接收到井下布置的各種傳感器的信息，并通過預先設定的程序完成對水泵的自動控制運行，這個過程不需要人工進行參與。在系統(tǒng)中布置的上位機采用的是動態(tài)軟件，以便達到對水泵及附屬的其他設備的監(jiān)控作用，對井下水倉內(nèi)的水位，排水系統(tǒng)中的流量、壓力、軸承溫度、驅(qū)動裝置的電流、電壓等參數(shù)進行顯現(xiàn)，并提供各類信息的存儲，故障提升以及事故報警等功能，同時還可以實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)報表的打印，歷史數(shù)據(jù)的查詢，報表的統(tǒng)計工作等。

4.系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)的PLC采用西門子生產(chǎn)的S7-300系列，CPU模塊是314，選用PS307電池模塊，選用4塊型號為SM321的數(shù)字量輸入模塊；1塊16×220v，AC的繼電器，1塊32×24v，DC開關(guān)模塊，5塊型號為SM331的模擬量輸入模塊；通信信息處理模塊1塊，型號為CP340。在井下水泵房內(nèi)安裝各種類似的傳感器，達到對設備運行狀態(tài)的實時在線監(jiān)控，水泵房內(nèi)的5臺水泵均配備YD2010型智能電力參數(shù)監(jiān)控設備，對電機的電量參數(shù)進行監(jiān)控，相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC控制器中，控制器的CPU對輸入數(shù)據(jù)進行計算，并綜合判斷。井下水倉水位傳感器采用的是型號為CYB31的液位變送傳感器；對水泵壓力進行測量的是壓力變送器型號為CYA602；采用ZDY-I型真空計對真空度進行測量，該型號的真空計穩(wěn)定性好，測量精度高，響應速度快，并可以在井下的復雜環(huán)境中應用。對電機軸承溫度進行測量的溫度傳感器采型號為WZPD。

5.系統(tǒng)軟件設計

（1）系統(tǒng)軟件的操控方式如圖1所示。（2）井下水泵房設備的自動開啟與關(guān)停。通過對啟動井下水泵數(shù)量程序，以及水泵工作模式輪換程度，就可以知道井下正在運轉(zhuǎn)，處于工作狀態(tài)的是具體哪個編號的水泵，并自動對水泵的工作狀態(tài)進行檢查，當滿足水泵開機條件時，系統(tǒng)自動開啟水泵運行。并避開井下用電的高峰時段，選擇用電平穩(wěn)或者底谷段，為了節(jié)省設備用電，在井下用電高峰結(jié)束前只需要保持井下水位不超過設計的最高水位值即可。（3）工作狀態(tài)自動切換。在井下水泵房中每個水泵中都安裝兩個數(shù)據(jù)存儲設備，用以對設備的運行時間以及設備的運行次數(shù)進行記錄，當啟動井下水泵時，系統(tǒng)會根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)自動判斷運行時間最短且穩(wěn)定性最高的水泵進行工作，當兩臺水泵的工作時間比較接近時，且工作時間都是最少的，系統(tǒng)會根據(jù)水泵的運送次數(shù)進行判斷，選擇運行次數(shù)最少的水泵作為優(yōu)先啟動的設備。當系統(tǒng)中的某臺水泵啟動時，系統(tǒng)會根據(jù)與水泵相連的兩條管路中運行工作最短的一條，若兩條管路運行時間較為接近，則選擇運行次數(shù)最少的管路。

6.總結(jié)

在煤礦井下采用設計的自動控制系統(tǒng)，運行結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有操作控制簡單，功能齊全，維修管理較為簡便的特點，系統(tǒng)能夠保持長時間的平穩(wěn)穩(wěn)定。與以往采用的系統(tǒng)相比，能節(jié)省大量的人力，降低井下工作人員的勞動強度，并提高了礦井的自動化水平。

參考文獻

[1]張耀軍.礦井主排水泵自動化控制系統(tǒng)的研究思路探索[J].硅谷,2014,7(17):61+77.

作者：杜勇威 單位：山西焦煤西山煤電東曲礦