煤礦井下主排水泵控制系統(tǒng)研究

古勝利

（三門峽市觀音堂煤業(yè)有限公司，河南 義馬 472300）

我國是一個煤炭資源極其豐富的國家，煤礦行業(yè)作為我國繁榮穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)在長時間以來的發(fā)展下也獲得了長足的進步。目前我國大部分煤礦井下排水泵自動控制系統(tǒng)都是傳統(tǒng)的繼電器模式。傳統(tǒng)繼電器模式下的排水系統(tǒng)自動化程度較低，在遇到緊急突發(fā)事件時無法及時作出相應(yīng)的處理措施，難以滿足目前煤礦行業(yè)的發(fā)展需求。

一、PLC煤礦主排水泵自控系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)設(shè)計

（一）系統(tǒng)功能

基于PLC的煤礦主排水泵自控系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)滿足以下幾方面的功能需求。

1.系統(tǒng)控制

主白水泵自動控制系統(tǒng)應(yīng)包括手動控制、半自動控制和自動控制3種控制方式，其中，手動控制的實現(xiàn)是以控制箱為依托的，而排水泵水流的流通方式也同傳統(tǒng)的人工控制類似。半自動控制主要是在同時開啟多臺排水泵且進行人工選擇后，通過對PLC程序進行設(shè)定而實現(xiàn)的水泵啟?？刂品绞?。自動控制則無需人工參與，將排水泵的啟動和停止等相關(guān)功能全部交由PLC程序來完成，最終將礦井內(nèi)的水全部排出。

2.保護功能

保護功能要求主排水泵自控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對主排水泵故障的診斷，且能夠?qū)Πl(fā)電機的電流、電壓以及定子與軸承溫度進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的檢測值超出設(shè)定范，便會發(fā)出告警，提示操作人員停止進行排水泵的使用。

3.排水泵各類參數(shù)信息的實時顯示

借助人機交互界面將單臺主排水泵的流量以及排水管路的總流量等進行實時顯示，使系統(tǒng)監(jiān)控人員能夠及時了解排水泵的排水情況。

（二）結(jié)構(gòu)層次

基于PLC的煤礦主排水泵自動控制系統(tǒng)主要分為3個結(jié)構(gòu)層次，分別為地面監(jiān)控層以及PLC管控層和機械設(shè)備層

1.對地面監(jiān)控層進行設(shè)計

地面監(jiān)控層主要由電視監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控組態(tài)軟件以及工控機共同構(gòu)成，且各系統(tǒng)和設(shè)備主要以防爆型網(wǎng)絡(luò)攝像機和PLC（可編程邏輯控制器）輔以相應(yīng)長度的光纜進行連接。其中，PLC主要負責采集排水泵的各項運行參數(shù)；工控機主要負責對PLC及相關(guān)組件進行狀態(tài)檢測；組態(tài)軟件主要負責將PLC采集的水泵運行參數(shù)進行實時顯示和存儲，同時做好記錄。對于地面指揮中心的操作人員而言，其只需進行鼠標操作，便可實現(xiàn)對主排水泵不同泵組的控制。

2.對PLC管控層進行設(shè)計

PLC管控層是主排水泵自動控制系統(tǒng)的核心，主要由信號采集、數(shù)據(jù)交換設(shè)備以及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等共同構(gòu)成。對PLC在主排水泵自控系統(tǒng)中的應(yīng)用進行分析可知，其主要作用是對各類信號進行全面的處理和分析，且通過對參數(shù)進行記憶實現(xiàn)對相關(guān)故障的自診斷。此外，系統(tǒng)中的單片機還能夠準確判斷出礦井水位，從而對開啟水泵的數(shù)量及所開水泵的啟停狀態(tài)進行準確判斷，實現(xiàn)對主排水泵作業(yè)的自動化控制。

3.對系統(tǒng)的機械設(shè)備層進行設(shè)計

機械設(shè)備層主要由吸水管道、電機以及水泵、排水管道和管道閥門共同構(gòu)成。由于基于PLC的主排水泵自控系統(tǒng)大都是在原有系統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)上進行設(shè)計和實現(xiàn)的，因此，只需對部分設(shè)備做出相應(yīng)改動即可。需要說明的是，除了字排水、吸水管道、水泵和電機等方面進行相應(yīng)結(jié)構(gòu)變更使其滿足液面?zhèn)鞲衅骱蜏囟葌鞲衅鞯仍O(shè)備的安裝需求外，還應(yīng)以可控電動閥門替換原有的注水與排水閥門，并通過保留人工操作方式以確保系統(tǒng)發(fā)生故障時，主排水泵仍然能夠正常運行。

二、基于PLC的自動控制系統(tǒng)程序設(shè)計與應(yīng)用

（一）PLC程序設(shè)計

設(shè)計PLC程序首先對硬件模塊組態(tài)和軟件調(diào)試。生成網(wǎng)絡(luò)中的各個模塊，并對各模塊的數(shù)據(jù)進行設(shè)置，同時確定硬件模塊組態(tài)的輸入/輸出模塊(I/O模塊)地址，奠定良好的順序控制程序編制基礎(chǔ)。啟動PLC后應(yīng)進行初始化設(shè)置，在進行手動/自動控制設(shè)計，進入系統(tǒng)控制程序流程?？刂瞥绦蛄鞒逃伤畟}水位與運行狀態(tài)檢測、水泵機組啟停、故障診斷與報警和故障啟停等模塊構(gòu)成，整套控制程序流程。應(yīng)用STEP7軟件采取在線連接方式對下載編制好的程序進行調(diào)試，實現(xiàn)對程序運行狀態(tài)進行實時動態(tài)監(jiān)測、對數(shù)據(jù)強制更新和輸入/輸出信號的強制開/關(guān)等功能。

（二）組態(tài)軟件程序設(shè)計

組態(tài)軟件程序的設(shè)計是生成人機交互界面，便于開展實時動態(tài)監(jiān)測。應(yīng)用西門子的WINCC自動化監(jiān)控軟件設(shè)計程序，可生成標準化輸出/輸入域、棒圖、趨勢圖和矢量圖等，同時具有動態(tài)性能的屬性，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行的可視化監(jiān)控，通過人機交互界面顯示集成消息和故障診斷信息。水泵操作工只需通過設(shè)備顯示觸摸屏就可實現(xiàn)對系統(tǒng)的可視化控制。并通過光纜與地面上位機進行同步通信，達到遠程監(jiān)控的目的。

結(jié)束語

在煤礦礦井開采過程中時常會出現(xiàn)地下水涌現(xiàn)的狀況，為了保證礦井下工作人員的安全和煤礦挖掘工作的順利進行就需要使用排水泵將礦井內(nèi)的積水及時抽出。由此可見在煤礦開采過程中排水設(shè)備是不可或缺的，而實現(xiàn)煤礦排水泵的自動化控制管理是目前機械自動化進程的必然趨勢和煤礦開采生產(chǎn)的實際需求。因此對PLC技術(shù)下的煤礦主排水泵自動控制系統(tǒng)設(shè)計進行詳盡的分析與研究對于提高煤礦挖掘生產(chǎn)具有深刻的現(xiàn)實意義。