基于PLC技術的礦井水泵房自動排水系統設計

時亞楓

摘 要：為了保證礦井當中水泵房當中自動排水系統有良好的質量，應認識到自動排水系統對于水泵房的重要性以及PLC技術的優勢，并能結合礦井當中水泵房運行需要，制定科學的水泵房設計技術。本文以PLC技術為基礎，對礦井水泵房當中自動排水系統的相應設計工作進行了分析。

關鍵詞：礦井；PLC技術；水泵房；排水系統

水泵房是礦產開采方面關鍵的組成部分，對于保證礦產開采正常進行有著關鍵性的作用。但在礦產開采領域不斷發展中，礦井水泵房已經逐漸不能滿足礦產生產的需要，尤其是自動化方面以及節能方面，因此需要工作人員做好礦井水泵房當中的自動排水機械系統的設計。

1 案例礦業公司分析

在對PLC技術為基礎的礦井水泵房當中自動類型排水系統進行設計的階段中引入了某一真實案例，案例礦業企業當中共存在5個主要排水泵房，這些水泵房的實際作用也存在差異。在案例礦產開采公司不斷發展中，采礦規模不斷增大，礦業生產對于水泵實際排水功率的要求也在不斷提升，目前正在使用的水泵電機功率最大已經達到了1600kW，并且受到采礦生產的需要，這些水泵設備會一直處在長期運行狀態，從水泵設備的整體結構以及性能方面來看，這些水泵設備有著功率度偏高、整體管路結構較為復雜、各種生產設備更新速度慢的問題，這些問題的存在都直接礦井安全生產造成了較大威脅。

其次，過去的水泵設備由于設計理念落后、相應技術不完善，導致傳統類型水泵的實際自動化程度偏低，在操控水泵設備的時候需要大量的人工輔助，在水泵設備運行階段中付出的人工成本不斷增加。因此也就需要工作人員能做好水泵設備的設計工作，讓水泵設備能在實際運行中同時具有良好的運行效率以及良好的節能性。

2 水泵設備控制系統分析

案例礦區當中一個水泵設備通常狀態下的用水量大小為每分鐘1.27立方米，當水泵設備以最高功率運行的時候，其實際的最大用水量為每分鐘1.72立方，因此在相應區域當中的12平米水泵房當中共有工作用水泵1臺，備用類型水泵1臺，檢修類型水泵2臺，出于對水泵設備運行性能以及功能方面的需要，在進行控制系統設計的時候應能保證其具有以下的功能。

首先，應保證泵房的實際運行情況能得到有效的監管、控制以及操作。在自動化系統運行的時候，這一自動化類型的系統能對各種時時信息數據進行采集、分析、傳輸，以保證信息系統有良好的運行穩定性，并結合信息數據變化情況制定科學的管理方案，而在對這些信息數據進行統計的同時還能完成相應信息數據的記錄，以方便后續管理工作的開展。

其次，還應使控制系統具有遠程類型的數據傳輸功能，能將一些水泵設備的關鍵運行數據上傳到控制系統當中，讓控制中心對各個水泵設備的運行情況有更加清晰的了解，這樣也能方便控制中心及時對水泵設備的實際運行情況進行調整。

實現泵房的躲峰填谷，將一天的用電時間劃分為峰段和谷段，在峰段時間盡可能的不啟動或少啟動水泵，避免對電網產生沖擊，充分利用水倉的有效容積進行蓄水；在谷段時間統籌啟動水泵進行集中排水。谷段時，實現輪流啟動水泵排水，根據水位信號停止水泵？峰段時，通過程序控制確保泵房排水安全的前提下，盡量避免頻繁啟停水泵，造成水泵壽命的縮短。

3 系統控制功能的實現

3.1 系統硬件連接分析

本系統中央處理單元選用的是西門子S7-300PLC S7-300是模塊化的PLC系統，提供了多種性能遞增的CPU和豐富的I/O擴展模塊，增加了系統擴展的靈活性。

3.2 系統主要結構組成分析

本系統主要由礦用隔爆兼本安型可編程控制器（PLC），本安型控制顯示臺，本安型液晶顯示屏和各種傳感器及電動球閥組成，可編程控制器是井下控制的核心設備，需要完成對井下實時數據信息的收集、分析和控制，同時與地面上位機進行信息通訊，將井下數據傳遞到地面顯示。

3.3 系統軟件設計分析

主程序設計以水位變化為主，結合躲峰填谷，在安全排水的前提下實現排水系統的整體節能降耗？泵房每天實際泵點大約5～6個，而且24h涌水量相對穩定，根據泵房的這一特點，每天設定4個排水時間段，每段大約排水1.5h，為了保證排水系統的安全運行，在非排水時間段內實時監測水倉水位變化，在到達設定危險水位時，優于時間設定選擇開起水泵。

3.4 系統網絡及接口分析

本系統擁有ProfiBUS-DP通訊，以太網通訊和MODBUS通訊3種通訊接口，其中防爆箱中CPU上集成的ProfiBUS-DP通訊接口作為主站與各個就地箱中的遠程I/O模塊進行ProfiBUS-DP通訊，防爆箱中的MODBUS-DP模塊和流量采集箱中的流量模塊進行MODBUS通訊，防爆箱中的交換機通過雙絞線與井下礦方交換機進行連接，井下PLC上的以太網模塊以及井上監控室的兩臺工控機通過RJ45接口分別連接到交換機上，通過以太網進行通訊。

4 系統故障防護分析

12水平泵房自動化排水系統可實現對水泵啟？停的自動控制，過程的數據進行實時監測以及故障防護，實時監測過程中控制系統對水倉水位、流量、壓力、溫度、真空度以及各種閥門的狀態量等實時參數進行在線監測，不斷通過CPU進行運算處理和實時融合，運用模糊理論得出最終結果，從而對排水設備進行可靠的保護，促進水泵設備運行穩定性的提升。

5 系統運行效益分析

（1）降低事故率，實現自動化排水以后，不需要人工操作，減少了人為事故，降低了泵房事故率；（2）積累經驗？本次泵房自動化改造這一成功案例，順應了唐山礦科技興礦的需要，為后續的自動化改造提供了成功的經驗；（3）減少崗位操作人員，在實現自動化排水之前每天主要有2班，每班2個司機進行手動操作，在減少崗位操作人員方面，按節約4名司機計算，每年大約節約工資為：司機人數×司機月工資×12=4×3600×12=172800元。

6 結束語

本文以某一真實礦業公司為案例，對礦排水系統自動化水平低？耗能高以及應急能力差等問題，以S7-300及其擴展組建的控制體系為系統核心，設計了以節能降耗和安全排水為主要目的的礦井自動化排水系統？分析了系統控制要求，介紹了系統控制功能的實現和系統故障防護，最后闡述了系統運行效益，以期對同行業發展有推動作用。

參考文獻

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