淺談煤礦生活泵無人值守自動化控制應用

蘇章希（永安煤業有限責任公司,福建　永安　366000）

淺談煤礦生活泵無人值守自動化控制應用

蘇章希
（永安煤業有限責任公司,福建永安366000）

隨著計算機控制技術的迅速發展,自動化控制技術得到了廣泛的應用。本文介紹了PLC在煤礦生活水泵的應用，實現了生活水泵的無人值守，達到提高運行效率、節省人力、電力資源目的。

PLC;水泵;自動化控制

1　前言

上京礦區生活供水系統水源來自井田內ZK 10鉆孔，現水泵房位于三采區+580m底部車場，水源從鉆孔水引至+580m水倉，該供水系統由+580m的水倉經離心泵抽至+783m水池，再有+783水池供給各單位使用。目前生活水泵存在著運行效率低、供水可靠性差，操作工勞動強度大，工資成本費用高等。本文針對生活泵使用存在的問題，采用PLC為基礎的控制系統，根據地面用水需求及遠程操作信息由PLC發出動作指令，通過繼電器隔離操作對應的自耦降壓啟動柜，實現水泵的無人控制。

2　設計構想

2.1水泵原始資料

水泵型號150D II-30×8，揚程240m，流量155m3/h，電機功率185kW，自藕減壓啟動箱XJ01-200kW，兩臺輪換運轉。

2.2控制結構

采用礦用光纖網絡作為數據傳輸介質，將仙亭煤礦地面調度室、+783m供水站、三采區+580m生活水泵房，構成控制層、傳輸層、設備層三級網絡（總體結構如下圖所示）。水泵開停由+783m供水站控制，同時引一條信號電纜至仙亭煤礦地面調度室（標高+660m），實時檢測水泵房的運行情況。+783m水站設置水池液位采集柜，對水池液位信號進行實時采集，三采區+580m生活水泵房可根據+783m水站水位情況自動運行，實現無人值守。

2.3運行模式

仙亭煤礦地面調度室監控平臺能夠監視+580m生活水泵運行時的電流、電壓、流量、壓力等參數，并具有相應的查詢功能，同時可以根據需要轉入遠程控制模式，直接啟動任意一臺水泵。+580m水泵房內兩臺水泵自動輪換工作，相互備用，并根據水泵的平均備用時間自動輪換水泵的運行，在滿足礦區生活、生產用水需求的前提下，通過合理調節水泵運行時間，有效避開高峰時段運行，盡可能讓水泵在低谷時段運行，達到避峰填谷、節約抽水電費開支的目的。

3　系統的功能

3.1系統軟件配置

編程軟件采用西門子公司的STEP7V5.3SP3，組態軟件為的西門子公司的WINCCV6.2SP3，數據庫軟件采用微軟公司的SQLserver2000WINCC版。

3.2系統主要功能

能根據+783m生活供水的實際情況，自動控制水泵的開停，實時監測兩臺水泵的工況參數，包括電壓、電流、流量、壓力、振動等，可以查詢設備實時運行數據及歷史運行數據。

3.3水泵運行方式

水泵有三種工作方式，分別為“全自動”、“就地手動”、“遠程半自動（即遠程手動）。在全自動方式，井下+580mPLC機實時采集水位和浮球狀態，并根據水倉水位情況和浮球的狀態，按照+783水倉水位高低控制水泵的運行或停機，水泵能自動輪換工作，不需要人工參與。下位機在正常運行過程中，可以脫離上位機的通訊仍能正常運行。在就地手動方式,就地通過控制柜操作面板手動控制水泵與閘閥的啟停。在遠程半自動方式,由授權值班工作人員通過上位計算機控制水泵的啟動和停止，系統在正常運行過程中，不論何種工作方式，均可實時將現場的各種參數、設備狀態通過工業以太網傳到地面調度室。

3.4顯示及報警

采集柜正常工作時可顯示水池水位、井下水泵工作狀態及報警狀態，出現報警時可通過聲光報警器發出報警。

4.工作原理

4.1控制核心

采用西門子S7200系列可編程控制器。通過數據采集模塊采集+783m水池水位信號決定是否開啟水泵。數據采集模塊將由傳感器采集的各項參數，通過光纖以太網的連接傳輸，實現現場監測與控制。

4.2工作原理

由可編程控制器、信號變送器、中間繼電器、電動閘閥等主要控制單元等組成，按要求完成對井上下采集信號的接受、變換、放大，并通過PLC運算、及時發出各種控制信號，監控水泵的運行狀態，直接驅動電動閘閥的動作，實現水泵房的無人值守。

4.3水位控制原則

該無人值守系統以+783m供水站水池水位作為水泵的起停的條件，為保證+783m水池水位檢測的準確性及可靠性，采用輸出模擬量的投入式液位計，配以輸出開關量的浮球開關作為備用水位檢測方式。當投入式液位計輸出出現錯誤值時，應用浮球開關做為+580m水泵的啟、停控制信號。在此條件滿足的前提下，首先設定兩個水位限值，以及水位差△h，其中△h對應的是在有電價避峰填谷要求時的水位差值，電價避峰填谷的原則也可以通過在一定水位范圍內定時段供水的方法來實現。

5　運行適用性分析

5.1運行經濟

控制系統改造前，三采區+580m水泵房共有3名水泵操作工，運行人工費用高等，投入資金改造后的水泵實現無人值守，兩年左右即可回收投資成本。另外人為操作啟動水泵，會使水泵處于不均勻的運行狀態，增加水泵的疲勞度，從而減低水泵的使用壽命。使用自動化控制技術，實現水泵的均勻磨損，避免了某臺水泵經常使用造成設備疲勞等。

5.2適用范圍較廣

系統采用了技術先進的西門子S7200型PLC，能進行自動數據采集、記錄、故障報警、事故分析、水泵啟動的切換等，投入使用以來性能穩定，故障率低。因此可推廣應用到礦井井下排水系統等，通過自動化改造，達到提高了礦山的安全性和可靠性目的。

6　結束語

生活供水應用PLC控制達到了設備自動監視和控制，投入使用半年才來，出水指標穩定，設備運行可靠。不但提高了礦山的自動化水平，還達到了人員精簡減少成本的目的。而自動化相對人工而言操作方面更具可靠性，從節能減排方面又避開了高峰、低谷之間的電價差。

[1]周慶貴.電氣控制技術(第二版).

[2]王永華.現代電氣控制及PLC應用技術(第二版).

蘇章希(1974-),男,機電工程師，1996年畢業于原煤炭工業學校機電專業，從事機電技術管理工作。