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礦井水泵自動化控制系統分析
摘要：對井下水泵的控制系統進行分析，并探討了排水系統的構成，從硬件以及軟件等部分對井下水泵自動控制系統進行分析，并總結了該系統在井下的應用效果，結果表明，設計的基于PLC的水泵自動化控制系統具有穩定性高、操作控制簡單，功能齊全等優點，并可以降低井下工作人員勞動強度，提升礦井自動化水平。
關鍵詞：水泵；排水；控制系統；PLC
在井下煤炭進行回采的過程中，井下涌出的水需要利用水泵及時、高效率的排出到地面，以保證煤礦井下能夠安全的進行生產。水泵是整個井下排水系統的核心部件，若排水系統中的水泵出現故障則會給礦井排水工作造成嚴重影響，嚴重時可能會造成淹井事故，帶來嚴重的財產損失，因此，保證井下水泵系統的安全高效運行至關重要�；诖�，筆者在PLC的基礎上，對煤礦井下的水泵自動化控制系統進行設計研究，并對設計的系統進行了現場實驗，結果表明，系統可以高效平穩的運行，保證了井下排水系統的安全，可靠。
1.控制系統分析
隨著科學技術的向前發現，PLC控制程序已經替代了原有的繼電器控制方式，成為現階段直流使用方式，在對PLC系統進行開發時，需要選擇安全、可靠、能夠配備的電氣元件，并能夠適應井下復雜、惡劣的環境條件。嚴格按照礦山有關標準對元件進行選型，并在設計之初就應充分考慮到井下存在的各種難題，這樣才能使得系統可靠，穩定。在對系統進行設計時，需要根據礦井的實際需求，完善采用的PLC硬件以及軟件，并能實現自動調整工作狀態的目的。在設計的系統中需要實現對水位的自動監測。
2.井下排水系統組成
礦井井下中央水泵房中布置5臺離心泵，其中2臺水泵工作，2臺水泵備用，1臺水泵用作檢修，與井下的水泵房中水泵相連接的排水管路共有3條，每一臺水泵都與兩條排水管路進行連接，當一條排出管路出現故障時，另外一條排水管路可以及時的進行替換。井下水泵工作流程為：當井下水位超過一定高度時，與射流泵連接到一起的電磁閥開啟，此時射流泵開始向水泵中進行注水，離心水泵入口處的真空度壓力值達到設備啟動狀態的設定的閾值時，驅動水泵的電機開始啟動，當水泵出口處的壓力值達到設定值時，水泵出口的電動閥開啟，開始向排出管路中進行排水。當排水水泵停機時，需要先將出口處的電動閥進行關閉，最后再關閉水泵的電機。
3.系統運行特點
當系統中的組成部件（水泵、閥門或者排水管路）出現故障時，自動控制系統會發出報警信號，同時自動向系統切換至另外不受到影響的管路。同時設計的系統可以實現自動的錯開用電高峰期，在用電的低谷段以及平段內運行，水泵運行后將水倉內的水通過排水系統排出后，當水位下降到設計時的低位時，水倉可以騰出較大的空間，這樣可以盡量做到避開井下用電的高峰段，同時也可以節省一定的電量。設計的自動控制系統具有手動控制，半手動控制以及全自動控制等三種控制方式，當對設備進行檢修或者進行試車時可以采用手動控制方式，通過設置在水泵房中的控制柜來實現對系統進行手動控制；選擇半自動控制方式時，井下的工作人員選擇哪幾臺水泵處于工作狀態，并由PLC控制器來選擇設備的開啟或者關閉。選擇全自動控制方式時，PLC控制系統可以接收到井下布置的各種傳感器的信息，并通過預先設定的程序完成對水泵的自動控制運行，這個過程不需要人工進行參與。在系統中布置的上位機采用的是動態軟件，以便達到對水泵及附屬的其他設備的監控作用，對井下水倉內的水位，排水系統中的流量、壓力、軸承溫度、驅動裝置的電流、電壓等參數進行顯現，并提供各類信息的存儲，故障提升以及事故報警等功能，同時還可以實現對各類數據報表的打印，歷史數據的查詢，報表的統計工作等。
4.系統硬件
系統的PLC采用西門子生產的S7-300系列，CPU模塊是314，選用PS307電池模塊，選用4塊型號為SM321的數字量輸入模塊；1塊16×220v，AC的繼電器，1塊32×24v，DC開關模塊，5塊型號為SM331的模擬量輸入模塊；通信信息處理模塊1塊，型號為CP340。在井下水泵房內安裝各種類似的傳感器，達到對設備運行狀態的實時在線監控，水泵房內的5臺水泵均配備YD2010型智能電力參數監控設備，對電機的電量參數進行監控，相關數據傳輸到PLC控制器中，控制器的CPU對輸入數據進行計算，并綜合判斷。井下水倉水位傳感器采用的是型號為CYB31的液位變送傳感器；對水泵壓力進行測量的是壓力變送器型號為CYA602；采用ZDY-I型真空計對真空度進行測量，該型號的真空計穩定性好，測量精度高，響應速度快，并可以在井下的復雜環境中應用。對電機軸承溫度進行測量的溫度傳感器采型號為WZPD。
5.系統軟件設計
（1）系統軟件的操控方式如圖1所示。（2）井下水泵房設備的自動開啟與關停。通過對啟動井下水泵數量程序，以及水泵工作模式輪換程度，就可以知道井下正在運轉，處于工作狀態的是具體哪個編號的水泵，并自動對水泵的工作狀態進行檢查，當滿足水泵開機條件時，系統自動開啟水泵運行。并避開井下用電的高峰時段，選擇用電平穩或者底谷段，為了節省設備用電，在井下用電高峰結束前只需要保持井下水位不超過設計的最高水位值即可。（3）工作狀態自動切換。在井下水泵房中每個水泵中都安裝兩個數據存儲設備，用以對設備的運行時間以及設備的運行次數進行記錄，當啟動井下水泵時，系統會根據相關數據自動判斷運行時間最短且穩定性最高的水泵進行工作，當兩臺水泵的工作時間比較接近時，且工作時間都是最少的，系統會根據水泵的運送次數進行判斷，選擇運行次數最少的水泵作為優先啟動的設備。當系統中的某臺水泵啟動時，系統會根據與水泵相連的兩條管路中運行工作最短的一條，若兩條管路運行時間較為接近，則選擇運行次數最少的管路。
6.總結
在煤礦井下采用設計的自動控制系統，運行結果表明：該系統具有操作控制簡單，功能齊全，維修管理較為簡便的特點，系統能夠保持長時間的平穩穩定。與以往采用的系統相比，能節省大量的人力，降低井下工作人員的勞動強度，并提高了礦井的自動化水平。
參考文獻
[1]張耀軍.礦井主排水泵自動化控制系統的研究思路探索[J].硅谷,2014,7(17):61+77.
作者：杜勇威 單位：山西焦煤西山煤電東曲礦