礦山水泵自動(dòng)排水控制系統(tǒng)研究

張國勇，沈 印

(1.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 瀘州 646005;2.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 瀘州 646005)

礦山水泵自動(dòng)排水控制系統(tǒng)研究

張國勇1，沈 印2

(1.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 瀘州 646005;2.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 瀘州 646005)

隨著礦山行業(yè)的不斷發(fā)展，國家越來越重視礦山的安全和生產(chǎn)，同時(shí)，PLC技術(shù)的迅猛發(fā)展并逐步取代傳統(tǒng)繼電器控制，開始廣泛應(yīng)用于礦山自動(dòng)化控制領(lǐng)域。本文對礦山水泵自動(dòng)排水系統(tǒng)較好的運(yùn)用PLC技術(shù)和太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，大大提高工作效率以及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

可編程控制器;監(jiān)控主機(jī);系統(tǒng)儀表;顯示控制臺(tái)

引言

PLC自動(dòng)排水系統(tǒng)簡述：井下原有1口主水井和1口副水井，兩個(gè)水井下面相互貫通，每個(gè)水井中配備兩臺(tái)潛水泵，2趟排水管路。即4臺(tái)水泵均配備獨(dú)立的4趟排水管路。由于兩口水井底部相互貫通，泵房有三臺(tái)水泵，一臺(tái)為運(yùn)行，另外兩臺(tái)為備用，正常涌水時(shí)，主水井中1臺(tái)水泵工作，1臺(tái)備用。當(dāng)1臺(tái)水泵在工作時(shí)，仍不能滿足排水要求而使水井水位超高限時(shí)，PLC自動(dòng)控制啟動(dòng)另一臺(tái)備用水泵。此時(shí)如果仍然不能滿足排水要求，PLC自動(dòng)控制啟動(dòng)副井中的水泵。當(dāng)水井水位下降到最低水位時(shí)，PLC自動(dòng)控制水泵停止運(yùn)行。各水井及水泵運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)檢測，動(dòng)態(tài)顯示，并將數(shù)據(jù)傳送到地面生產(chǎn)調(diào)度中心，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測及報(bào)警顯示。

1.PLC自動(dòng)排水控制系統(tǒng)系統(tǒng)介紹

井下主排水集控系統(tǒng)是煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)對主排水泵及其附屬的抽真空系統(tǒng)與管道電動(dòng)閥門等裝置實(shí)施了PLC自動(dòng)控制及運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)檢測，動(dòng)態(tài)顯示，并將數(shù)據(jù)傳送到地面生產(chǎn)調(diào)度中心，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測及報(bào)警顯示。

2.PLC排水自動(dòng)控制系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)組成

PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由以下設(shè)備組成：

1.KXJ0.25/660/380/127礦用隔爆兼本安型可編程控制器：西門子S7 300 PLC核心，支持模塊化結(jié)構(gòu)，工業(yè)以太網(wǎng)接口(100M)，現(xiàn)場總線 DP接口(12M)、梯形圖編程語言，遠(yuǎn)程/就地編程，相比較單片機(jī)分站系統(tǒng)，系統(tǒng)造價(jià)較高，但是設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，通用性(支持各種傳感器的介接入)是單片機(jī)分站不可比擬的。

2.KXH0.4/18顯示控制臺(tái)：礦用隔爆兼本安型可編程控制器通信，作為系統(tǒng)就地顯示、控制、程序和參數(shù)修改平臺(tái)。

3.監(jiān)控主機(jī)：IFix4.0組態(tài)開發(fā)平臺(tái)、強(qiáng)大的過程數(shù)據(jù)庫(數(shù)據(jù)交換及發(fā)布)、人性化的操作界面、簡潔美觀且易于修改圖符和系統(tǒng)維護(hù)。

4.就地控制箱：實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地開停、集控/就地轉(zhuǎn)換。

5.系統(tǒng)儀表：系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)依托礦井工業(yè)以太網(wǎng)作為通信基礎(chǔ)，上下位機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳，控制指令下達(dá)、控制程序的修改下載;

結(jié)合圖2、圖5、圖6可以看出，沉管周圍尤其底板處海床循環(huán)剪應(yīng)力比較大，這也解釋了沉管近、遠(yuǎn)場海床液化發(fā)展規(guī)律的差異。

如系統(tǒng)采用多臺(tái)控制分站，監(jiān)控分站之間及就地顯示控制箱通過Profibus－DP總線方式通信。

3.礦山排水系統(tǒng)實(shí)施

系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)主要有：水倉水位、電機(jī)工作電流、電機(jī)工作電壓、水泵軸溫、電機(jī)溫度、排水管流量、水泵高壓啟動(dòng)電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動(dòng)閥的工作狀態(tài)與開關(guān)位置、真空泵工作狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力、系統(tǒng)集控/就地/檢修/工作模式。

系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)主要有：主排水泵電機(jī)的開停，真空泵電機(jī)開停，電動(dòng)閘閥的打開與閉合。

實(shí)施過程控制系統(tǒng)中電動(dòng)閘閥和真空泵的配電控制回路;各臺(tái)排水泵及所對應(yīng)的電動(dòng)閘閥的配電控制回路應(yīng)相互獨(dú)立。

井下中央變電所內(nèi)的低壓組合開關(guān)，為電動(dòng)閘閥以及真空泵配電、在每臺(tái)主水泵前放置1臺(tái)控制箱，控制對應(yīng)的主水泵以及配套的電動(dòng)閘閥的運(yùn)行;在真空泵附近放置控制箱，控制真空泵的運(yùn)行。

系統(tǒng)控制柜采用防爆型配以本安操作箱，實(shí)現(xiàn)對水泵的自動(dòng)控制，就地設(shè)防爆緊停按鈕(非自復(fù)位)。

在水倉分別設(shè)水位傳感器，以監(jiān)測水倉水位。

4.排水自動(dòng)控制系統(tǒng)功能

4.1 自動(dòng)控制功能

系統(tǒng)根據(jù)工況設(shè)定，以及時(shí)間、水位、煤礦用電負(fù)荷等參數(shù)自動(dòng)開啟、停止水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)、并能實(shí)現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖起動(dòng)，對運(yùn)行中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，通過接口向上傳送數(shù)據(jù)。

每臺(tái)水泵設(shè)置運(yùn)行、備用和檢修三種工作方式，該方式可以在本機(jī)上設(shè)定或地面主機(jī)設(shè)定。當(dāng)水位達(dá)到高位或不在高位而處在用電低谷時(shí)間內(nèi)，將自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行泵。當(dāng)水位達(dá)到高位或不在高位而處在用電高峰時(shí)間時(shí)自動(dòng)停泵。當(dāng)水位到上限水位時(shí)，自動(dòng)”運(yùn)行泵“及備用泵”，直到水位低于高位時(shí)停止“備用泵”只運(yùn)行“運(yùn)行泵”，當(dāng)達(dá)到低于或不在高位而處于用電高峰時(shí)間內(nèi)時(shí)自動(dòng)停泵。

4.2 手動(dòng)控制功能

根據(jù)實(shí)際需要也可以從自動(dòng)控制方式切換到手動(dòng)控制方式。系統(tǒng)采用手動(dòng)操作時(shí)，由工作人員根據(jù)生產(chǎn)需要以及設(shè)備狀況操作控制箱上的按鈕完成設(shè)備的啟動(dòng)、停止。

4.3 單機(jī)自動(dòng)控制

地面監(jiān)控主機(jī)將工作方式切轉(zhuǎn)到單機(jī)自動(dòng)時(shí)，可在地面監(jiān)控主機(jī)上單獨(dú)控制系統(tǒng)中的設(shè)備。此時(shí)各分站仍處于自動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)保護(hù)信號(hào)動(dòng)作時(shí)仍報(bào)警停機(jī)。

4.4 就地緊停功能

不論在何種控制方式下，均可在通過緊停按鈕來停止運(yùn)行該設(shè)備。

總結(jié)：本自動(dòng)控制系統(tǒng)較好的運(yùn)用了PLC技術(shù)和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，在排水過程中，能自動(dòng)的根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自動(dòng)排水，不僅省時(shí)省力，更節(jié)約了企業(yè)的生產(chǎn)成本，應(yīng)該說井下自動(dòng)排水是越來越多的礦類企業(yè)首先的排水方式。

［1］《安全生產(chǎn)、勞動(dòng)保護(hù)政策法規(guī)系列專輯》編委會(huì).煤礦安全規(guī)程［M］.北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2003

［2］中國冶金建設(shè)協(xié)會(huì)編.工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范.GB 50115－2009［M］.北京：人民出版社，2010

［3］人力資源和社會(huì)保障部教材辦公室組織編.煤礦供電［M］.北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2009

Mine Drainage Pump Automatic Control System Research

ZHANG Guo－yong1，SHEN Yin2

(1.Sichuan College of Chemical Technology，Luzhou 646005，China;2.Sichuan College of Chemical Technology，Luzhou 646005，China)

Along with the development of the mining industry，countries pay more and more attention to the mine safety and production，and at the same time，the PLC technology is rapidly developingt，and gradually replacing traditional relay control，are widely used in mine automation control fields.Mine draignge pump automatic control system adopts PLC technology and Ethernet network interface technology can greatly enhance efficiency of laborers and the economic efficiency of enterprises.

PLC(programmable logic controller);monitoring host;systematic meter;display console

TD442+.2 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

1671－3974(2011)04－0053－02

2011－09－06

張國勇(1981年－)，男，工學(xué)學(xué)士，四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，主要從事機(jī)電領(lǐng)域科研與教學(xué)工作。