姚武江
(陽(yáng)煤一礦機(jī)電工區(qū)井下機(jī)電隊(duì), 山西 陽(yáng)泉 045000)
目前,多數(shù)井下排水系統(tǒng)仍然依賴于人工進(jìn)行啟停操作及數(shù)據(jù)記錄,不僅需要在井下泵房?jī)?nèi)安排專門的人員進(jìn)行不間斷值守而且在排水時(shí)需要工人按順序完成對(duì)水泵的操作,工作量大、控制效率低下,同時(shí)在排水控制時(shí)并沒(méi)有考慮到“避峰填谷”要求,造成了電能的極大浪費(fèi),因此迫切需要建立起一個(gè)高度集中化的井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下排水裝置的集中控制,實(shí)現(xiàn)井下泵房的無(wú)人化,提高排水系統(tǒng)的控制效率和控制靈活性[1]。
該新型煤礦井下自動(dòng)排水控制系統(tǒng)主要由用于對(duì)井下排水系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制的井下泵房和完成數(shù)據(jù)集中控制、分析、監(jiān)控的井上調(diào)度監(jiān)控中心構(gòu)成。
該自動(dòng)排水控制系統(tǒng)的控制模式主要包括遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和手動(dòng)控制模式。在遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式下,根據(jù)積水區(qū)域內(nèi)液位傳感器返回的水位實(shí)時(shí)情況,自動(dòng)判斷是否需要開啟水泵及需要開啟的水泵數(shù)量,在整個(gè)過(guò)程中PLC控制中心對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行信息監(jiān)測(cè)和控制;在手動(dòng)模式下,根據(jù)積水區(qū)域水位的變化情況,通過(guò)井下泵房控制臺(tái)上的開關(guān)對(duì)水泵進(jìn)行啟、??刂啤V蛋嗳藛T根據(jù)排水的流程,按照順序手動(dòng)控制相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行啟、停止[2]。
井下泵房的自動(dòng)控制原理如圖1所示,為了確保井下泵房排水控制系統(tǒng)在煤礦井下惡劣環(huán)境中工作的可靠性,其控制裝置采用可編程控制器PLC,并將PLC設(shè)置于泵房?jī)?nèi)的綜合防爆箱內(nèi),減少外界粉塵和潮濕空氣的影響。
圖1 井下泵房自動(dòng)控制系統(tǒng)
在煤礦井下泵房自動(dòng)控制系統(tǒng)中,由處于控制核心的中央控制單元PLC完成對(duì)該泵房控制范圍內(nèi)各排水裝置實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)的采集和狀態(tài)監(jiān)控,位于積水區(qū)域的液位傳感器將對(duì)積水區(qū)域的積水水位的變化進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè),并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后以開關(guān)量和模擬量的形式傳遞到PLC控制中心,位于各排水裝置上的電流、電壓傳感器、電機(jī)溫度傳感器等主要用于對(duì)排水裝置在工作時(shí)的電流、電壓和工作溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè),并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以模擬量信號(hào)的形式傳遞到PLC控制中心,系統(tǒng)中的流量計(jì)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排水系統(tǒng)的水流量,并將流量數(shù)據(jù)匯集到PLC控制中心進(jìn)行統(tǒng)一的匯總處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)排水控制單元內(nèi)各排水裝置運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制[3]。
為了實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)“避峰填谷”的工作方式,我們通過(guò)對(duì)排水裝置電機(jī)的工作方式進(jìn)行編程控制,當(dāng)PLC控制系統(tǒng)判定液位傳感器返回的積水變化情況后根據(jù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新情況,自動(dòng)控制各排水裝置的啟動(dòng)或者停止,并且會(huì)根據(jù)水位變化的快慢判定需要同時(shí)開啟的排水裝置的數(shù)量。在該控制系統(tǒng)中為了確保各排水裝置的工作壽命,其采用了“輪休”的控制模式,根據(jù)預(yù)設(shè)的控制程序合理控制各排水裝置的工作時(shí)間,優(yōu)化系統(tǒng)排水的方式,顯著地提高了排水裝置的使用壽命,同時(shí),系統(tǒng)也會(huì)根據(jù)煤礦井下用電的情況采用“避峰填谷”的工作原則,合理控制排水裝置的工作時(shí)間,提高電能利用效率減少電能的消耗。
在煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)中,利用PLC中央控制功能,并結(jié)合電氣控制設(shè)備及各類傳感器設(shè)備共同組成了自動(dòng)排水控制系統(tǒng),在該控制系統(tǒng)中最主要的是對(duì)水泵啟動(dòng)、停止過(guò)程的邏輯控制,其控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 井下泵房自動(dòng)排水控制過(guò)程
在控制啟動(dòng)時(shí),由PLC控制系統(tǒng)通過(guò)液位傳感器反饋的信號(hào)實(shí)時(shí)對(duì)積水區(qū)域的水位情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),在控制系統(tǒng)中設(shè)置有水位上限值,當(dāng)積水區(qū)域的水位達(dá)到設(shè)定值后,控制系統(tǒng)控制射流泵對(duì)水泵抽真空,此時(shí)積水區(qū)域內(nèi)的水會(huì)在外界大氣壓強(qiáng)的作用下壓入到離心泵內(nèi),當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到真空度達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值后,壓力傳感器向PLC控制系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)反饋信號(hào),然后PLC控制系統(tǒng)控制排水裝置的電機(jī)啟動(dòng),使出水口處的壓力增加,當(dāng)出水口處的壓力達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)定值,壓力傳感器向PLC控制中心發(fā)出一個(gè)反饋信號(hào)。
當(dāng)積水區(qū)域的水位下降到系統(tǒng)設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)發(fā)出停止的指令,關(guān)閉出水口處的電動(dòng)閘閥,防止停止后的水錘效應(yīng)損壞水泵,當(dāng)電動(dòng)閘閥徹底關(guān)閉后再控制水泵電機(jī)[4]。
為了確保各排水裝置能夠?qū)崿F(xiàn)輪換,延長(zhǎng)其使用壽命,在對(duì)該控制系統(tǒng)設(shè)置程序時(shí),為每個(gè)排水區(qū)域內(nèi)的n個(gè)水泵分配2個(gè)數(shù)據(jù)信息寄存器,其中一個(gè)寄存器用來(lái)記錄各水泵工作的次數(shù),另一個(gè)寄存器用來(lái)儲(chǔ)存各水泵的運(yùn)行時(shí)間,在PLC控制系統(tǒng)每次控制水泵開始工作時(shí)會(huì)首先對(duì)2個(gè)寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯換算,將各水泵的啟動(dòng)次數(shù)和運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行排序,使自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間最少的水泵進(jìn)行工作,在完成每次排水后,各寄存器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一次更新,并對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋處理,從而避免長(zhǎng)時(shí)間工作后寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)溢出,當(dāng)某個(gè)排水裝置出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警,并自動(dòng)切換到其他水泵繼續(xù)完成排水工作。
基于PLC控制的煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦井下各排水單元的集成控制,建立了“避峰填谷”的排水控制模式,克服了排水設(shè)備可調(diào)節(jié)性差、自動(dòng)化程度低、異常涌水等缺點(diǎn),極大地優(yōu)化了井下排水系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性,提高了其使用壽命。
[1]王云花,李大峰.基于PLC的礦井中央泵房自動(dòng)控制排水系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)電,2011(1):83-85.
[2]李訓(xùn)杰.MCGS組態(tài)軟件在供水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2005,18(2):51.
[3]于治福,李旭鳴,商德勇,等.基于PLC的煤礦主排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2010(1):24-26.
[4]溫國(guó)棟.基于ARM的煤礦自動(dòng)排水監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].西安:西安科技大學(xué),2009.