淺析PLC在煤礦排水系統中的應用

摘要：隨著計算機控制技術的迅速發展，以微處理器為核心的可編程序控制器(PLC)控制已逐步取代繼電器控制，普遍應用于各行各業的自動化控制領域。利用PLC自動檢測水倉水位和其它參數，根據水倉水位的高低、礦井用電信息等因素，建立數學模型，合理調度水泵運行，可以達到避峰填谷及節能的目的。

關鍵詞：PLC 排水 控制系統

0 引言

可編程序控制器(PLC)控制普遍應用于各行各業的自動化控制領域，煤炭行業也不例外，但目前煤礦井下排水系統仍多采用繼電器控制，水泵的開停及選擇切換均由人工完成，還做不到根據水位或其它參數自動開停水泵，這將嚴重影響井下排水泵房的管理水平和經濟效益的提高。隨著煤礦生產的發展和技術進步，PLC控制系統必將逐步取代老式的繼電器控制系統，使電氣控制系統工作更可靠，更容易維修，更能適應經常改造的工藝條件。PLC是當代工業自動化可選的標準設備。

1 系統功能

①PLC控制程序采用模塊化結構，系統可按程序模塊分段調試，分段運行。②系統根據水位和壓力控制原則，自動實現水泵的輪換工作，延長了水泵的使用壽命。③系統可根據投入運行泵組的位置，自動選擇啟動就近的真空泵，若在程序設定的時間內達不到真空度，便自動啟動備用真空泵。④系統根據電網負荷和供電部門所規定的平段、谷段、峰段供電電價時間段，以“避峰填谷”原則確定開、停水泵時間，從而合理地利用電網信息，提高礦井的電網運行質量。⑤PLC自動檢測水位信號，計算單位時間內不同水位段水位的上升速率。從而判斷礦井的涌水量，自動投入和退出水泵運行臺數，合理地調度水泵運行。⑥具有故障記錄，歷史數據查詢等功能。⑦系統具有通訊接口功能，實現遙測遙控功能。⑨系統保護功能有：超溫保護、流量保護、電動機故障、電動閘閥故障。

2 系統構成

整個自動控制系統由數據自動控制、數據采集、通訊接口、自動輪換工作、動態顯示及故障記錄報警構成。

2.1 自動控制系統控制設計由PLC機架、CPU、數字量l，o、模擬量輸入、電源、通訊等模塊構成。PLC自動化控制系統根據水倉水位的高低、井下用電負荷的高、低峰和供電部門所規定的平段、谷段、峰段供電電價時間段(時間段可根據實際情況隨時在觸摸屏上進行調整和設置)等因素，建立數學模型，合理調度水泵，自動準確發出啟、停水泵的命令，控制5臺水泵運行。

為了保證井下安全生產，系統可靠運行，水位信號是水泵自動化一個非常重要的參數，因此，系統設置了兩套水位傳感器，模擬量和開關量傳感器，兩套傳感器均設于水倉的排水配水倉內，PLC將接受到的模擬量水位信號分成若干個水位段，計算出單位時間內不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，同時檢測井下供電電流值。計算用電負荷率，根據礦井涌水量和用電負荷，控制在用電低峰和一天中電價最低時開啟水泵，用電高峰和電價高時停止水泵運行，以達到避峰填谷及節能的目的。

2.2 數據采集數據自動采集與檢測主要分為兩類：模擬量數據和數宇量數據。模擬量檢測的數據主要有：水倉水位、電機工作電流、水泵軸溫、電機溫度、3趟排水管流量；數字量檢測的數據主要有：水泵高壓啟動柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態、電動閥的工作狀態與啟閉位置、真空泵工作狀態、電磁閥狀態、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力。數據自動采集主要由PLC實現，PLC模擬量輸入模塊通過傳感器連續檢測水倉水位，將水位變化信號進行轉換處理，計算出單位時間內不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，控制排水泵的啟停。電機電流、水泵軸溫、電機溫度、排水管流量等傳感器與變送器，主要用于監測水泵、電機的運行狀況，超限報警，以避免水泵和電機損壞。PLC的數字量輸入模塊將各種開關量信號采集到PLC中作為邏輯處理的條件和依據，控制排水泵的啟停。在數據采集過程中，模擬量信號的處理是將模擬信號變換成數字信號(A，D轉換)，其變換速度由采樣定律確定。

2.3 通訊接口PLC通過通訊接口和通訊協議，與觸摸屏進行全雙工通訊，將水泵機組的工作狀態與運行參數傳至觸摸屏，完成各數據的動態顯示：同時，操作人員也可利用觸摸屏將操作指令傳至PLC，控制水泵運行。PLC同時將水泵機組的運行狀態與參數經安全生產監測系統分站傳至地面生產調度監控中心主機，與全礦井安全生產監控系統聯網，管理人員在地面即可掌握井下排水系統設備的所有檢測數據及工作狀態，又可根據自動化控制信息，實現井下排水系統的遙測、遙控，并為礦領導提供生產決策信息。觸摸屏與監測監控主機均可動態顯示排水系統運行的模擬圖、運行參數圖表，記錄系統運行和故障數據，并顯示故障點以提醒操作人員注意。

2.4 輪換工作為了防止因備用泵及其電氣設備或備用管路長期不用而使電機和電氣設備受潮或其他故障未經及時發現，當工作泵出現緊急故障需投入備用泵時，而不能及時投入以至影響礦井安全，系統程序設計了5臺泵自動輪換工作控制，控制程序將水泵啟停次數及運行時間和管路使用次數及流量等參數自動記錄并累計，系統根據這些運行參數按一定順序自動啟停水泵和相應管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻，當某臺泵或所屬閥門故障、某趟管路漏水時，系統自動發出聲光報警，并在觸摸屏上動態閃爍顯示，記錄事故，同時將故障泵或管路自動退出輪換工作，其余各泵和管路繼續按一定順序自動輪換工作，以達到有故障早發現、早處理，以免影響礦井安全生產的目的。

2.5 動態顯示系統通過圖形動態顯示水泵、真空泵、電磁閥和電動閥的運行狀態，采用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警。直觀地顯示電磁閥和電動閥的開閉位置，實時顯示水泵抽真空情況和壓力值。用圖形填充以及趨勢圖、棒狀圖方式和數字形式準確實時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發出預告信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警，用不同音響形式提醒工作人員注意并及時檢修，避免水泵和電機損壞。

3 結束語

利用PLC自動控制及運行參數自動檢測，動態顯示，并將數據傳送到地面生產調度中心，進行實時監測及報警顯示。系統通過觸摸屏以圖形、圖像、數據、文字等方式，直觀、形象、實時地反映系統工作狀態以及水倉水位、電機工作電流、電機溫度、軸承溫度、3趟排水管流量等參數，并通過通訊模塊與綜合監測監控主機實現數據交換。該系統具有運行可靠、操作方便、自動化程度高等特點，并可節省水泵的運行費用。