PLC在煤矿主排水系统的应用.doc

PLC在煤矿主排水系统的应用摘要：该文是为了应对目前煤矿主排水系统存在的安全隐患，对主排水系统进行深入研究，采用数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器为研究基础，取代原有的继电器人工控制，实现井下泵房的远程控制与监测，是综合自动化建设的重要组成部分。该文充分分析了PLC煤矿主排水系统的结构、功能和自动排水的程序设计。为自动排水提出了解决方案，降低了危险系数，提高了经济效益。关键字：PLC 自动化 排水系统1 引言 煤矿是事故高发区，其中重大事故来源之一就包括水的涌入与排放治理。因此，煤矿排水设施的安全性、可靠性和先进性与人身安全息息相关。煤矿排水系统需实现在安全生产指挥调度中心对井下排水系统泵房的所有设备进行网络监视和控制，做到泵房无人值守、设备安全可靠运行，才能切实保证排除煤矿安全隐患1。煤矿井下水泵是煤矿生产的主要设备之一，实现井下泵房的远程控制与监测，是综合自动化建设的重要组成部分。目前,在矿井泵房的排水系统设计中 ,一般设置多台多级离心水泵 ,一组工作、一组备用 ,并设置了用于轮换检修的水泵。这些水泵电压高、功率大、运行工况复杂，人工很难做到实时监控。另外，对于水泵启动前吸水管路的充水（抽真空）、水仓水位监测、泵房内设备的运行与管理等工作 ,普遍采用人工操作方式，而自动化控制能改变传统模式操作过程繁琐、劳动强度大、人为因素多、启泵时间长、自动化程度低。采用PLC控制的煤矿主排水系统将会为提高安全生产奠定坚实的基础。2 控制系统的结构设计PLC自动排水系统可以由计算机自动检测水仓水位并自动控制某一水泵的开启停止运行状况，自动检测体系指标是否正常并分析处理以维护设备。系统采用全分布式结构。主要有井下控制分站、就地控制箱、各种传感器及控制主站构成，控制主站位于控制室。所有数据均有以太网或工业总线进行传输。PLC与传感器之间采用矩阵结构连接。控制分站采用PLC核心单元，具有房潮、抗干扰能力强。现场易编程、易维护等特点，因此能达到煤矿行业的稳定，安全的要求2。该系统主要有以下几个特点：1.通讯方法：运用先进的总线设备或者工业以太网作为媒介，保证信息的实时传达，将事故隐患的发生条件控制在萌芽状态。充分维护各个设备之间的通信同步性，减少各设备脱节，提高系统的工作效率。2.环网冗余技术：煤矿主排水系统应用环境十分恶劣，因此通讯通道容易发生故障。环网冗余技术提供多样弹性拓扑应用；对于信道间的连接，提供冗余功能 ，拥有主线路与备份线路，当主线路故障时，备用线路会立即启用，让系统可以无限扩充与延伸，避免两个之间通讯中断。此外，可通过一台交换机连接二个环网，提高规划弹性及降低布线成本。以此创造更优质的工业以太网环境，提高系统的可靠性。3.在异构系统互连互通：本设计方案分别在网络级和串口级提供了多种符合国际主流标准的接口方式，便于各种子系统的接入，实现最大限度的信息共享。4.系统精确、稳定：系统能够安全运行，避免了认为的失误造成的巨大的人员伤害和经济损失。为矿上的安全生产奠定了坚实的基础3。2 控制系统的功能设计1.实时数据检测：通过地面主机能监视个水泵的运行情况，和主要的运行参数。如水泵的开停状态，电压电流差数，和电机轴承温度，水流量大小和水的压力。可以根据实时数据分析设备运行状态，做出报警提示，为设备的安全稳定运行提供了可靠的依据。2.对设备的运行进行全自动管理：根据煤矿的具体情况可以设定不同的运行方式，由电脑控制设备的运行，水位达到一定的高度有电脑控制某个水泵的开停，设备运行时由计算机分析设备的运行情况，如某一参数不在完全运行范围内有计算机发出报警，并做出相应的处理。3.安全稳定组态软件：能24小时稳定运行，易于操作维护，动画效果美观大方。能动态的显示各设备的运行情况。4.强大的报表功能：能查询出个设备的不同时段的运行状态，和设备操作记录，对一些必要的运行参数可以定期打印报表以达到检测的目的。5. 手动模式实现手动检修功能。自动模式下由PLC通过开关量输出模块控制被控设备，当系统转为手动模式，或者PLC故障、PLC失电等特殊情况下，系统自动转为手动模式，可以通过操作就地控制柜上的按钮以纯继电控制的方式进行手动操作，而不是通过PLC或数据口通讯的方式控制被控设备。图2 手动模式自动检修实现图6.可靠的早期预警系统 对每台泵正常运行时的电流、电压、压力、流量、真空度、温度、振动、参数变化的时间等等参数形成一套有针对性的“配方”，与运行时参数进行比较，能够早期发现系统中存在的隐患4。3 水泵的工作原理水泵依据水仓水位来检测判断是否超限（H1）、报警（H2）、启动（H3）或者停机（H4）。在水位仅仅过最低水位线时，开启一台水泵，当系统第一次运行，开启一号泵，以后按照运行时间的多少，选择运行时间最少的泵开启，如果所选水泵为检修状态，则开启下一序号的水泵。当开启一台水泵运行一段时间后，发现水位仍然上涨，则顺序开启下一序号的水泵。当水位下降到低水位限以下时，则停止一台运行时间最长的水泵。对于具备开启条件的水泵，在开启前首先启动真空系统，检测真空度，真空度达到后即可开启。当水位超过警戒水位时(出现涌流)，水泵除检修泵外全部开启。当水泵出现故障时，及时停泵，检修。根据矿方的实际需求，可根据避峰填谷的需求进行相应的调整该无人值守系统以水仓水位作为水泵的起停的基本条件，在此条件满足的前提下，然后再根据均匀磨损的原则、电价避峰填谷的原则实现水泵的起停。该原理为：依据设定的水位限值：H1、H2、H3、H4，当水位达到报警水位时，首先对电网的负荷进行监测，若处于用电谷段或平段时，可以立即启动；若处于用电峰段，则暂缓启动。当水位继续上升至超限水位时，则不论电网负荷如何，必须立即启动水泵。若水位继续上升到超限水位时，则表明一台水泵的排水量已不足以排除矿井出水，以矿井的最大排水能力来排除矿井涌水。不论投入几台水泵，水位必须下降到低限水位方可停泵。即当PLC读取的水仓水位值为H4时，表示水仓水位低于低限水位，水泵机组将不投入运行；水位值H3，并且时间为电价谷段或者平段时间，一台水泵机组投入运行，如果为峰段时间，则等待水位上涨到H2时再投入一台水泵机组运行。当一台机组处于运行状态时水位仍然上涨到H1，则继续投入一台机组运行，如果水位仍然上涨，则陆续投入所有水泵。机组运行至水位下降到H4时，水泵机组限出运行。4 总结本文设计总结了PLC在煤矿主排水系统中的特点及其应用。简述了自动排水的工作原理及其采用的技术，对于煤矿安全具有重要意义。参考文献1 于治富，李旭明，商德勇，潘岳基于PLC的煤矿主排水泵自动控制系统设计J煤矿机械。2010