煤礦井下自動排水系統(tǒng)設(shè)計

靳宇峰 (長治職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，山西 長治 046000)

煤礦井下自動排水系統(tǒng)設(shè)計

靳宇峰 (長治職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，山西 長治 046000)

基于PLC設(shè)計了煤礦井下自動排水控制系統(tǒng)，具體介紹了系統(tǒng)總體框架、系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計內(nèi)容。實踐表明，利用該系統(tǒng)可用監(jiān)測水倉水位變化情況并實現(xiàn)井下自動排水，從而為煤礦安全生產(chǎn)提供保障。

PLC；煤礦；自動排水系統(tǒng)

我國煤炭資源豐富，但在煤炭開采過程中，由于開采設(shè)備過于老化，開采技術(shù)更新過慢，導致煤礦安全事故頻發(fā)[1]。為此，筆者對煤礦井下自動排水系統(tǒng)進行了研究，以便為煤礦安全生產(chǎn)提供幫助。

1 系統(tǒng)總體框架

設(shè)計煤礦井下自動排水系統(tǒng)的目的主要是對水倉水位變化情況進行遠程檢測和管理，以便及時排水。煤礦井下自動排水系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分，硬件系統(tǒng)主要由主控制器、排水變阻系統(tǒng)構(gòu)成，軟件系統(tǒng)主要包括PLC主控制系統(tǒng)軟件和水泵自動排水系統(tǒng)軟件。上位機可動態(tài)顯示水倉水位、水泵流量、管路靜壓、水泵壓力、電機電流、電壓及水泵電機、電磁閥和電動閥的各種工作狀態(tài)，以及超限報警、故障點自動閃爍和故障畫面自動彈出[2-3]。此外，還具有故障記錄和歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1主控制器

利用西門子S7-300 PLC(可編程邏輯控制器)作為系統(tǒng)的主控制器[4]，合理調(diào)節(jié)水泵的開關(guān)，并根據(jù)信號燈的調(diào)整，及時對排水管道中的電器閥門進行調(diào)整，將半自動開關(guān)和每臺水泵的開關(guān)按鈕進行調(diào)整，恢復信號位置，將水泵的最大承載量進行細化，并對倉庫水位、水口壓力、電機口溫度、排水管流量等數(shù)據(jù)進行記錄。

2.2排水變阻系統(tǒng)

圖1 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

排水變阻系統(tǒng)的控制體系依據(jù)水溫變化來掌握水壓的運行狀況，而井下的排水量是不穩(wěn)定的，所以，在通常狀況下，測試程序不但要不間斷地測試水溫排水狀況，還要將輸出水位訊號傳輸?shù)絇LC程序進行處理，并在出現(xiàn)水位異常時發(fā)出預警訊號，這樣方便程序管理人員時時監(jiān)測排水狀況。PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)上述控制要求，設(shè)計了PLC各模塊連接圖(見圖2)。

圖2 PLC各模塊連接圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

圖3 水泵自動排水控制流程圖

設(shè)計中采用SIEMENS SIMATIC STEP75軟件編程，其最大特點能夠?qū)λ玫膶嶋H操作環(huán)節(jié)展開針對性的程序調(diào)節(jié)，通過主控制系統(tǒng)的程序模擬和采集，對水泵、水管的智能化運行和報警子程序進行測算[4-5]。

3.1PLC主控制系統(tǒng)軟件

PLC主程序包括初始化和運行方式的篩選，該程序包括全自動、半自動與手工3種方式，為了保證程序的可靠程度，設(shè)置人工掌控方法與優(yōu)先權(quán)最高。操作程序執(zhí)行之后，為了保證電力程序的穩(wěn)固運行，設(shè)置為人工系統(tǒng)運行，利用PLC控制程序?qū)ε潘窟M行預測并顯示水泵流量、電動閥門的信號燈的警鈴開關(guān)信號。此外，通過PLC對電磁閥和電動閥的各種工作狀態(tài)進行超限報警，以便工作人員對其做出判斷后再向其發(fā)出指令。

3.2水泵自動排水控制軟件

對水泵自動運行進行控制時，首先由開啟臺數(shù)控制程序和水泵與管道輪換工作控制程序確定哪臺開啟水泵和開啟水泵的數(shù)量，然后由水泵運行控制程序來對水泵進行啟閉控制，其中對一臺水泵自動開啟與關(guān)閉的控制流程如圖3所示。

4 結(jié) 語

為了給煤礦安全生產(chǎn)提供幫助，基于PLC設(shè)計了煤礦井下自動排水控制系統(tǒng)。在實際應用中，利用水泵的離心機和排水管道連接該系統(tǒng)，這樣一旦出現(xiàn)井下水位過高或者其他意外情況時，可以隨時監(jiān)測水倉水位變化情況并實現(xiàn)井下自動排水，從而為煤礦安全生產(chǎn)提供保障。目前，該系統(tǒng)已在某煤礦井下投入使用。實際運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)運行平穩(wěn)，操作方便、靈活，故障率極低，可以滿足井下自動排水的需要。

[1]劉增環(huán),潘明福.基于PLC及變頻器技術(shù)的帶式輸送機控制[J].煤礦機械，2011，21(9)：34-36.

[2]倪濤.PLC在履帶行走式液壓支架電液控制中的應用[J].液壓與氣動，2011，19(7)：67-70.

[3]趙曉東.基于PLC對液壓牽引采煤機的無線控制[J].煤礦機械，2011，21(8)：58-61.

[4]李寶榮.礦井提升機PLC控制系統(tǒng)的研究[J].科學之友，2011(11)：103-106.

[5]孫二峰,郭峰偉.瞬變電磁法在煤礦井下探水中的應用[J].技術(shù)與市場，2011(9)：87-90.

[編輯] 李啟棟

TD744

A

1673-1409(2013)25-0083-02

2013-06-16

靳宇峰(1981-)，男，助教，現(xiàn)主要從事電氣控制工程方面的教學與研究工作。