矿井水泵自动化控制系统分析

矿井水泵自动化控制系统分析

摘要：对井下水泵的控制系统进行分析，并探讨了排水系统的构成，从硬件以及软件等部分对井下水泵自动控制系统进行分析，并总结了该系统在井下的应用效果，结果表明，设计的基于PLC的水泵自动化控制系统具有稳定性高、操作控制简单，功能齐全等优点，并可以降低井下工作人员劳动强度，提升矿井自动化水平。

关键词：水泵；排水；控制系统；PLC

在井下煤炭进行回采的过程中，井下涌出的水需要利用水泵及时、高效率的排出到地面，以保证煤矿井下能够安全的进行生产。水泵是整个井下排水系统的核心部件，若排水系统中的水泵出现故障则会给矿井排水工作造成严重影响，严重时可能会造成淹井事故，带来严重的财产损失，因此，保证井下水泵系统的安全高效运行至关重要。基于此，笔者在PLC的基础上，对煤矿井下的水泵自动化控制系统进行设计研究，并对设计的系统进行了现场实验，结果表明，系统可以高效平稳的运行，保证了井下排水系统的安全，可靠。

1.控制系统分析

随着科学技术的向前发现，PLC控制程序已经替代了原有的继电器控制方式，成为现阶段直流使用方式，在对PLC系统进行开发时，需要选择安全、可靠、能够配备的电气元件，并能够适应井下复杂、恶劣的环境条件。严格按照矿山有关标准对元件进行选型，并在设计之初就应充分考虑到井下存在的各种难题，这样才能使得系统可靠，稳定。在对系统进行设计时，需要根据矿井的实际需求，完善采用的PLC硬件以及软件，并能实现自动调整工作状态的目的。在设计的系统中需要实现对水位的自动监测。

2.井下排水系统组成

矿井井下中央水泵房中布置5台离心泵，其中2台水泵工作，2台水泵备用，1台水泵用作检修，与井下的水泵房中水泵相连接的排水管路共有3条，每一台水泵都与两条排水管路进行连接，当一条排出管路出现故障时，另外一条排水管路可以及时的进行替换。井下水泵工作流程为：当井下水位超过一定高度时，与射流泵连接到一起的电磁阀开启，此时射流泵开始向水泵中进行注水，离心水泵入口处的真空度压力值达到设备启动状态的设定的阈值时，驱动水泵的电机开始启动，当水泵出口处的压力值达到设定值时，水泵出口的电动阀开启，开始向排出管路中进行排水。当排水水泵停机时，需要先将出口处的电动阀进行关闭，最后再关闭水泵的电机。

3.系统运行特点

当系统中的组成部件（水泵、阀门或者排水管路）出现故障时，自动控制系统会发出报警信号，同时自动向系统切换至另外不受到影响的管路。同时设计的系统可以实现自动的错开用电高峰期，在用电的低谷段以及平段内运行，水泵运行后将水仓内的水通过排水系统排出后，当水位下降到设计时的低位时，水仓可以腾出较大的空间，这样可以尽量做到避开井下用电的高峰段，同时也可以节省一定的电量。设计的自动控制系统具有手动控制，半手动控制以及全自动控制等三种控制方式，当对设备进行检修或者进行试车时可以采用手动控制方式，通过设置在水泵房中的控制柜来实现对系统进行手动控制；选择半自动控制方式时，井下的工作人员选择哪几台水泵处于工作状态，并由PLC控制器来选择设备的开启或者关闭。选择全自动控制方式时，PLC控制系统可以接收到井下布置的各种传感器的信息，并通过预先设定的程序完成对水泵的自动控制运行，这个过程不需要人工进行参与。在系统中布置的上位机采用的是动态软件，以便达到对水泵及附属的其他设备的监控作用，对井下水仓内的水位，排水系统中的流量、压力、轴承温度、驱动装置的电流、电压等参数进行显现，并提供各类信息的存储，故障提升以及事故报警等功能，同时还可以实现对各类数据报表的打印，历史数据的查询，报表的统计工作等。

4.系统硬件

系统的PLC采用西门子生产的S7-300系列，CPU模块是314，选用PS307电池模块，选用4块型号为SM321的数字量输入模块；1块16×220v，AC的继电器，1块32×24v，DC开关模块，5块型号为SM331的模拟量输入模块；通信信息处理模块1块，型号为CP340。在井下水泵房内安装各种类似的传感器，达到对设备运行状态的实时在线监控，水泵房内的5台水泵均配备YD2010型智能电力参数监控设备，对电机的电量参数进行监控，相关数据传输到PLC控制器中，控制器的CPU对输入数据进行计算，并综合判断。井下水仓水位传感器采用的是型号为CYB31的液位变送传感器；对水泵压力进行测量的是压力变送器型号为CYA602；采用ZDY-I型真空计对真空度进行测量，该型号的真空计稳定性好，测量精度高，响应速度快，并可以在井下的复杂环境中应用。对电机轴承温度进行测量的温度传感器采型号为WZPD。

5.系统软件设计

（1）系统软件的操控方式如图1所示。（2）井下水泵房设备的自动开启与关停。通过对启动井下水泵数量程序，以及水泵工作模式轮换程度，就可以知道井下正在运转，处于工作状态的是具体哪个编号的水泵，并自动对水泵的工作状态进行检查，当满足水泵开机条件时，系统自动开启水泵运行。并避开井下用电的高峰时段，选择用电平稳或者底谷段，为了节省设备用电，在井下用电高峰结束前只需要保持井下水位不超过设计的最高水位值即可。（3）工作状态自动切换。在井下水泵房中每个水泵中都安装两个数据存储设备，用以对设备的运行时间以及设备的运行次数进行记录，当启动井下水泵时，系统会根据相关数据自动判断运行时间最短且稳定性最高的水泵进行工作，当两台水泵的工作时间比较接近时，且工作时间都是最少的，系统会根据水泵的运送次数进行判断，选择运行次数最少的水泵作为优先启动的设备。当系统中的某台水泵启动时，系统会根据与水泵相连的两条管路中运行工作最短的一条，若两条管路运行时间较为接近，则选择运行次数最少的管路。

6.总结

在煤矿井下采用设计的自动控制系统，运行结果表明：该系统具有操作控制简单，功能齐全，维修管理较为简便的特点，系统能够保持长时间的平稳稳定。与以往采用的系统相比，能节省大量的人力，降低井下工作人员的劳动强度，并提高了矿井的自动化水平。

参考文献

[1]张耀军.矿井主排水泵自动化控制系统的研究思路探索[J].硅谷,2014,7(17):61+77.

作者：杜勇威 单位：山西焦煤西山煤电东曲矿