煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

靳宇峰 (長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，山西 長(zhǎng)治 046000)

煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

靳宇峰 (長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，山西 長(zhǎng)治 046000)

基于PLC設(shè)計(jì)了煤礦井下自動(dòng)排水控制系統(tǒng)，具體介紹了系統(tǒng)總體框架、系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)內(nèi)容。實(shí)踐表明，利用該系統(tǒng)可用監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位變化情況并實(shí)現(xiàn)井下自動(dòng)排水，從而為煤礦安全生產(chǎn)提供保障。

PLC；煤礦；自動(dòng)排水系統(tǒng)

我國(guó)煤炭資源豐富，但在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，由于開(kāi)采設(shè)備過(guò)于老化，開(kāi)采技術(shù)更新過(guò)慢，導(dǎo)致煤礦安全事故頻發(fā)[1]。為此，筆者對(duì)煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)進(jìn)行了研究，以便為煤礦安全生產(chǎn)提供幫助。

1 系統(tǒng)總體框架

設(shè)計(jì)煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)的目的主要是對(duì)水倉(cāng)水位變化情況進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)和管理，以便及時(shí)排水。煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分，硬件系統(tǒng)主要由主控制器、排水變阻系統(tǒng)構(gòu)成，軟件系統(tǒng)主要包括PLC主控制系統(tǒng)軟件和水泵自動(dòng)排水系統(tǒng)軟件。上位機(jī)可動(dòng)態(tài)顯示水倉(cāng)水位、水泵流量、管路靜壓、水泵壓力、電機(jī)電流、電壓及水泵電機(jī)、電磁閥和電動(dòng)閥的各種工作狀態(tài)，以及超限報(bào)警、故障點(diǎn)自動(dòng)閃爍和故障畫(huà)面自動(dòng)彈出[2-3]。此外，還具有故障記錄和歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1主控制器

利用西門(mén)子S7-300 PLC(可編程邏輯控制器)作為系統(tǒng)的主控制器[4]，合理調(diào)節(jié)水泵的開(kāi)關(guān)，并根據(jù)信號(hào)燈的調(diào)整，及時(shí)對(duì)排水管道中的電器閥門(mén)進(jìn)行調(diào)整，將半自動(dòng)開(kāi)關(guān)和每臺(tái)水泵的開(kāi)關(guān)按鈕進(jìn)行調(diào)整，恢復(fù)信號(hào)位置，將水泵的最大承載量進(jìn)行細(xì)化，并對(duì)倉(cāng)庫(kù)水位、水口壓力、電機(jī)口溫度、排水管流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

2.2排水變阻系統(tǒng)

圖1 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

排水變阻系統(tǒng)的控制體系依據(jù)水溫變化來(lái)掌握水壓的運(yùn)行狀況，而井下的排水量是不穩(wěn)定的，所以，在通常狀況下，測(cè)試程序不但要不間斷地測(cè)試水溫排水狀況，還要將輸出水位訊號(hào)傳輸?shù)絇LC程序進(jìn)行處理，并在出現(xiàn)水位異常時(shí)發(fā)出預(yù)警訊號(hào)，這樣方便程序管理人員時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排水狀況。PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)上述控制要求，設(shè)計(jì)了PLC各模塊連接圖(見(jiàn)圖2)。

圖2 PLC各模塊連接圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖3 水泵自動(dòng)排水控制流程圖

設(shè)計(jì)中采用SIEMENS SIMATIC STEP75軟件編程，其最大特點(diǎn)能夠?qū)λ玫膶?shí)際操作環(huán)節(jié)展開(kāi)針對(duì)性的程序調(diào)節(jié)，通過(guò)主控制系統(tǒng)的程序模擬和采集，對(duì)水泵、水管的智能化運(yùn)行和報(bào)警子程序進(jìn)行測(cè)算[4-5]。

3.1PLC主控制系統(tǒng)軟件

PLC主程序包括初始化和運(yùn)行方式的篩選，該程序包括全自動(dòng)、半自動(dòng)與手工3種方式，為了保證程序的可靠程度，設(shè)置人工掌控方法與優(yōu)先權(quán)最高。操作程序執(zhí)行之后，為了保證電力程序的穩(wěn)固運(yùn)行，設(shè)置為人工系統(tǒng)運(yùn)行，利用PLC控制程序?qū)ε潘窟M(jìn)行預(yù)測(cè)并顯示水泵流量、電動(dòng)閥門(mén)的信號(hào)燈的警鈴開(kāi)關(guān)信號(hào)。此外，通過(guò)PLC對(duì)電磁閥和電動(dòng)閥的各種工作狀態(tài)進(jìn)行超限報(bào)警，以便工作人員對(duì)其做出判斷后再向其發(fā)出指令。

3.2水泵自動(dòng)排水控制軟件

對(duì)水泵自動(dòng)運(yùn)行進(jìn)行控制時(shí)，首先由開(kāi)啟臺(tái)數(shù)控制程序和水泵與管道輪換工作控制程序確定哪臺(tái)開(kāi)啟水泵和開(kāi)啟水泵的數(shù)量，然后由水泵運(yùn)行控制程序來(lái)對(duì)水泵進(jìn)行啟閉控制，其中對(duì)一臺(tái)水泵自動(dòng)開(kāi)啟與關(guān)閉的控制流程如圖3所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

為了給煤礦安全生產(chǎn)提供幫助，基于PLC設(shè)計(jì)了煤礦井下自動(dòng)排水控制系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，利用水泵的離心機(jī)和排水管道連接該系統(tǒng)，這樣一旦出現(xiàn)井下水位過(guò)高或者其他意外情況時(shí)，可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位變化情況并實(shí)現(xiàn)井下自動(dòng)排水，從而為煤礦安全生產(chǎn)提供保障。目前，該系統(tǒng)已在某煤礦井下投入使用。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，操作方便、靈活，故障率極低，可以滿足井下自動(dòng)排水的需要。

[1]劉增環(huán),潘明福.基于PLC及變頻器技術(shù)的帶式輸送機(jī)控制[J].煤礦機(jī)械，2011，21(9)：34-36.

[2]倪濤.PLC在履帶行走式液壓支架電液控制中的應(yīng)用[J].液壓與氣動(dòng)，2011，19(7)：67-70.

[3]趙曉東.基于PLC對(duì)液壓牽引采煤機(jī)的無(wú)線控制[J].煤礦機(jī)械，2011，21(8)：58-61.

[4]李寶榮.礦井提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)的研究[J].科學(xué)之友，2011(11)：103-106.

[5]孫二峰,郭峰偉.瞬變電磁法在煤礦井下探水中的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2011(9)：87-90.

[編輯] 李啟棟

TD744

A

1673-1409(2013)25-0083-02

2013-06-16

靳宇峰(1981-)，男，助教，現(xiàn)主要從事電氣控制工程方面的教學(xué)與研究工作。