礦井網絡化供排水自動控制系統

馬 飛

（軒崗煤電公司劉家梁礦環保部， 山西 軒崗 034114）

地下排水系統[1]承擔著地下水排除任務。目前大部分排水系統仍是使用手動操作模式。隨著微電子技術和控制理論應用于各行各業，當前工業系統的安全性、可靠性和效率有了很大的改進。隨著現代煤炭管理與經營企業的發展，傳統方式的排水系統已不能適應發展需求，這促使自動排水系統來保證煤礦開采的安全和效率。自動排水系統是現代工業控制技術的應用，實現了礦井排水的自動檢測。當泵在無人操作的情況下，系統可根據具體情況制訂最佳運營方案，并實現地面監測和控制。

1 雙邏輯控制模式

根據井水位確定泵站的狀態是判斷操作的最簡單的控制模式[2]。由微機控制系統實現，根據水位設置和邏輯操作后果，雙邏輯控制系統將獲取泵的運行狀態。

如圖1 所示，泵房位于a 層和b 層之間，泵隨著水位的變化自動打開和停止，當水位高于a 點時，排水泵啟動；當水位低于b 點時，泵停止工作。因此，應設置水位開關在邏輯控制系統的相應級別。當水位高于規定值時，水通電合閘，水位邏輯值a、b 均為1；當水位低于規定值時，開關通電切斷，水位邏輯值a、b均為0。從工作過程來看，它是一個邏輯系統可以通過控制器的輸入來記憶變量或輸出設備。變量為水位開關Ka 和Kb；而另一個代表水泵當前狀態的變量是Pt-1。根據排列組合可組成8 種情況。根據給定的要

圖1 水泵站的雙邏輯控制

求，每個組合結果應符合表1 中的關系演算。

表1 變量的邏輯運算

表1 中的序號5 和6，這兩種不符合實際情況的邏輯組合屬于故障，將不予考慮。因此建立邏輯運算，并遵循以下步驟[3]：

基于雙邏輯控制原理，設計了雙邏輯電路控制自動排水系統，如圖2 所示。

圖2 雙控電路原理

2 監測系統的組成和功能

在實際工作中，根據各種運行參數的控制方法[4]（如進水量、泵狀況等）水泵會改變工作狀態，排水系統中的現場環境和事故等情況隨時會變化，這將使排水系統需要更多的監測功能。PLC 作為控制器，超聲波液位傳感器監控水位電平，相應的控制電路和控制電路閥門和接觸器作為執行件，用于監控泵站控制系統，如下頁圖3 所示。

圖3 監控系統的結構

監控系統可以在自動、半自動和手動三種模式下工作[5]。自動模式表示超聲波液位傳感器持續工作檢測水位的變化，以及根據水位自動開啟或關閉泵和閥門。正常情況下，每個泵都可以自動啟動在雙邏輯控制和“輪班制”。半自動模式意味著手動操作打開或停止水泵，閥門處于打開狀態時，是否打開或關閉，由PLC 自動確定。手動模式意味著維護人員可以進行操作泵電機、自動閥或電磁閥的任何開關，消除相互閉鎖關系，圖4 顯示了水泵房內的排水管。

圖4 泵殼內的管道

1）自動注水（真空）。僅當泵葉輪完全浸入水中時，泵內真空達到一定程度實現排水。如果真空不足且空氣靜止存在于泵中，將導致無法抽水和工作機“無水循環加熱”等。該系統采用噴射泵抽氣，真空計抽氣監測真空度和流量，作為真空度和流量的備用監測。它還控制噴射泵的啟動和停止通過導管開關（控制閥的靜壓 10、20、30、40 和 50）。

2）可控閥的操縱為降低啟動功率，以下操作程序水泵要求在運行時關閉出口閥啟動離心泵。停止泵時，在為了避免水錘事故，首先要關閉閥門逐漸降低到流速直到停止運行抽水機。

3）水位自動監測水位，驅動或停止泵，采集開關量（水位開關）和模擬量。水位達到2 時，啟動泵處于電力低計費期；當水位上升到最高點3 時，啟動泵處于電力高計費期。如果水位上升到4 時，表明一臺水泵不足以排除礦井涌水，啟動第二臺水泵，配兩臺水泵在最大排水能力下排水。無論運行多少臺泵，水位必須在它們停止排水之前，應低于1。通過超聲波液位計以模擬量的形式到PLC 信號，校準由PLC 通過軟件進行，分時賬單也將由PLC 通過軟件進行校準。

4）主控制柜顯示屏可以指示水位、水流、泵壓力和壓力電機、電磁閥和自動閥的工作狀態。所有參數和工作狀態將傳輸至地面計算機由PLC 控制。經過分析，得出結論以曲線和報告的形式顯示在屏幕上，使管理者在地面上可以做出判斷并發送命令。

5）故障的維護。一是流量保護，當泵開始工作或在正常情況下，如果水流不能達到正常值，停止當前泵并啟動另一個泵；二是電機故障，PLC 監控電機的故障泵電機，如欠壓、過流、短路。通過壓力、流量等參數的測量結果反饋給PLC，以便能夠分析閥門故障。

6）電動機的自動控制。它是自動排水系統的關鍵點，由PLC、中間繼電器和接觸器組成。如果電機長期未使用或存在一些潛在故障，在緊急情況下可能無法投入運行，應采用“輪班工作制”。當一臺泵或其附屬泵閥門無法工作或正在維修，應更換該泵，其余泵繼續循環排水。

3 結論

1）監測系統采用在線監測方式，以達到監測水泵房內的設備運行，以及自診斷功能，在泵房內可實現無人操作。然后它將交換數據通過網絡和礦井監控系統進行信息傳遞。

2）該系統可以實現多種工作模式，正常情況下，它會根據水位自動操作電機；在故障或維護時，系統可在半自動或手動模式下運行操作，即可以“截斷”正在進行的操作。

3）可在工作中自動切換，以避免同一臺泵工作時間過長，而其他泵處于閑置狀態，泵的工作壽命可以大大延長。

4）為了提高電網的質量，礦井監控系統根據電網負荷的峰值以及負荷轉移情況確定泵的啟動或停止。