煤礦井下主排水泵節(jié)能與控制系統(tǒng)分析

陳瑞紅 宋奧

（山西中煤潘家窯煤業(yè)有限公司，山西朔州 036000）

煤礦井下主排水泵節(jié)能與控制系統(tǒng)分析

陳瑞紅 宋奧

（山西中煤潘家窯煤業(yè)有限公司，山西朔州 036000）

在煤礦生產(chǎn)中，井下排水泵系統(tǒng)的控制至關(guān)重要。而使用煤礦井下主排水泵節(jié)能與控制系統(tǒng)，不僅可以實現(xiàn)對井下排水泵的自動控制，還可以實現(xiàn)一定節(jié)能管理效果。在進行煤礦井下開采時，需要及時將井下的積水抽出，從而確保井下工作人員的安全。因此，本文對煤礦井下主排水泵節(jié)能與控制系統(tǒng)進行了分析，以便為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

煤礦井下 主排水泵 節(jié)能控制系統(tǒng)

實現(xiàn)煤礦排水泵的自動化控制與管理，則可以進一步確保系統(tǒng)水倉積水的及時排出，并實現(xiàn)對水泵的節(jié)能管理，繼而滿足煤礦企業(yè)的生產(chǎn)需求。因此，對煤礦井下主排水泵節(jié)能與控制系統(tǒng)進行分析，對實現(xiàn)煤礦的自動化安全生產(chǎn)具有一定的意義。

1　系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)分析

1.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

主排水泵節(jié)能與控制系統(tǒng)的設(shè)計是為了實現(xiàn)煤礦井下的無人操作，并完成對井下水位的實時監(jiān)測，繼而使水泵運行更加安全和可靠。同時，為了使水泵的運行得到優(yōu)化，系統(tǒng)還選取了適合的工作策略，以便實現(xiàn)對水泵的節(jié)能優(yōu)化，繼而有效降低水泵運行成本。從系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成上來看，系統(tǒng)主要由CPU模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、通訊模塊和上位機監(jiān)控中心組成。相較于傳統(tǒng)排水系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以完成對各個部分的排水情況的監(jiān)測，并實現(xiàn)煤礦井下的自動化排水。在無人操作的情況下，該系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場情況完成排水控制方案的選擇，并為上位機監(jiān)控中心提供相關(guān)資料。在系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)中，模擬量輸入模塊需要完成對水位、入水口真空度和排水管流量等多項內(nèi)容的信息采集，數(shù)字量輸入模塊要完成對電動閘閥和電動球閥的開關(guān)狀態(tài)和水泵啟停信號等多種信號的采集［1］。而數(shù)字量輸出模塊則要完成對水泵啟停信號、電機過溫保護信號和故障報警信號的輸出，上位機監(jiān)控中心則可以幫助工作人員在井下完成對系統(tǒng)工作的控制，并顯示出系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作參數(shù)。

1.2系統(tǒng)裝置的選擇

在裝置選擇方面，系統(tǒng)的可編程控制模塊將可編程控制器當做是中心控制器。在該控制器中，編程語言為通用語言，本身含有循環(huán)控制指令和數(shù)據(jù)處理指令，并且具有PLC基本控制功能。此外，該類控制器還具有成本低、通信功能強和編程軟件易用的特點。而在系統(tǒng)的傳感器裝置的選擇上，不同部位的檢測裝置的選擇不盡相同。首先，在液位測量方面，系統(tǒng)使用的是投入式液位傳感器，而該傳感器可以完成對水倉水位變化的實時監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，系統(tǒng)則可以實現(xiàn)高水位起泵和低水位停泵。而為了實現(xiàn)對水位的精準測量，系統(tǒng)則通過PLC完成了“避峰就谷”的優(yōu)化控制。其次，在溫度檢測方面，系統(tǒng)選用了溫度采集模塊9018，可以配合水泵、電機預(yù)埋的溫度電阻測量［2］。再者，在水管流量檢測方面，系統(tǒng)使用了超聲波流量計。利用該裝置，系統(tǒng)可以完成對主排水管路流量的實時監(jiān)測，并根據(jù)流量情況判斷管路是否出現(xiàn)故障。在流量過低時，該裝置還可以實現(xiàn)自動報警。此外，在真空度檢測方面，系統(tǒng)使用了正、負壓力傳感器。其中，正壓傳感器可以完成對水泵內(nèi)部壓力的監(jiān)測。在壓力達到設(shè)定值時，系統(tǒng)將自動打開出口閘閥排水。在壓力低于設(shè)定值時，系統(tǒng)則能實現(xiàn)自動停泵。而負壓力傳感器主要用來監(jiān)測管路的真空度。只有在真空度達到設(shè)定值時，系統(tǒng)才能夠啟動水泵電機。

2　系統(tǒng)的軟件分析

2.1整體框圖分析

在煤礦井下主排水泵節(jié)能與控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的軟件設(shè)計包含了主程序、系統(tǒng)保護子程序、水泵自動輪換子程序、三種工作方式切換子程序、水泵啟動子程序和“避峰填谷”子程序。其中，主程序主要負責協(xié)調(diào)各子模塊的運行，并需要完成對各個中斷的管理，繼而使系統(tǒng)正常運行。保護子程序是為了實現(xiàn)對電機流量、水泵、系統(tǒng)壓力的保護，切換子程序是為了使水泵能夠自動完成工作方式的切換，輪換子程序則是負責使水泵和管路的使用率得到均勻分布。此外，所謂的“避峰填谷”子程序，其實就是系統(tǒng)通過控制水泵工作時間使水泵盡量在用電“谷段”工作，而并非是在用電高峰期工作。

2.2軟件設(shè)計的實現(xiàn)

在實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計時，系統(tǒng)的節(jié)能控制效果也將得到體現(xiàn)。首先，在實現(xiàn)水泵的“避峰就谷”控制時，系統(tǒng)將通過檢測水位和分析水位上升速度了解煤礦井下的涌水速度變化情況。而為了節(jié)約電能損耗，從而實現(xiàn)“避峰就谷”，則需要在確保安全的前提下采取合適的控制策略完成對水位實時變化的控制。具體來講，就是使每次排水后的水位降到1點以下［3］。其次，為了實現(xiàn)配水管路和水泵的輪換工作，需要為每一個水泵配備兩個數(shù)據(jù)寄存器，并分別完成對水泵運行時間和次數(shù)的存儲。在系統(tǒng)進行水泵的自啟動時，則需要選擇運行時間最少的水泵。而遇到運行時間相近的兩臺水泵，系統(tǒng)則需要選擇運行次數(shù)少的水泵。而這樣一來，不僅可以減少水泵的運行時間，還可以使所有水泵設(shè)備得到合理利用，繼而實現(xiàn)節(jié)能控制的目的。再者，在水泵控制方式的切換方面，系統(tǒng)設(shè)計的三種控制方式為自動、半自動和手動。在系統(tǒng)啟動后，需要先確認PLC有無故障。一旦發(fā)現(xiàn)故障，則需要手動完成水泵的操作。在沒有故障的情況下，操作人員則可以根據(jù)需要完成操作方式的選擇。此外，在故障監(jiān)測和設(shè)備保護方面，煤礦井下主排水泵節(jié)能與控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)水泵過壓、過流、漏電、漏水保護和電機的超溫、壓力和流量保護。而為了實現(xiàn)這一功能，PLC則將完成對每個對應(yīng)物理量的傳感器信號和模塊數(shù)據(jù)的采集，并通過濾波和干擾處理完成對物理量的分析。最后，根據(jù)系統(tǒng)的運行邏輯和實際需求，則可以采取不同的保護動作。

3　結(jié)語

總而言之，煤礦井下主排水泵節(jié)能與控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以使煤礦排水系統(tǒng)的設(shè)備自動化程度不高和節(jié)能減排效果不好的問題得到解決。而想要較好的完成對該系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)，則需要合理完成系統(tǒng)裝置的選擇，并注重系統(tǒng)軟件設(shè)計的整體性。因此，本文對煤礦井下主排水泵節(jié)能與控制系統(tǒng)進行的分析，對促進該系統(tǒng)的應(yīng)用推廣具有一定的意義。

［1］趙利起.煤礦井下主排水泵自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用與研究［J］.機械工程與自動化，2011，03：151-152.

［2］胡萍，方章英.煤礦井下主排水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造［J］.煤炭技術(shù)，2014，10：209-211.

［3］馬世登，羅先錄，杜作陽.煤礦井下主排水泵計算機監(jiān)控系統(tǒng)的PLC實行及應(yīng)用［J］.煤炭技術(shù)，2012，09：132-133.