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摘 要： 摘 要: 煤礦排水系統的安全性和可靠性是煤礦井下安全的重要保障。本文重點闡述了此套基于 PLC 的煤礦排水系統的功能實現。 關鍵詞: PLC; 煤礦排水; 控制系統 煤礦事故在我國屬于高發性事故，據統計我國 2016 年全年共發生煤礦水害事故 6 起，死亡 21 人，觸
摘 要: 煤礦排水系統的安全性和可靠性是煤礦井下安全的重要保障。本文重點闡述了此套基于 PLC 的煤礦排水系統的功能實現。
關鍵詞: PLC; 煤礦排水; 控制系統
煤礦事故在我國屬于高發性事故，據統計我國 2016 年全年共發生煤礦水害事故 6 起，死亡 21 人，觸目驚心的數字除了帶給我們警醒之外，也給礦井排水提出了新的要求。
1 功能設計
傳統井下排水技術要求高，且排水策略和控制方式也嚴重落后。設備無法集控，信息收集誤差大，設備數據掌握不精確，導致故障無法得到及時解決。控制策略落后，主要依照人工經驗判定，缺乏足夠的科學依據，無法對水位、涌水量以及水泵運行狀態進行精確控制，使得系統可靠性大大下降。系統運行效率低，設備不適應節能減排要求。因此煤礦排水系統的自動化程度、安全性和可靠性直接關系到井下工人人身安全，因此，考慮到相應和全時作業的需求，開發出基于 PLC 技術的煤礦井下排水自動控制系統，以期提高排水效率，減輕人員工作量，提升煤礦井下作業安全性的目的，將系統主要功能設計如下。
出于對煤礦排水重要性的考慮，設計了三種控制模式即: 遠程控制、井下集中操控和原地控制。進行遠程控制時，由監測設備對水倉水位等關鍵數據進行檢測，并根據工作水泵數量，開啟順序及各泵工作持續工作時長等要素做出判定，有可編程控制器執行預設程序。與此同時，監控中心工作人員也可以通過監控界面，完成對相關設備的啟閉控制。當水泵操作臺設置為集中控制模式時，操作員可以按預設程序對各水泵進行半自動控制，即通過操作臺按鈕開關將命令傳遞至可編程控制器，并有后者執行控制命令，此為井下集中操控。而當水泵操作臺設置為就地控制模式時，通過為每臺水泵配置的就地操作按鈕箱，操作員即可操作按鈕開關完成對單臺水泵及配套設備的啟停處理。而對每臺水泵而言，則設置成三種不同的工作模式，即在本次操作中被優先開啟的工作模式，在本次操作中出于備用，當當已有水泵無法滿足排水需要即可開啟的備用狀態和水泵出于檢查維修，暫時停用的檢修狀態。系統根據水倉水位及升速信號判斷涌水量，作出自動啟停水泵動作及工作水泵數量。當僅需少數水泵工作時，系統根據單臺水泵累計運行時間，對所有水泵進行適度輪換。
井下環境條件復雜，對排水設備整機的保護必須十分周全。電機是排水系統的核心元件，當其出于過流、欠壓或超壓、超載等故障時，井下電網監控系統會對以上參數進行監測，并根據故障狀態借由上位機和 PLC 之間的通信發出報警并進行控制。作為自動抽水系統，水泵并非在任何時候都處于工作狀態，必須先啟動真空泵監測真空管路壓力值大小，只有當壓力達到預設值時，水泵電機方才開啟，與此同時，真空管路閥門關閉，此時排水管內的水壓成為監測元素。但如果此中有故障發生，管內壓力無法達到固定值時，系統便會啟動自動當在一定時間內壓力沒有達到設定值時，系統就會自動停止水泵運行，并發出報警信號。
水倉水位信號對井下排水自動自動化而言是一個十分重要的參數。本系統中一共在水倉內設置有兩套水位傳感器，模擬量液位傳感器和開關量液位開關。前者用以連續監測連續水倉水位，并傳輸至地面控制中心。后者則根據測得低水位、高水位和上限水位并與預設值進行對比后，發出啟閉泵控制信號并發出水位語音報警。除去這三種種主要保護以外，系統還設置有電動閘閥保護、保護水泵軸承免受高溫破壞的溫度的超溫保護。
系統的自動化運行離不開對各要素的自動監測，因此本系統中設置了大量的自動監測設備。水位信號是水泵自動化的重要的參數之一，本系統中采用的是超聲波液位計，對缺水、低水位、高水位、高水位報警等四種不同的信號進行監測，同時結合峰谷電價的具體安排對水泵的工作進行靈活的配置，既保證水位安全也起到節能減排低耗電的效果。水泵出口的閘閥開度、水壓以及及電動機電流大小都是影響水泵流量的重要因素，而這些參數也能最大程度地反應水泵的工作狀況，因此流量是排水系統中不可忽視的檢測要素，本系統中同樣采用的是超聲波流量計，當水泵工作過程中流程不足，便會發出信號，啟動配備的保護裝置，自動切換至其他水泵。除以上自動監測設備外，本系統還配備使用壓力傳感器進行水壓自動監測，紅外溫度傳感器對軸溫進行自動監測，智能電量采集模塊對電動機電流、電壓、功率等要素進行電流自動監測，真空度傳感器第泵內壓力值和真空度等進行真空度監測。
2 系統組成及設計簡述
考慮到以上設計功能，除了配置前文所述自動監測設備和安全保護裝置外，還包括以下硬件組成，如:地面上位機、遠程視頻監控系統、信息傳輸平臺、隔爆兼本質安全型 PLC 控制箱、顯示操作臺等。PLC 是整部系統的大腦，在選擇時主要從其結構、擴展性和通信能力等方面進行考慮，綜上本系統選擇了西門子 S7-200 CPU226 系列 PLC，其擴展模塊如下表所示。而組態軟件采用的也是西門子旗下的 WinCC。
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3 結語
煤礦排水系統是煤礦井下安全的重要保障，對改善井下工作條件，降低工人勞動強度，保障排水系統安全運行具有重要的實踐意義，同時為井下無人值守和自動化反應觸發奠定了物質基礎。值得在更大范圍進行推廣。
參考文獻:
[1]李亞哲.煤礦井下主排水系統工業流程及其自動控制系統設計[J].工礦自動化，2011( 5) .
