礦井水泵自動化控制系統(tǒng)分析

1、礦井水泵自動化控制系統(tǒng)分析礦井水泵自動化控制系統(tǒng)分析摘要：對井下水泵的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，并探討了排水系統(tǒng) 的構(gòu)成，從硬件以及軟件等部分對井下水泵自動控制系統(tǒng)進(jìn)行分 析，并總結(jié)了該系統(tǒng)在井下的應(yīng)用效果，結(jié)果表明，設(shè)計的基于 PLC的水泵自動化控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、操作控制簡單，功能齊 全等優(yōu)點(diǎn)，并可以降低井下工作人員勞動強(qiáng)度，提升礦井自動化 水平。關(guān)鍵詞：水泵；排水；控制系統(tǒng)；PLC在井下煤炭進(jìn)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(jìn)行生 產(chǎn)。水泵是整個井下排水系統(tǒng)的核心部件，若排水系統(tǒng)中的水泵 出現(xiàn)故障則會給礦井排水工作造成嚴(yán)重影響，嚴(yán)重時

2、可能會造成 淹井事故，帶來嚴(yán)重的財產(chǎn)損失，因此，保證井下水泵系統(tǒng)的安 全高效運(yùn)行至關(guān)重要?；诖?，筆者在PLC的基礎(chǔ)上，對煤礦井 下的水泵自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計研究，并對設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行了 現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，系統(tǒng)可以高效平穩(wěn)的運(yùn)行，保證了井下排 水系統(tǒng)的安全，可靠。1. 控制系統(tǒng)分析隨著科學(xué)技術(shù)的向前發(fā)現(xiàn)，PLC控制程序已經(jīng)替代了原有的繼 電器控制方式，成為現(xiàn)階段直流使用方式，在對PLC系統(tǒng)進(jìn)行開 發(fā)時，需要選擇安全、可靠、能夠配備的電氣元件，并能夠適應(yīng) 井下復(fù)雜、惡劣的環(huán)境條件。嚴(yán)格按照礦山有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對元件進(jìn)行 選型，并在設(shè)計之初就應(yīng)充分考慮到井下存在的各種難題，這樣 才能使得系統(tǒng)可靠，穩(wěn)定。

3、在對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，需要根據(jù)礦井 的實(shí)際需求，完善采用的PLC硬件以及軟件，并能實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整 工作狀態(tài)的目的。在設(shè)計的系統(tǒng)中需要實(shí)現(xiàn)對水位的自動監(jiān)測。2. 井下排水系統(tǒng)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(jìn)行連 接，當(dāng)一條排出管路出現(xiàn)故障時，另外一條排水管路可以及時的 進(jìn)行替換。井下水泵工作流程為：當(dāng)井下水位超過一定髙度時， 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(jìn) 行注水，離心水泵入口處的真空度壓力值達(dá)到設(shè)備啟動狀態(tài)的設(shè) 定的閾值時，驅(qū)動水泵的電機(jī)

4、開始啟動，當(dāng)水泵出口處的壓力值 達(dá)到設(shè)定值時，水泵出口的電動閥開啟，開始向排出管路中進(jìn)行 排水。當(dāng)排水水泵停機(jī)時，需要先將出口處的電動閥進(jìn)行關(guān)閉， 最后再關(guān)閉水泵的電機(jī)。3. 系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)當(dāng)系統(tǒng)中的組成部件（水泵、閥門或者排水管路）出現(xiàn)故障 時，自動控制系統(tǒng)會發(fā)出報警信號，同時自動向系統(tǒng)切換至另外 不受到影響的管路。同時設(shè)計的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動的錯開用電高 峰期，在用電的低谷段以及平段內(nèi)運(yùn)行，水泵運(yùn)行后將水倉內(nèi)的 水通過排水系統(tǒng)排出后，當(dāng)水位下降到設(shè)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(jié)省一定的電量。設(shè)計的自動控制系統(tǒng)具有手動控 制，半手動控

5、制以及全自動控制等三種控制方式，當(dāng)對設(shè)備進(jìn)行 檢修或者進(jìn)行試車時可以采用手動控制方式，通過設(shè)置在水泵房 中的控制柜來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)進(jìn)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(tài)，并由PLC控 制器來選擇設(shè)備的開啟或者關(guān)閉。選擇全自動控制方式時，PLC控 制系統(tǒng)可以接收到井下布置的各種傳感器的信息，并通過預(yù)先設(shè) 定的程序完成對水泵的自動控制運(yùn)行，這個過程不需要人工進(jìn)行 參與。在系統(tǒng)中布置的上位機(jī)采用的是動態(tài)軟件，以便達(dá)到對水 泵及附屬的其他設(shè)備的監(jiān)控作用，對井下水倉內(nèi)的水位，排水系 統(tǒng)中的流量、壓力、軸承溫度、驅(qū)動裝置的電流、電壓等參數(shù)進(jìn) 行顯現(xiàn)，并提供各類信息的存儲

6、，故障提升以及事故報警等功 能，同時還可以實(shí)現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)報表的打印，歷史數(shù)據(jù)的查詢， 報表的統(tǒng)計工作等。4. 系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的PLC采用西門子生產(chǎn)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(shù)字量輸入 模塊；1塊16X220v, AC的繼電器，1塊32X24v, DC開關(guān)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(nèi)安裝各種類似的傳感器，達(dá)到 對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時在線監(jiān)控，水泵房內(nèi)的5臺水泵均配備 YD20xx型智能電力參數(shù)監(jiān)控設(shè)備，對電機(jī)的電量參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控， 相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC控制器中，控制

7、器的CPU對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)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(jìn)行測量，該型號的真空 計穩(wěn)定性好，測量精度高，響應(yīng)速度快，并可以在井下的復(fù)雜環(huán) 境中應(yīng)用。對電機(jī)軸承溫度進(jìn)行測量的溫度傳感器采型號為 WZPDo5. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(1)系統(tǒng)軟件的操控方式如圖1所示。(2)井下水泵房設(shè) 備的自動開啟與關(guān)停。通過對啟動井下水泵數(shù)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(yùn)轉(zhuǎn)，處于工作狀態(tài)的 是具體哪個編號的水泵，并自動對水泵的工作狀態(tài)進(jìn)行檢查，當(dāng) 滿足水泵開機(jī)條件

8、時，系統(tǒng)自動開啟水泵運(yùn)行。并避開井下用電 的高峰時段，選擇用電平穩(wěn)或者底谷段，為了節(jié)省設(shè)備用電，在 井下用電高峰結(jié)束前只需要保持井下水位不超過設(shè)計的最高水位 值即可。(3)工作狀態(tài)自動切換。在井下水泵房中每個水泵中都 安裝兩個數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，用以對設(shè)備的運(yùn)行時間以及設(shè)備的運(yùn)行 次數(shù)進(jìn)行記錄，當(dāng)啟動井下水泵時，系統(tǒng)會根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)自動判 斷運(yùn)行時間最短且穩(wěn)定性最高的水泵進(jìn)行工作，當(dāng)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(tǒng)會根據(jù)水泵的 運(yùn)送次數(shù)進(jìn)行判斷，選擇運(yùn)行次數(shù)最少的水泵作為優(yōu)先啟動的設(shè) 備。當(dāng)系統(tǒng)中的某臺水泵啟動時，系統(tǒng)會根據(jù)與水泵相連的兩條 管路中運(yùn)行工作最短的一條，若兩條管路運(yùn)行時間較為接近，則 選擇運(yùn)行次數(shù)最少的管路。6. 總結(jié)在煤礦井下采用設(shè)計的自動控制系統(tǒng)，運(yùn)行結(jié)果表明：該系 統(tǒng)具有操作控制簡單，功能齊全，維修管理較為簡便的特點(diǎn)，系 統(tǒng)能夠保