煤礦井下主排水泵節能與控制系統分析

陳瑞紅 宋奧

（山西中煤潘家窯煤業有限公司，山西朔州 036000）

煤礦井下主排水泵節能與控制系統分析

陳瑞紅 宋奧

（山西中煤潘家窯煤業有限公司，山西朔州 036000）

在煤礦生產中，井下排水泵系統的控制至關重要。而使用煤礦井下主排水泵節能與控制系統，不僅可以實現對井下排水泵的自動控制，還可以實現一定節能管理效果。在進行煤礦井下開采時，需要及時將井下的積水抽出，從而確保井下工作人員的安全。因此，本文對煤礦井下主排水泵節能與控制系統進行了分析，以便為關注這一話題的人們提供參考。

煤礦井下 主排水泵 節能控制系統

實現煤礦排水泵的自動化控制與管理，則可以進一步確保系統水倉積水的及時排出，并實現對水泵的節能管理，繼而滿足煤礦企業的生產需求。因此，對煤礦井下主排水泵節能與控制系統進行分析，對實現煤礦的自動化安全生產具有一定的意義。

1　系統的硬件結構分析

1.1系統的總體結構

主排水泵節能與控制系統的設計是為了實現煤礦井下的無人操作，并完成對井下水位的實時監測，繼而使水泵運行更加安全和可靠。同時，為了使水泵的運行得到優化，系統還選取了適合的工作策略，以便實現對水泵的節能優化，繼而有效降低水泵運行成本。從系統硬件結構組成上來看，系統主要由CPU模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、通訊模塊和上位機監控中心組成。相較于傳統排水系統，該系統可以完成對各個部分的排水情況的監測，并實現煤礦井下的自動化排水。在無人操作的情況下，該系統可以根據現場情況完成排水控制方案的選擇，并為上位機監控中心提供相關資料。在系統的硬件結構中，模擬量輸入模塊需要完成對水位、入水口真空度和排水管流量等多項內容的信息采集，數字量輸入模塊要完成對電動閘閥和電動球閥的開關狀態和水泵啟停信號等多種信號的采集［1］。而數字量輸出模塊則要完成對水泵啟停信號、電機過溫保護信號和故障報警信號的輸出，上位機監控中心則可以幫助工作人員在井下完成對系統工作的控制，并顯示出系統的運行狀態和工作參數。

1.2系統裝置的選擇

在裝置選擇方面，系統的可編程控制模塊將可編程控制器當做是中心控制器。在該控制器中，編程語言為通用語言，本身含有循環控制指令和數據處理指令，并且具有PLC基本控制功能。此外，該類控制器還具有成本低、通信功能強和編程軟件易用的特點。而在系統的傳感器裝置的選擇上，不同部位的檢測裝置的選擇不盡相同。首先，在液位測量方面，系統使用的是投入式液位傳感器，而該傳感器可以完成對水倉水位變化的實時監測。根據監測結果，系統則可以實現高水位起泵和低水位停泵。而為了實現對水位的精準測量，系統則通過PLC完成了“避峰就谷”的優化控制。其次，在溫度檢測方面，系統選用了溫度采集模塊9018，可以配合水泵、電機預埋的溫度電阻測量［2］。再者，在水管流量檢測方面，系統使用了超聲波流量計。利用該裝置，系統可以完成對主排水管路流量的實時監測，并根據流量情況判斷管路是否出現故障。在流量過低時，該裝置還可以實現自動報警。此外，在真空度檢測方面，系統使用了正、負壓力傳感器。其中，正壓傳感器可以完成對水泵內部壓力的監測。在壓力達到設定值時，系統將自動打開出口閘閥排水。在壓力低于設定值時，系統則能實現自動停泵。而負壓力傳感器主要用來監測管路的真空度。只有在真空度達到設定值時，系統才能夠啟動水泵電機。

2　系統的軟件分析

2.1整體框圖分析

在煤礦井下主排水泵節能與控制系統中，系統的軟件設計包含了主程序、系統保護子程序、水泵自動輪換子程序、三種工作方式切換子程序、水泵啟動子程序和“避峰填谷”子程序。其中，主程序主要負責協調各子模塊的運行，并需要完成對各個中斷的管理，繼而使系統正常運行。保護子程序是為了實現對電機流量、水泵、系統壓力的保護，切換子程序是為了使水泵能夠自動完成工作方式的切換，輪換子程序則是負責使水泵和管路的使用率得到均勻分布。此外，所謂的“避峰填谷”子程序，其實就是系統通過控制水泵工作時間使水泵盡量在用電“谷段”工作，而并非是在用電高峰期工作。

2.2軟件設計的實現

在實現系統的軟件設計時，系統的節能控制效果也將得到體現。首先，在實現水泵的“避峰就谷”控制時，系統將通過檢測水位和分析水位上升速度了解煤礦井下的涌水速度變化情況。而為了節約電能損耗，從而實現“避峰就谷”，則需要在確保安全的前提下采取合適的控制策略完成對水位實時變化的控制。具體來講，就是使每次排水后的水位降到1點以下［3］。其次，為了實現配水管路和水泵的輪換工作，需要為每一個水泵配備兩個數據寄存器，并分別完成對水泵運行時間和次數的存儲。在系統進行水泵的自啟動時，則需要選擇運行時間最少的水泵。而遇到運行時間相近的兩臺水泵，系統則需要選擇運行次數少的水泵。而這樣一來，不僅可以減少水泵的運行時間，還可以使所有水泵設備得到合理利用，繼而實現節能控制的目的。再者，在水泵控制方式的切換方面，系統設計的三種控制方式為自動、半自動和手動。在系統啟動后，需要先確認PLC有無故障。一旦發現故障，則需要手動完成水泵的操作。在沒有故障的情況下，操作人員則可以根據需要完成操作方式的選擇。此外，在故障監測和設備保護方面，煤礦井下主排水泵節能與控制系統可以實現水泵過壓、過流、漏電、漏水保護和電機的超溫、壓力和流量保護。而為了實現這一功能，PLC則將完成對每個對應物理量的傳感器信號和模塊數據的采集，并通過濾波和干擾處理完成對物理量的分析。最后，根據系統的運行邏輯和實際需求，則可以采取不同的保護動作。

3　結語

總而言之，煤礦井下主排水泵節能與控制系統的應用，可以使煤礦排水系統的設備自動化程度不高和節能減排效果不好的問題得到解決。而想要較好的完成對該系統的設計和實現，則需要合理完成系統裝置的選擇，并注重系統軟件設計的整體性。因此，本文對煤礦井下主排水泵節能與控制系統進行的分析，對促進該系統的應用推廣具有一定的意義。

［1］趙利起.煤礦井下主排水泵自動控制系統的應用與研究［J］.機械工程與自動化，2011，03：151-152.

［2］胡萍，方章英.煤礦井下主排水系統節能技術改造［J］.煤炭技術，2014，10：209-211.

［3］馬世登，羅先錄，杜作陽.煤礦井下主排水泵計算機監控系統的PLC實行及應用［J］.煤炭技術，2012，09：132-133.