基于PLC的自動控制系統在煤礦排水中的應用

王 勇

（棗礦集團機電運輸處，山東 棗莊277000）

1 前言

煤礦是我國經濟發展的支柱產業，與之并存的是煤礦安全的管理。煤礦井下排水系統作為煤礦生產的六大系統之一，擔負著井下排水的重要任務。如果排水不及時，會造成礦井水災，從而引發煤礦安全事故。礦井排水方式有兩種：繼電器控制排水和PLC控制排水。繼電器控制排水可靠性差、人工勞動強度大。目前，煤礦井下排水大多還停留在人工手動控制排水，自動化程度不高，針對這一問題，設計了PLC控制的煤礦井下自動排水系統［1-3］。采用PLC和組態軟件設計的排水自動控制系統，可以節省能耗，降低成本，提高檢測、安全和保護功能，同時加速了煤礦自動化技術的發展［4-5］。

2 自動排水控制系統

2.1 設計方案

煤礦井下排水系統對水泵加以控制的核心是PLC，通過PLC控制排水泵，自動完成開、停泵順序，人員只需通過監測系統對設備運行情況進行監控［6］。系統具有保護和故障自診斷功能，可以對供電電壓、電機電流、電機軸承溫度及水流壓力進行實時監測。當參數出現異常時，PLC會及時發出報警信息，停止故障水泵的運行；系統具有對參數信息實時顯示功能，水泵真空度、運行水泵數目、排水流量、排水壓力、設備溫度等參數信息都可以通過人機界面進行實時顯示［7］。主排水管道整個系統采用4臺主排水泵，平時1臺主排水泵工作，2臺主排水泵備用，1臺主排水泵處于檢修狀態。遠程控制系統結構如圖1所示。

圖1 煤礦排水遠程控制系統結構

2.2 排水泵控制系統的硬件設計

1）排水系統的硬件結構。為滿足設計要求，系統的控制部分硬件是以S7-300可編程控制器為核心的控制芯片，還有傳感器、轉換器及輸入輸出接口電路等。排水系統硬件系統結構如圖2所示。

圖2 排水系統硬件系統結構

2）排水系統的信號采集。排水系統的信號采集包括模擬量信號采集和數字量信號采集。信號采集工作主要通過傳感器來完成，主要包括井下水倉液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等。液位傳感器可以實現對水位的實時監控，將得到的水位連續信號與模擬輸入模塊連接，再傳給PLC控制系統，在界面上實時顯示水位的監測情況。溫度傳感器分別對水泵軸溫和電動機的溫度進行監測。壓力傳感器用來對管道中的氣體和液體的壓力進行連續監測，并實時顯示被測點的差壓值。

3）PLC控制系統。數據采集與處理系統、電控設備、信號收集裝置等共同組成了PLC控制系統。PLC控制系統通過收集到的各種信號和數據信息來判斷相關設備的閥位是否處于正常狀態，各個監測點的溫度是否超過預設值，負載信號和壓力信號是否正常，即對信號處理并進行邏輯判斷，然后對故障進行診斷。在確定各項指標均處于正常情況時，即可啟動水泵。

2.3 排水泵控制系統的軟件設計及工作原理

1）PLC程序設計。PLC程序采用西門子生產的S7-300標準軟件，應用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表來編制程序。編制程序時，首先對硬件參數進行設定。整個程序包括水位信息監測、啟動水泵、參數檢測、故障報警、水泵故障停止等。排水泵控制系統流程如圖3所示。

圖3 排水泵控制系統流程

2）組態軟件程序設計。組態軟件在PLC主排水泵控制系統中的應用能夠實現系統的自動監控。借助組態軟件編程，可以生成人機交互界面，顯示控制畫面、參數顯示信息、故障報警記錄等信息。操作人員要想對系統進行控制，只需要通過觸摸屏即可實現，并且將相關的檢測參數顯示出來。

3 結語

通過對程序進行合理設計，實現了對水位的自動監測，同時使系統具有自動診斷功能，并且通過觸摸屏實現了遠程監控、泵房自動控制、水泵輪流切換、報警及檢測功能，設備安全可靠運行，減少了人力投入，提高了工作效率。該系統對于預防井下水災事故，保障煤礦安全生產具有重要意義。