鄭華華

（陽煤集團(tuán)一礦機(jī)電工區(qū)， 山西 陽泉 045008）

引言

傳統(tǒng)的煤礦通常依靠人為操控水泵的運行及關(guān)閉來完成井下排水任務(wù)，這種方式存在效率低、耗能大、水泵啟停不及時等問題，且操作過程復(fù)雜，人工勞動強(qiáng)度大[1]；而國內(nèi)現(xiàn)有的自動化排水系統(tǒng)，排水參數(shù)檢測精度低，排水過程中無法實現(xiàn)對水泵的科學(xué)調(diào)度[2-3]，同時在監(jiān)測過程中未能充分利用手機(jī)等智能便攜設(shè)備的通信優(yōu)點，在遠(yuǎn)程監(jiān)控排水系統(tǒng)方面仍有較大提升空間。因此本文針對目前排水系統(tǒng)存在的問題，提出了一種基于PLC的煤礦自動化排水控制系統(tǒng)，可遠(yuǎn)程操控水泵的自動運轉(zhuǎn)并實現(xiàn)水泵的科學(xué)調(diào)度。

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

自動化排水控制系統(tǒng)主要由四部分組成，即地面監(jiān)控中心、蓄水池監(jiān)測分站、工業(yè)以太網(wǎng)與井下泵房監(jiān)控單元，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。井下泵房監(jiān)控單元作為排水控制系統(tǒng)的核心，由井下監(jiān)控主站、傳感器和信號接收裝置等構(gòu)成。井下監(jiān)控主站以西門子S7-300系列PLC作為核心控制部件，負(fù)責(zé)井下涌水量、水倉容積、水位變化率、電壓、電流等參數(shù)的接收、處理與控制，同時利用以太網(wǎng)將井下數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī)。其中，為保證較高的水位檢測精度，系統(tǒng)采用了投入式液位傳感器和超聲波液位計來完成水位的檢測。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1.2 系統(tǒng)硬件連接

硬件部分主要包括PLC模塊、上位機(jī)、傳感器、電機(jī)及閥門等電動設(shè)備，硬件連接如圖2所示：

圖2 硬件連接圖

1）PLC模塊處理單元，作為系統(tǒng)的核心組件，具備數(shù)據(jù)運算、存儲、處理功能，依據(jù)運算結(jié)果，完成水泵的運行和關(guān)閉。

2）高壓柜綜保模塊單元，對電機(jī)的電壓、電流等運行參數(shù)進(jìn)行收集，并通過通訊接口將運行參數(shù)傳遞至PLC處理模塊，實現(xiàn)對電機(jī)的故障保護(hù)。

3）執(zhí)行部分，由就地控制箱、閥門控制柜和系統(tǒng)控制柜組成，具有操控放水閘閥、配水閥、電動球閥等設(shè)備運行的功能。

4）監(jiān)測部分，包括監(jiān)測設(shè)備和開關(guān)量信號等，開關(guān)量信號是由放水閘閥、配水閥以及電動球閥等設(shè)備提供。

5）上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，具有操作記錄、故障報警、信息查詢等功能，將排水系統(tǒng)中水泵、電動球閥、放水閘閥等設(shè)備的運行及井下排水情況進(jìn)行直觀的顯示，也是工作人員操控排水系統(tǒng)的平臺。

2 控制系統(tǒng)功能

2.1 兩種控制方式

控制系統(tǒng)分為就地、遠(yuǎn)程兩種控制方式。就地控制包括手動和自動兩種工作方式，手動工作方式下，水泵系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的運行和關(guān)閉由井下泵房的人員通過就地操作臺上的相應(yīng)按鈕進(jìn)行操作；自動工作方式下，通過操作臺上的啟動或關(guān)閉按鈕，水泵系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備按照設(shè)定好的PLC程序進(jìn)行運行或關(guān)閉。遠(yuǎn)程控制流程如圖3所示，包括手動、半自動、全自動三種運行方式，該方式下水泵系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的運行和關(guān)閉由地面監(jiān)控中心控制，工作人員可實時監(jiān)測設(shè)備運行中的各種參數(shù)。

圖3 遠(yuǎn)程控制原理流程圖

2.2 數(shù)據(jù)采集與展示

上位機(jī)監(jiān)控畫面可以直觀地顯示排水系統(tǒng)中水泵、電動球閥、放水閘閥等設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，同時以動畫的形式模擬水倉水位、管路水流的運行情況。當(dāng)系統(tǒng)運行發(fā)生故障時，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出故障報警信息并將故障情況進(jìn)行自動存檔。還可以分別統(tǒng)計排水系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的運行時間和用電量等信息。

2.3 智能控制

為達(dá)到減少煤礦電費支出的目的，該系統(tǒng)通過建立合適的數(shù)學(xué)模型獲得了更準(zhǔn)確的涌水量數(shù)值，依據(jù)“避峰就谷”原則，對水泵實行科學(xué)調(diào)度，合理安排水泵的運行和關(guān)閉，減少電網(wǎng)高峰期下的煤礦排水系統(tǒng)用電量。

2.4 保護(hù)功能

為減少排水過程中相關(guān)設(shè)備的損壞率，該系統(tǒng)設(shè)有真空度監(jiān)測保護(hù)、PLC故障保護(hù)、電機(jī)參數(shù)保護(hù)、電流電壓保護(hù)與超溫保護(hù)等功能。當(dāng)排水系統(tǒng)發(fā)生故障時，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及煤礦井下現(xiàn)場發(fā)出故障報警信息，工作人員依據(jù)報警故障信息可快速找出故障源，及時進(jìn)行故障的處理。

3 手機(jī)監(jiān)控端系統(tǒng)

該系統(tǒng)利用手機(jī)等智能便攜設(shè)備的通信優(yōu)點，在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方面增設(shè)了手機(jī)監(jiān)控端系統(tǒng)。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器中設(shè)置數(shù)據(jù)庫，排水系統(tǒng)中井下水位、電壓、電流等參數(shù)通過組態(tài)軟件傳遞到數(shù)據(jù)庫中；手機(jī)客戶端以輪詢的方式讀取數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)排水參數(shù)，并將這些參數(shù)與安全值進(jìn)行比對，如果在規(guī)定的時間內(nèi)存在較大差值，則該客戶端就會以手機(jī)振動的形式通知工作人員有潛在故障發(fā)生[4]。手機(jī)監(jiān)控端系統(tǒng)實現(xiàn)了井下排水參數(shù)易于監(jiān)測及快速傳遞等功能。

4 結(jié)論

本文設(shè)計的使用S7-300PLC作為井下控制核心的一種自動化排水控制系統(tǒng)，通過實時監(jiān)測最大涌水量、水倉容積、水位變化率、電流、電壓等參數(shù)，可遠(yuǎn)程操控水泵的自動運轉(zhuǎn)并實現(xiàn)水泵的科學(xué)調(diào)度，同時增設(shè)手機(jī)監(jiān)控端系統(tǒng)，解決井下排水參數(shù)監(jiān)控與傳遞過程中受時間和地點的限制問題，實現(xiàn)排水參數(shù)易于監(jiān)控和快速傳遞等功能。該系統(tǒng)安全穩(wěn)定、便于操作，在保證煤礦安全生產(chǎn)的前提下，提升了煤礦排水系統(tǒng)的自動化水平。

（編輯：李媛）