煤礦井下主排水泵控制系統研究

古勝利

（三門峽市觀音堂煤業有限公司，河南 義馬 472300）

我國是一個煤炭資源極其豐富的國家，煤礦行業作為我國繁榮穩定發展的基礎在長時間以來的發展下也獲得了長足的進步。目前我國大部分煤礦井下排水泵自動控制系統都是傳統的繼電器模式。傳統繼電器模式下的排水系統自動化程度較低，在遇到緊急突發事件時無法及時作出相應的處理措施，難以滿足目前煤礦行業的發展需求。

一、PLC煤礦主排水泵自控系統功能及結構設計

（一）系統功能

基于PLC的煤礦主排水泵自控系統的設計應滿足以下幾方面的功能需求。

1.系統控制

主白水泵自動控制系統應包括手動控制、半自動控制和自動控制3種控制方式，其中，手動控制的實現是以控制箱為依托的，而排水泵水流的流通方式也同傳統的人工控制類似。半自動控制主要是在同時開啟多臺排水泵且進行人工選擇后，通過對PLC程序進行設定而實現的水泵啟停控制方式。自動控制則無需人工參與，將排水泵的啟動和停止等相關功能全部交由PLC程序來完成，最終將礦井內的水全部排出。

2.保護功能

保護功能要求主排水泵自控系統能夠實現對主排水泵故障的診斷，且能夠對發電機的電流、電壓以及定子與軸承溫度進行實時監測，一旦發現相關參數的檢測值超出設定范，便會發出告警，提示操作人員停止進行排水泵的使用。

3.排水泵各類參數信息的實時顯示

借助人機交互界面將單臺主排水泵的流量以及排水管路的總流量等進行實時顯示，使系統監控人員能夠及時了解排水泵的排水情況。

（二）結構層次

基于PLC的煤礦主排水泵自動控制系統主要分為3個結構層次，分別為地面監控層以及PLC管控層和機械設備層

1.對地面監控層進行設計

地面監控層主要由電視監控系統、監控組態軟件以及工控機共同構成，且各系統和設備主要以防爆型網絡攝像機和PLC（可編程邏輯控制器）輔以相應長度的光纜進行連接。其中，PLC主要負責采集排水泵的各項運行參數；工控機主要負責對PLC及相關組件進行狀態檢測；組態軟件主要負責將PLC采集的水泵運行參數進行實時顯示和存儲，同時做好記錄。對于地面指揮中心的操作人員而言，其只需進行鼠標操作，便可實現對主排水泵不同泵組的控制。

2.對PLC管控層進行設計

PLC管控層是主排水泵自動控制系統的核心，主要由信號采集、數據交換設備以及數據采集處理系統等共同構成。對PLC在主排水泵自控系統中的應用進行分析可知，其主要作用是對各類信號進行全面的處理和分析，且通過對參數進行記憶實現對相關故障的自診斷。此外，系統中的單片機還能夠準確判斷出礦井水位，從而對開啟水泵的數量及所開水泵的啟停狀態進行準確判斷，實現對主排水泵作業的自動化控制。

3.對系統的機械設備層進行設計

機械設備層主要由吸水管道、電機以及水泵、排水管道和管道閥門共同構成。由于基于PLC的主排水泵自控系統大都是在原有系統設備的基礎上進行設計和實現的，因此，只需對部分設備做出相應改動即可。需要說明的是，除了字排水、吸水管道、水泵和電機等方面進行相應結構變更使其滿足液面傳感器和溫度傳感器等設備的安裝需求外，還應以可控電動閥門替換原有的注水與排水閥門，并通過保留人工操作方式以確保系統發生故障時，主排水泵仍然能夠正常運行。

二、基于PLC的自動控制系統程序設計與應用

（一）PLC程序設計

設計PLC程序首先對硬件模塊組態和軟件調試。生成網絡中的各個模塊，并對各模塊的數據進行設置，同時確定硬件模塊組態的輸入/輸出模塊(I/O模塊)地址，奠定良好的順序控制程序編制基礎。啟動PLC后應進行初始化設置，在進行手動/自動控制設計，進入系統控制程序流程。控制程序流程由水倉水位與運行狀態檢測、水泵機組啟停、故障診斷與報警和故障啟停等模塊構成，整套控制程序流程。應用STEP7軟件采取在線連接方式對下載編制好的程序進行調試，實現對程序運行狀態進行實時動態監測、對數據強制更新和輸入/輸出信號的強制開/關等功能。

（二）組態軟件程序設計

組態軟件程序的設計是生成人機交互界面，便于開展實時動態監測。應用西門子的WINCC自動化監控軟件設計程序，可生成標準化輸出/輸入域、棒圖、趨勢圖和矢量圖等，同時具有動態性能的屬性，實現對系統運行的可視化監控，通過人機交互界面顯示集成消息和故障診斷信息。水泵操作工只需通過設備顯示觸摸屏就可實現對系統的可視化控制。并通過光纜與地面上位機進行同步通信，達到遠程監控的目的。

結束語

在煤礦礦井開采過程中時常會出現地下水涌現的狀況，為了保證礦井下工作人員的安全和煤礦挖掘工作的順利進行就需要使用排水泵將礦井內的積水及時抽出。由此可見在煤礦開采過程中排水設備是不可或缺的，而實現煤礦排水泵的自動化控制管理是目前機械自動化進程的必然趨勢和煤礦開采生產的實際需求。因此對PLC技術下的煤礦主排水泵自動控制系統設計進行詳盡的分析與研究對于提高煤礦挖掘生產具有深刻的現實意義。