煤矿主排水泵自动化控制系统探索

煤矿主排水泵自动化控制系统探索

摘要：煤矿井下进水严重威胁着综采工作面的安全生产。在分析传统排水系统的基础上，将其改造为基于PLC的主排水自动控制系统，详细说明了该系统中水位监测系统这一子系统的设计，完成了对该系统的硬件和软件设计，并在实际应用中取得了良好的效果。

关键词：煤矿；主排水泵；改造；PLC；效率

我国对综采工作面的排水工作研究相对滞后。据统计表明，我国仍有部分企业基于人工判断工作面水位增长的速度，不能及时根据水位变化情况实现对主排水泵的精确控制[1]。因此，传统主排水泵的控制方法严重威胁着综采工作面安全。故以某煤矿中央泵房的主排水系统为研究对象对主排水泵的控制方法进行改造，设计一套高效、自动控制的主排水系统，并对其实际应用效果进行分析。

1水位监测系统的设计

1.1主排水系统简介

该煤矿中央泵房的主排水系统包括5台主排水泵。其中，1台泵为在用泵，3台泵为备用泵，剩余1台泵为检修泵。该主排水系统及其各泵支路的结构如图1所示。

1.2水位监测原理分析

水位监测主要是基于压力传感器所实现的，其原理图如图2所示。该传感器内部总共有4个电桥。当其所承受的压力为0时，4个电桥处于相对平衡的状态，所输出的电压信号为0。将其置于水中，由于水压的作用，电桥的平衡被打破，而且水位越高，压力越大，其输出的电压值越大，即输出电压值与水位高度是成正比的关系[2]。

1.3水位监测系统的硬件组成

水位监测系统的主要功能是实现对主水仓水位的监测，当水位超过一定限值时在发出报警的同时控制主排水泵的启动。因此，水位监测系统的硬件主要包括传感器、转换器、PLC以及接口等。系统将传感器采集到的水压信号转换为电信号输送至PLC中，并与PLC中的预设值进行比较，一旦发现超出预设值即发出报警。

2主排水泵自动控制系统的设计

2.1功能需求

1）实现对主排水泵的自动控制。系统能够根据实时水位实现对主排水泵的启动、停止操作等控制。2）实现对主排水泵的手动控制。当系统需要检修或PLC失效时，做作业人员可以根据检修的要求，任意控制一台主排水泵的停止与运行，并要求在手动控制状态每台泵处于相互独立的状态。3）实现水泵的自动轮换和调用。当系统监测到某台水泵开启的次数已经达到其检修的要求，系统会自动将该水泵从轮换阵容中剔除；水泵在每次启动或停止工作时均必须确保出水闸处于关闭状态。4）报警功能。当PLC控制系统不能正常工作时，系统将自动发出报警，以提醒工作人员及时进行维修。

2.2控制系统的硬件设计

1）硬件组成。与其他控制系统相类似，本文所改造主排水自动控制系统的主要包括：PLC控制器、显示屏、信号采集系统以及执行机构等硬件部分。具体硬件组成示意图如图3所示。2）信号采集设计。本系统中的信号采集包括模拟量信号的采集和开关量信号的采集。其中，对液位传感器、压力传感器、温度传感器信息的采集属于模拟量采集；对水泵启动、停止的控制属于开关量信息的采集。此外，在PLC中提前设置水位的四个限度值，分别为超高水位H4、高水位H3、低水位H2、超低水位H1；温度传感器主要监测电机的温度；电机过载检测通过所采集到的信号值大小判断电机是否处于过载状态。3）PLC控制的实现。本系统的控制核心部件为PLC，PLC通过对实时水位、温度、压力等参数的判断，控制执行机构做出相应的动作。执行机构主要包括报警功能、水泵的启停控制模块、与各个阀相对应的控制模块等。

2.3控制原理分析及软件设计

本系统的控制思路描述如下：系统将各传感器的信息输送至PLC中，若此时水位大于设置低水位的数值时，系统将根据电网监测数值决定是否启动单台水泵。当用电处于峰值状态时，系统不启动主排水泵；当用电处于低谷状态时，系统将对电机温度等参数进行监测，并启动射流泵使注水泵处于真空状态，若各项参数均在范围之内，则启动1号水泵开始排水。若此时水位大于高水位的数值时，系统将发出报警，并直接执行单台水泵启动程序，同时开启1号和2号水泵；当水位大于超高水位的数值时，系统将直接调用单台水泵的启动程序，并开启3号水泵，若经过一段时间后水位仍占大于超高水位，系统将启动4号水泵，当水位低于超低水位的数值时，系统将先关闭出水闸阀，然后关闭水泵。

3结语

为解决传统井下主排水系统控制不及时、控制项目单一的问题，对传统井下主排水系统进行改造，实现了对主排水泵的自动化控制的同时，还丰富了控制项目（电网监测、电机温度监测以及水位监测等）。此外，经实践表明该控制系统有效提升了主排水泵的使用效率，确保综采工作面的安全性。

参考文献

[1]陈更林，李明，张景松，等.煤矿主排水泵微机监测系统的研制[J].工矿自动化，1997（4）：11-13.

[2]姬剑波.浅析新桥煤矿主排水泵集控系统[J].陕西煤炭，2014，33（4