基于PLC集中控制的瓦斯抽放站系統研究

摘 要：煤礦瓦斯抽放站是煤礦瓦斯抽放系統的核心，為井下抽放系統提供動力源，瓦斯抽放泵站在煤礦瓦斯治理中起著舉足輕重的作用，而目前在礦井實際應用中，大型瓦斯抽放泵站操作過于繁瑣，氣路、水路、電路各系統需人工單獨操作，工人勞動強度大，效率低下，操作隨意性大，從而很難使瓦斯抽放泵站達到很好的抽采效果，本文以屯蘭煤礦為例，對瓦斯抽放泵站進行了集中自動化方面的研究。

關鍵詞：瓦斯抽放;PLC;集中控制;一鍵啟動;監測

0 引言

高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井及滿足相關抽采條件的區域均應建立抽采瓦斯系統。瓦斯抽采泵站是抽采系統核心單元，瓦斯抽采泵站的安全、可靠和穩定運行至關重要。 自動化減人、機械化換人是國家安全監管總局為了提高企業安全生產科技保障能力而發起的科技強安專項行動，以機械化生產替換人工作業、以自動化控制減少人為操作。目前國內相關煤礦對瓦斯抽采泵站的自動化改造正在如火如荼地開展。 然而由于對于瓦斯抽采泵站自動化理解的程度不一，在實際工程中造成自動化改造費用差別較大，建成后的運行效果也參差不齊，隱患頗多，完善和深化瓦斯抽采泵站自動化系統設計意義重大。

1 研究目的

本文以某煤礦固定大型瓦斯抽放泵站作為研究對象，PLC控制技術做為控制核心，搭建SCADA系統作為數據采集，利用PLC進行數據分析并配合各種電動執行機構，模擬人工操作瓦斯抽放泵站，并編寫程序，實現井下瓦斯抽放泵站的自動控制，PID控制調節抽采負壓，設備故障提前判斷，發生故障及時保護等功能。

2 系統簡述

由于煤礦安全事故中，瓦斯事故占據近一半，且事故死亡人數居多。故煤礦瓦斯治理工作成為了煤礦生產中的首要任務，也是重中之重。瓦斯抽采作為煤礦瓦斯治理的重要手段，其中瓦斯泵站是一個承上啟下的重要設備，對井下煤層，采空區，地質構造帶的瓦斯進行預抽，通過瓦斯抽采管道將瓦斯輸送到地面，一方面實現了礦井瓦斯達標的目的，另一方面將抽出的瓦斯進行瓦斯發電，實現廢物利用，變害為寶。因此瓦斯抽放泵站在礦井的瓦斯治理中的地位非常重要，對其進行安全、科學，可靠，穩定的管理具有十分重要的意義，即煤礦的一個新的經濟增長點，更為煤礦安全生產提供強有力的保障。[1-3]

3 系統組成

該系統軟件部分主要由抽采計量監測模塊、設備電力監測模塊、泵站環境安全監測模塊、抽采設備監測模塊、設備控制模塊組成。該系統硬件部分主要由地面監控主機、井下PLC控制柜、受控設備與傳感器組成。監控系統主要功能：

瓦斯參數：安裝有管道氣體傳感器，對瓦斯濃度、管道壓力、氣體流量、溫度、一氧化碳濃度、等參數。

設備主要參數：包括電機繞組溫度、軸溫、電壓、電流、功率、泵體軸溫、水溫、水位、各閥門開閉狀態，各系統參數接入主機，在主機屏幕顯示各數據。

本系統控制以PLC為控制核心，在PLC柜內裝有執行繼電器，受控設備及各參數都接入PLC柜內，通過PLC控制器控制執行繼電器，控制每一臺受控設備，包括氣體管道的瓦斯蝶閥開閉，水循環系統的電動球閥開閉，電機啟動等。

4 控制功能

4.1 系統具備多種控制模式

瓦斯泵站自動化控制系統可以選擇的控制模式有：一鍵啟動自動控制、手動控制兩種模式。

手動控制：設備由人工操作上位機界面分別對各設備進行操作實現控制，此控制方式直接，具備多種閉鎖保護，確保人工操作無失誤。

一鍵啟動自動控制：操作員接到指令按下啟動按鈕后，設備按照預定的程序運行，無需人工干預，進行自動調節與自動時間應對處理。

4.2 一鍵啟動自動控制流程

根據瓦斯抽放泵站的操作規程，及主要監控參數，制定自動控制流程，通過PLC發出指令驅動各種電動機構，實現了智能化的控制。

崗位工接到指令后，按下啟動按鈕，此前監控系統對各參數進行檢測，數據顯示在控制界面上，各數據正常，符合抽放泵運行條件，則設備按照預定程序開始運行，管道排氣閥打開，進氣閥打開，泵體循環水進水打開，汽水分離器排水打開，盤根冷卻水打開，減速器冷卻水打開，此時電機啟動，抽放泵開始運行，隨著進水量的變化，泵體負壓逐步升高，達到預定負壓值時，設備穩定運行。

5 檢測監控系統在自動化系統的作用

抽放系統正常運行情況下，監測監控系統對抽排管路中的傳感器、電機溫度、泵體溫度、水位、抽放泵輔助設備運行情況進行數據檢測和采集，并把檢測的各項數據通過監控分站，傳送到瓦斯泵的操作平臺上，讓工作人員及時準確掌握泵站工作運行狀況。通過自動化改造后的監控系統，還具有報警，打印與斷電等功能。

報警功能作為監控系統安全運行的主要屏障發揮著重要的作用，管道內數據超出預定值時，主控制臺數據變色，同時報警器發出警報，工作人員采取相應措施。泵體進水或循環水泵發生故障，會出現聲光報警、尤其是夜深時，瓦斯泵的工作人員，容易出現疲勞狀況，一旦泵站缺水，就會發出較強的聲光報警，在延時時間內如未采取措施，泵體將停止運行，防止發生泵體摩擦，保障運行安全。設備軸溫如超出預定值時，將發出報警，工作人員可直觀發現設備哪個部位超溫，提前采取措施。

瓦斯抽放泵站檢測數據，通過監測分站上傳至礦中心站，為相關工作人員提供觀測數據，并經辦公軟件隨時調取數據，實施報表打印，便于相關負責人進行查閱。

6 自動改造系統的優點

瓦斯抽放泵站通過自動化改造后，工作人員可更為直觀的了解掌握抽放系統、泵站與瓦斯泵的工作狀況。通過各檢測傳感器將數據整合至主機界面，檢測數據進行分析后，可以準確及時掌握設備運行狀態，及早發現問題，采用針對性措施給予處理。對于運行過程中，出現的突發異常故障，可通過預定程序發出警報，及時提醒工作人員，采取措施進行處理，這樣大大提高了泵站的安全運行程度。實現自動化后，抽放站全部操作步驟由PLC設定程序完成，減少了人員勞動強度，提高了工作效率。改造后設備運行，實現連續實時監控，避免了人為的誤差或失誤造成的設備故障，使設備運行狀態，及各監測數據真實可靠，系統還可以自動生成相關報表，為技術人員對抽放系統做出合理調整，提供了有力的數據支撐。系統還可依據情況進行人為修改、設定工作參數，讓瓦斯抽放系統能依照預定狀態運行。同時計算機的存儲作用，便于相關工作對各時期的數據進行查閱及分析，通過分析掌握瓦斯抽放規律，為煤礦井下系統合理調整與抽排泵站科學維護提供依據，有效增強瓦斯泵系統的工作質量與效率，確保煤礦生產系統的合理經濟運行。

7 系統總結及未來的研究方向

隨著煤礦現代化水平的提高，安全生產的要求也越來越高。為提高礦井的安全管理水平，對瓦斯抽放系統實施自動化改造，不僅能使系統合理安全運行，還能避免因人員操作失誤而產生的故障。本系統根據設備的實際情況，利用PLC應用技術的先進性，發揮了自動化的優勢，改善了人工操作引發設備故障的情況，實現了多臺設備的自動化控制，通過監控系統對系統的數據監測，為系統運行、調整提供了數據支持，將對礦井的安全生產指導，瓦斯事故的預防工作產生非常積極的作用，同時也是煤礦減少從業人員數量，節約人工成本的有效途徑之一。

參考文獻：

[1]于不凡.煤礦瓦斯災害防治及利用技術手冊[M].北京：煤炭工業出版社，2000.

[2]馬文列.數字化煤礦綜合自動化系統創建分析[J].中國新技術新產品，2015（15）：13.

[3]苗席春.煤礦自動化與信息化[EB/OL].2017.

作者簡介：

韓國平（1977- ），男，山西代縣，2005.7畢業于山西煤炭管路干部學院，礦山機電專業，大專，工程師，煤礦機電。