鄭強+張明

摘 ?要：采用PLC自動監(jiān)測水倉水位，根據(jù)水倉水位的高低與各臺水泵連續(xù)開機次數(shù)累加等參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，合理調(diào)度水泵，實現(xiàn)其全自動運轉(zhuǎn)，準(zhǔn)確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制設(shè)備運行。介紹了PLC在北宿煤礦井下二水平排水控制系統(tǒng)的組成、功能、特點及應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：PLC;井下排水系統(tǒng);自動控制;北宿煤礦

一、概述

井下泵房排水系統(tǒng)作為煤礦生產(chǎn)的主要設(shè)備，擔(dān)負著井下排水防澇的重要任務(wù)。但是，目前煤礦井下主排水系統(tǒng)控制和管理水平都相對比較落后，與國外相比具有很大的差異。主要表現(xiàn)有：在電氣控制上，自動化監(jiān)控程度較低，水泵的開停及選擇切換均需要人工完成，還做不到根據(jù)水位等參數(shù)自動開停水泵;在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統(tǒng)計都是手工操作。這些都影響了排水系統(tǒng)的管理和經(jīng)濟效益的提高。

北宿煤礦-290m水平的中央泵房內(nèi)安裝三臺MDM280-43

×3多級離心式排水泵，每臺水泵的流量為280 m3/h，揚程129M，配帶電機容量為160KW，電壓為660V。我們對三臺水泵及其附屬的抽真空系統(tǒng)與管道電動閥門等裝置實施了自動控制改造，實現(xiàn)了基于PLC的自動控制，并能夠?qū)崿F(xiàn)運行參數(shù)自動檢測和動態(tài)顯示，并將數(shù)據(jù)傳送到地面生產(chǎn)調(diào)度中心，進行實時監(jiān)測及報警顯示。

二、設(shè)計模型及依據(jù)

系統(tǒng)是根據(jù)水倉水位的高低與連續(xù)開機次數(shù)累加等參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，合理調(diào)度三臺排水泵，實現(xiàn)其全自動運轉(zhuǎn)，;同時由PLC控制柜上的觸摸屏實時顯示監(jiān)測水泵的運轉(zhuǎn)參數(shù)。

水泵的開機順序為：打開射流電磁閥（每泵二只）自動灌引水、開啟排水泵、自動打開排水管路上氣動閥、關(guān)閉射流電磁閥，實現(xiàn)排水泵自動開機。

水泵的關(guān)機順序為：自動關(guān)閉排水管路上電動閥、關(guān)閉排水泵，實現(xiàn)排水泵自動關(guān)機。

系統(tǒng)將水倉水位的上限、下限分別設(shè)置兩級。水位上限為：一級（高）、二級（高高）;水位下限為：一級（低）、二級（低低）。

水位上限時的開機順序：一級超限時，起動第一臺水泵運行排水，二級超限時聲光告警，啟動第二臺水泵運轉(zhuǎn);在水位下限時的停機順序與開機時相反，分別為：一級低限時，停止一臺水泵運行排水，二級低限時停止第二臺水泵運轉(zhuǎn)。

下次開機時的開機順序由各臺水泵的開機次數(shù)的累加值決定，實現(xiàn)各臺水泵輪換運轉(zhuǎn)，即開機次數(shù)最少的水泵下次開機時應(yīng)優(yōu)先開機，開機次數(shù)最多的水泵下次應(yīng)最后開機。并且，單臺水泵的單次運行時間最多為8個小時，超過8個小時時，系統(tǒng)自動停止此臺水泵運行，并自動開啟下一臺水泵。以使各臺水泵具有較為平均的開機時間累加，延長其使用壽命，保證安全生產(chǎn)。開機次數(shù)達到50次時，在觸摸屏上顯示維護信息，確認(rèn)后，開機次數(shù)復(fù)位為零。

三、系統(tǒng)監(jiān)控與保護

數(shù)據(jù)自動采集與檢測主要分為兩類：模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)。模擬量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水倉水位、電機工作電流、電機溫度、3趟排水管流量;數(shù)字量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水泵軟啟動器的狀態(tài)、電動閥的工作狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力。

水倉水位是系統(tǒng)的最主要參數(shù)，它通過裝在水倉頂部的兩臺超聲波料位計來采集的，精度可達到1mm。其他參數(shù)的監(jiān)測主要是用于在PLC中作為邏輯處理的條件和依據(jù)，控制排水泵的啟停以及監(jiān)測水泵、電機的運行狀況，超限報警，以避免水泵和電機損壞。

動態(tài)模擬顯示選用人機公司的MT-508S型觸摸式工業(yè)圖形顯示器（觸摸屏），系統(tǒng)通過圖形動態(tài)顯示水泵、電磁閥和電動閥的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警。實時顯示水泵抽真空情況和出水口壓力值 。用圖形填充以及趨勢圖、棒狀圖方式和數(shù)字形式準(zhǔn)確實時地顯示水倉水位。自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)據(jù)，并在屏幕上端循環(huán)顯示正在出現(xiàn)的故障，并伴有聲音報警，直到故障消除，以提醒工作人員及時檢修，避免水泵和電機損壞。PLC與觸摸屏通訊的同時也和地面監(jiān)控中心通訊，實時傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。

四、控制模式

系統(tǒng)控制具有自動、半自動和手動檢修3種工作方式。自動時，由PLC檢測水位、壓力 及有關(guān)信號，自動完成各泵組運行，不需人工參與;半自動工作方式時，由工作人員選擇某 臺或幾臺泵組投入，PLC自動完成已選泵組的啟停和監(jiān)控工作;手動檢修方式為故障檢修和 手動試車時使用，當(dāng)某臺水泵及其附屬設(shè)備發(fā)生故障時，該泵組將自動退出運行，不影響其 它泵組正常運。PLC柜上設(shè)有該泵的禁止啟動按鈕，設(shè)備檢修時，可防止其他人員誤操作。并且，系統(tǒng)設(shè)有管理權(quán)限，只有輸入正確密碼后才可以進行單個設(shè)備的試機及檢修工作， 以保證系統(tǒng)安全可靠。系統(tǒng)可隨時轉(zhuǎn)換為自動和半自動工作方式運行。

結(jié)論：從長遠看，北宿煤礦泵房排水系統(tǒng)自動化改造提高設(shè)備運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性;提高了工人的工作效率，能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守;方便統(tǒng)一調(diào)度和集中管理，提高了管理水。因此，泵房控制自動化是現(xiàn)代化礦井的發(fā)展趨勢。endprint