基于PLC技术的矿井中央排水系统改造.pdf

总第2 0 9期 2020年第9期 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Total 209 No.9, 2020 实践与应用 D0110.16525/l4-1134/th.2020.09.090 基于PLC技术的矿井中央排水系统改造 史文超 山西汾西同达工程设计有限责任公司， 山 西 介 休 032000 摘要针对汾西矿业两渡煤矿矿井原排水系统存在的问题， 基 于PLC控制技术的中央排水系统进行硬件、 软 件控制系统优化改造， 从信息处理、 自动化监测、 实时监控和故障防护等应用分析。此次改造实现了矿井排水 系统的减员增效、 早期预警、 易排故障、 节能高效地优化改造。 关键词 矿 井 排 水 系 统PLC技 术 优 化 改 造 中图分类号TD744 文献标识码A 文章编号 1003-773X 2020 09-0215-02 1两渡煤矿原排水系统概况 两渡煤矿315 m水平井底车场附近的中央排 水系统与中央变电所联合布置。其中， 315 m水平 中央排水泵房设有3 台D500-80 x8 型矿用排水 泵 ，配套电机1〇〇〇1贾、 6 1， 1套 液 压 站 及 3台 ZDYF型液压闸阀， 水仓分为主、 副水仓， 总容量2 300 m3;沿副斜井布置三趟主排水管路， 每趟管设置 有 2 台ZB-24/300型电动闸阀，水泵真空管路配 置 3 套电动球阀。矿井水从出水点通过小泵或者自 流人采区水仓，采区水栗房将收集的矿井水通过管 路判入到中央主副水仓，再由中央排水系统经副斜 井排至崔家沟工业广场的矿井水处理站。 两渡矿排水控制系统人工操作复杂， 操作故障 率频发， 同时存在系统功能老旧、 电耗高等问题， 且 相关设备、 备件都难以购买;一旦出现故障， 设备无 法及时更换修复， 应急抢险能力弱， 系统存在安全 隐患。 2排水系统总体改造方案 在 315 m水平中央排水泵房旁边的中央变电 所设置的矿用隔爆兼本安型PLC控制中心,在主副 水仓吸水井中增设超声波水位计、 浮球液位开关等， 在水泵机组设置电机轴温度、转速等传感器及电动 球阀,组成井下智能排水控制系统， 进行井下水仓的 水位、 水量等实时数据信息收集、 分析、 保护及报警 和控制，同时通过工业以太网与地面控制主机进行 通讯， 将井下数据传递到地面控制中心显示器； 同时 将地面控制、 反馈指令下达给井下PLC控制中心及 相关排水设备。基 于PLC控制技术与矿井数据网融 合的排水系统结构组成,详见图1[ 1 _ 2]。 收稿日期 2020-05-08 作者简介 史文超（ 1987 ） ， 男， 山西介休人， 毕业于大原理工 大学电气自动化专业， 工程师， 主要从事矿井供配电设计与管 理工作。 交 换 机 .舉思翻 _ ilw SB-iWtt 电 动 球 阀 电 机 轴 监 控 箱 k 位 计 浮 球 液 位 开 关 膠 ] 集 中 控 制 中 心 图 1自动化排水控制系统图 3硬件系统的优化 3 . 1 保护控制系统的优化 原水泵房采用继电器控制改为采用德国西门子 S7-200工业控制可编程控制器PLC控制， 控制器 作为矿井排水系统的核心， 它的作用为检测监控水 仓水位、 电机电流电压、 管道的排水流量及出水口压 力等， 具有分析、 储存、 传输相关数据信息和控制下 位机、 接受上位机命令。 3 . 2 传感器的增设 在水仓吸水井安装液位传感器，在水泵加设温 度传感器， 管路上配置流量传感器、 压力传感器、 负 压传感器;传感器接人PLC控制器。 4软件系统的优化 4 . 1 软件设计 与原中央水栗房采用继电器控制排水系统相 比， 在 315 m水平的中央变电所安装矿用隔爆兼本 质安全型矿井自动排水控制箱，其内安装西门子系 列PLC及过程控制软件。 该软件收集、 处理中央水杲 房各种排水信息， 计算最优控制策略控制系统变化; 216.第3 5卷 该软件具有上传给上位机井下排水监控系统的报警、 显/ 丁 、信息、 统计报表， 实现水泵房监控子系统的PLC 数据与全矿井的监控系统融合、 监测、 控制及共享。 4 . 2界面设计界面设计 地面控制中心电脑界面具有显示各设备运行参 数 、 管道及节点走向的主界面； 同时设置有水位、 压 力 、 温度等参数显示界面和报警记录界面。 S控制系统的优化 与原来复杂的人工启动水泵相比，该水泵房自 动排水系统设置地面和现场自动、 现场手动、 检修三 种工作方式。 1 自动设置地面和现场自动， 根据优先等级确 定控制权利；按照排水储水量、水位和自动排水工 艺 ，分析收集相关信号计算开启水泵台数、水栗名 称 、 排水管路， 实现从抽真空、 开闸阀启栗排水全过 程自动化;根据水位高度， 分析计算出单台水泵可轮 换工作和启动多台水泵工作工作制度。 2 手动 人工观测水位、 水量， 人工开启电动球 阀， 开启增压泵实现管道注水； 开启排水杲顺序、 数 量及排水管路， 手动开停水泵。 3 检修 当检修班检修时， 人工操作优先， 自动 解除闭锁，任意操作单个水泵、电动球阀等相关设 备；依据自动化排水系统的监测准确地找到排水系 统设备的问题、 障碍。 6应用效益 6 . 1系统组网， 智能监测系统组网， 智能监测 PLC控制系统作为矿井智能化监控平台的重要 子系统， 拥有监测水泵各工况参数、 水仓水位等信息 的收集、 处理功能， 通过TCP/IP的RJ45接口与矿井 智能化监控系统连接， 实现基于PLC技术和数据融 合技术的智能化排水系统[ 3 ] 。 6 . 2减少人员， 增效节能减少人员， 增效节能 系统拥有“ 地面控制” 或“ 自动控制” 工作方式； 通 过PLC处理系统， 水栗在现场集控中心、 地面调 度中心集中控制， 达到无人值守和减岗增效目标。 根据水仓储水量变化、矿井工作制度和井下用 电负荷信息， 在用电峰段时间水仓充分蓄水， 停水泵 等待;在用电谷段时间调整启动水泵数量、 顺序， 增 加水泵寿命及减少电能的浪费。实现井下泵房的躲 峰填谷运行。 6 . 3水量监测， 早期预警水量监测， 早期预警 根据水位传感器和水泵监测数据传感器的监测 数据， 实时监测水仓水位、 电机功率、 管道流量、 轴承 温度、 管道真空度等参数,CPU运算、 模拟量水位上 涨速度， 结合平时收集的涌水数据对比， 模糊理论定 出矿井单位涌水量， 实现突水事故的提前预知、 提早 预警、 迅速紧急排水。 6 . 4操作简单， 易排故障操作简单， 易排故障 井下集中控制平台、地面调度中心实现远程控 制检查、 启停， 水栗开停顺序自动设置， 降低了现场 人员的操作难度，同时降低了误操作率以及水栗不 正确启动的概率。 检修人员根据现场控制中心、地面调度控制中 心显示器的各故障信息、 报警事件， 及时准确地找到 故障位置和类型，对水泵的轴承超温、电动机不启 动、 真空压力不够等运行故障及时检修。 参考文献 [ 1 ] 张海峰,罗明华， 余影.以PLC为核心的煤矿自动排水系统设计 [J].煤炭技术,2016,35 4 243-245. [ 2 ] 谭爱兵.煤矿井下水泵的故障诊断和自动控制系统的设计[J]. 煤矿现代化,20J4654-56. [ 3 ] 刘冰涛.煤矿井下主排水泵自动控制系统的应用与研究[J].中 国新技术新产品,2015164. 编 辑 王 慧 芳） Reconstruction of Mine Central Drainage System Based on PLC Technology Shi Wenchao Shanxi Fenxi Tongda Engineering Design Co., Ltd., Jiexiu Shanxi 032000 Abstract Aiming at the problem of mine original drainage system, the central drainage system based on PLC control technology is optimized and reed by hardware and software control system. From the application analysis of ination processing, automatic monitoring, real-time monitoring and fault protection, the optimization and transation of mine drainage system is realized. Key words mine drainage system; PLC technology; optimization and renovation