基于PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)在煤礦排水中的應(yīng)用

王 勇

（棗礦集團(tuán)機(jī)電運(yùn)輸處，山東 棗莊277000）

1 前言

煤礦是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，與之并存的是煤礦安全的管理。煤礦井下排水系統(tǒng)作為煤礦生產(chǎn)的六大系統(tǒng)之一，擔(dān)負(fù)著井下排水的重要任務(wù)。如果排水不及時(shí)，會(huì)造成礦井水災(zāi)，從而引發(fā)煤礦安全事故。礦井排水方式有兩種：繼電器控制排水和PLC控制排水。繼電器控制排水可靠性差、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大。目前，煤礦井下排水大多還停留在人工手動(dòng)控制排水，自動(dòng)化程度不高，針對這一問題，設(shè)計(jì)了PLC控制的煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)［1-3］。采用PLC和組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的排水自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以節(jié)省能耗，降低成本，提高檢測、安全和保護(hù)功能，同時(shí)加速了煤礦自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展［4-5］。

2 自動(dòng)排水控制系統(tǒng)

2.1 設(shè)計(jì)方案

煤礦井下排水系統(tǒng)對水泵加以控制的核心是PLC，通過PLC控制排水泵，自動(dòng)完成開、停泵順序，人員只需通過監(jiān)測系統(tǒng)對設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控［6］。系統(tǒng)具有保護(hù)和故障自診斷功能，可以對供電電壓、電機(jī)電流、電機(jī)軸承溫度及水流壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，PLC會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，停止故障水泵的運(yùn)行；系統(tǒng)具有對參數(shù)信息實(shí)時(shí)顯示功能，水泵真空度、運(yùn)行水泵數(shù)目、排水流量、排水壓力、設(shè)備溫度等參數(shù)信息都可以通過人機(jī)界面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示［7］。主排水管道整個(gè)系統(tǒng)采用4臺(tái)主排水泵，平時(shí)1臺(tái)主排水泵工作，2臺(tái)主排水泵備用，1臺(tái)主排水泵處于檢修狀態(tài)。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 煤礦排水遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 排水泵控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1）排水系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。為滿足設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)的控制部分硬件是以S7-300可編程控制器為核心的控制芯片，還有傳感器、轉(zhuǎn)換器及輸入輸出接口電路等。排水系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 排水系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2）排水系統(tǒng)的信號采集。排水系統(tǒng)的信號采集包括模擬量信號采集和數(shù)字量信號采集。信號采集工作主要通過傳感器來完成，主要包括井下水倉液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等。液位傳感器可以實(shí)現(xiàn)對水位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將得到的水位連續(xù)信號與模擬輸入模塊連接，再傳給PLC控制系統(tǒng)，在界面上實(shí)時(shí)顯示水位的監(jiān)測情況。溫度傳感器分別對水泵軸溫和電動(dòng)機(jī)的溫度進(jìn)行監(jiān)測。壓力傳感器用來對管道中的氣體和液體的壓力進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，并實(shí)時(shí)顯示被測點(diǎn)的差壓值。

3）PLC控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、電控設(shè)備、信號收集裝置等共同組成了PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)通過收集到的各種信號和數(shù)據(jù)信息來判斷相關(guān)設(shè)備的閥位是否處于正常狀態(tài)，各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的溫度是否超過預(yù)設(shè)值，負(fù)載信號和壓力信號是否正常，即對信號處理并進(jìn)行邏輯判斷，然后對故障進(jìn)行診斷。在確定各項(xiàng)指標(biāo)均處于正常情況時(shí)，即可啟動(dòng)水泵。

2.3 排水泵控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及工作原理

1）PLC程序設(shè)計(jì)。PLC程序采用西門子生產(chǎn)的S7-300標(biāo)準(zhǔn)軟件，應(yīng)用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表來編制程序。編制程序時(shí)，首先對硬件參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。整個(gè)程序包括水位信息監(jiān)測、啟動(dòng)水泵、參數(shù)檢測、故障報(bào)警、水泵故障停止等。排水泵控制系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 排水泵控制系統(tǒng)流程

2）組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件在PLC主排水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控。借助組態(tài)軟件編程，可以生成人機(jī)交互界面，顯示控制畫面、參數(shù)顯示信息、故障報(bào)警記錄等信息。操作人員要想對系統(tǒng)進(jìn)行控制，只需要通過觸摸屏即可實(shí)現(xiàn)，并且將相關(guān)的檢測參數(shù)顯示出來。

3 結(jié)語

通過對程序進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對水位的自動(dòng)監(jiān)測，同時(shí)使系統(tǒng)具有自動(dòng)診斷功能，并且通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控、泵房自動(dòng)控制、水泵輪流切換、報(bào)警及檢測功能，設(shè)備安全可靠運(yùn)行，減少了人力投入，提高了工作效率。該系統(tǒng)對于預(yù)防井下水災(zāi)事故，保障煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。