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）

引言

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]。

1 井下自動(dòng)排水控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

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?。值班人員根據(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]。

2 井下泵房自動(dòng)控制系統(tǒng)

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。

3 井下泵房自動(dòng)排水控制過(guò)程

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]。

4 排水裝置輪換制的實(shí)現(xiàn)方式

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。

5 結(jié)論

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.