基于PLC的自動控制系統(tǒng)在煤礦排水中的應用

王 勇

（棗礦集團機電運輸處，山東 棗莊277000）

1 前言

煤礦是我國經濟發(fā)展的支柱產業(yè)，與之并存的是煤礦安全的管理。煤礦井下排水系統(tǒng)作為煤礦生產的六大系統(tǒng)之一，擔負著井下排水的重要任務。如果排水不及時，會造成礦井水災，從而引發(fā)煤礦安全事故。礦井排水方式有兩種：繼電器控制排水和PLC控制排水。繼電器控制排水可靠性差、人工勞動強度大。目前，煤礦井下排水大多還停留在人工手動控制排水，自動化程度不高，針對這一問題，設計了PLC控制的煤礦井下自動排水系統(tǒng)［1-3］。采用PLC和組態(tài)軟件設計的排水自動控制系統(tǒng)，可以節(jié)省能耗，降低成本，提高檢測、安全和保護功能，同時加速了煤礦自動化技術的發(fā)展［4-5］。

2 自動排水控制系統(tǒng)

2.1 設計方案

煤礦井下排水系統(tǒng)對水泵加以控制的核心是PLC，通過PLC控制排水泵，自動完成開、停泵順序，人員只需通過監(jiān)測系統(tǒng)對設備運行情況進行監(jiān)控［6］。系統(tǒng)具有保護和故障自診斷功能，可以對供電電壓、電機電流、電機軸承溫度及水流壓力進行實時監(jiān)測。當參數(shù)出現(xiàn)異常時，PLC會及時發(fā)出報警信息，停止故障水泵的運行；系統(tǒng)具有對參數(shù)信息實時顯示功能，水泵真空度、運行水泵數(shù)目、排水流量、排水壓力、設備溫度等參數(shù)信息都可以通過人機界面進行實時顯示［7］。主排水管道整個系統(tǒng)采用4臺主排水泵，平時1臺主排水泵工作，2臺主排水泵備用，1臺主排水泵處于檢修狀態(tài)。遠程控制系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 煤礦排水遠程控制系統(tǒng)結構

2.2 排水泵控制系統(tǒng)的硬件設計

1）排水系統(tǒng)的硬件結構。為滿足設計要求，系統(tǒng)的控制部分硬件是以S7-300可編程控制器為核心的控制芯片，還有傳感器、轉換器及輸入輸出接口電路等。排水系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2 排水系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結構

2）排水系統(tǒng)的信號采集。排水系統(tǒng)的信號采集包括模擬量信號采集和數(shù)字量信號采集。信號采集工作主要通過傳感器來完成，主要包括井下水倉液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等。液位傳感器可以實現(xiàn)對水位的實時監(jiān)控，將得到的水位連續(xù)信號與模擬輸入模塊連接，再傳給PLC控制系統(tǒng)，在界面上實時顯示水位的監(jiān)測情況。溫度傳感器分別對水泵軸溫和電動機的溫度進行監(jiān)測。壓力傳感器用來對管道中的氣體和液體的壓力進行連續(xù)監(jiān)測，并實時顯示被測點的差壓值。

3）PLC控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、電控設備、信號收集裝置等共同組成了PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)通過收集到的各種信號和數(shù)據(jù)信息來判斷相關設備的閥位是否處于正常狀態(tài)，各個監(jiān)測點的溫度是否超過預設值，負載信號和壓力信號是否正常，即對信號處理并進行邏輯判斷，然后對故障進行診斷。在確定各項指標均處于正常情況時，即可啟動水泵。

2.3 排水泵控制系統(tǒng)的軟件設計及工作原理

1）PLC程序設計。PLC程序采用西門子生產的S7-300標準軟件，應用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表來編制程序。編制程序時，首先對硬件參數(shù)進行設定。整個程序包括水位信息監(jiān)測、啟動水泵、參數(shù)檢測、故障報警、水泵故障停止等。排水泵控制系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 排水泵控制系統(tǒng)流程

2）組態(tài)軟件程序設計。組態(tài)軟件在PLC主排水泵控制系統(tǒng)中的應用能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的自動監(jiān)控。借助組態(tài)軟件編程，可以生成人機交互界面，顯示控制畫面、參數(shù)顯示信息、故障報警記錄等信息。操作人員要想對系統(tǒng)進行控制，只需要通過觸摸屏即可實現(xiàn)，并且將相關的檢測參數(shù)顯示出來。

3 結語

通過對程序進行合理設計，實現(xiàn)了對水位的自動監(jiān)測，同時使系統(tǒng)具有自動診斷功能，并且通過觸摸屏實現(xiàn)了遠程監(jiān)控、泵房自動控制、水泵輪流切換、報警及檢測功能，設備安全可靠運行，減少了人力投入，提高了工作效率。該系統(tǒng)對于預防井下水災事故，保障煤礦安全生產具有重要意義。