浅谈PLC技术在井下自动化排水监控系统中的应用.pdf

第 2期 2 0 1 4年 6月 水 力采 煤与 管道 运输 HYDRAUL I C C OAL MI NI NG ＆ P I P EL I NE T RANS P ORTAT I ON No ． 2 J u n ． 2 01 4 浅谈 P L C技术在井下自动化排水监控系统中的应用 程茂林王臣 王振学 吉煤 集 团通化矿 业 集 团 公 司道清 煤矿 吉林 白 山 1 3 4 3 0 0 摘要 针对道 清煤矿 井下排 水情况 ， 以实际应 用为 出发 点 ， 采 用先进 的 P L C控制 理论 ， 配合数 十年积 累的水文地质信 息和各 类精 确传感器的技 术 ， 对 井下涌水和排 水 系统 运行状 况进 行精 确地 实时监控 ， 实现 井下排水 系统无人值 守 ， 完成 了井下排水 系统 的 自动化 改造。 关键词 P L C 排 水 监控 系统 泵房 传 感器 中图分类 号 T D 6 3 6 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 60 8 9 8 2 0 1 4 0 20 0 5 3 0 3 1 引言 2 泵房 自动化控 制系统 随着 国家数字 化矿 山进 程 的不断 推进 、 国家 对煤 矿 安全 生产 、 节能 减排 的重视 、 煤 矿 自动 化 的发展 ， 实现煤 炭生产 与辅助生 产 的 自动控 制成 为现在煤 炭 生产 发 展 的 主要 方 向。矿 井排 水 系 统承担着排 出井下涌水 的重要 任务 ， 是矿井 安全 生产 的关键 环 节 ， 排水 系 统各 种设 备能 否 安全 、 可 靠 、 有 效 的运行 ， 关 系到 整个 矿井 的生 产 与安 全 。排水设 备 一般 功 率 大 ， 耗 电多 ， 传 统排 水 只 能靠人工手 动控制泵 的起 停 ， 无 法利用 排水设 备 与仓容 ， 科学 、 合理地调 度排 水量 与排水 时间 ， 因 而普遍存在能耗大、 效率低、 生产成本高的缺点。 针对通 化 矿业 公 司 道 清煤 矿 井 下排 水 系统 的硬件条件 和 自然条件 ， 采用 P L C技 术和人 机界 面显示 系统 相结合来实现井下排水 自动控 制 。 道清煤矿 一2 0 0水平水泵 房有 3台多级 耐磨 泵 型号 MD 3 6 09 3 x9 进行排水 ， 水 泵启 动方 式为真空泵启 动与射 流启动 ， 此 种方式 抽真 空用 时较短 ， 效 率 更高 ， 更 能保 证 可靠 上 水 。由 于该 水 平采 用水 力 采煤 ， 加之 自然 涌水 ， 井下 涌 水情 况 复杂 ， 因此 ， 设 计 采用 两套 液 位传 感器 对水 仓 水位进行 准确监控判断 。 为此 ， 推荐一种 P L C自动控 制理论 为基 础 的 井下排 水控 制 系统 。该 系统 以对 井 下 涌水 环 境 中各因素的模糊动态最优化调整来提供井下水 仓水位 的最佳 检测为依 据 ， 从而 提高水 位 的监测 精度 。联合地 面 上位 机 界 面监 控装 置 对 水位 进 行数据采集、 分析 、 处理、 计算， 实时对排水系统 各部分传感 器 包括 温度 、 正压 、 负 压 等 进 行数 据分析 ， 从而提高井下排水系统的智能化、 安全 性和稳定性 ， 提高了经济效益和社会效益。 泵房 自动化 控 制 系统 主 要 包 括排 水 管 线 系 统上 各 种 阀 门 及 传 感 器 、 主 控 制 器 三 菱 F X 2 N P L C、 工业 以太 网 、 上位机远 程监控 软件 等。见 图 1。 图 1 泵 房 自动化控 制 系统 框 图 单 台水泵 管路 系统如 图 2所示 。水泵运行原 理 采用水位传感 器检测水 位 ， 为 了安全 可靠 ， 通 常采用模 拟量 和 开 关量 两 种传 感 器 同时对 水 位 检测 ， 当水位 高 出设定 值 时开泵抽 水 。开泵 抽水 前需要对水泵 抽真空 ， 泵体 内真 空度 由负压 压力 表检测 ， 当真 空度达到设 定值 时控制 泵 电机 运行 开始抽水， 同时检测泵体出水 口水压， 为了防止 排水管道 中的积水倒 流 ， 只有 当出水 口压 力达到 设定值时才可以打开电动阀排水。 3 F X 2 N P L C自动排水设计 按照要求煤 矿泵房至少需要 1台水泵处于检 修 ， 1 台备用， 1 套或多套运行。如何使各台水泵 5 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 6月 水力采煤与管道运输 第2期 1一水 仓水 位 ； 2一水 泵 ； 3一电动 阀 ； 4一逆 止 阀 ； 5一射流 泵 电磁 阀 ； 6一射流 管 ； 7一真 空泵 电磁 阀 ； 8一泵 电机 ； 9一射 流泵 图2水泵管路系统图 能按 照设 定 自动运 行是 当今 泵房 建设 和改 造 的 趋势。基于工业控制器 P L C的设计方案， 因其性 能可靠 、 性 价 比高 等 特 点 被 广 泛 应 用 。 以三 菱 F X 2 N P L C为例 ， 说 明泵房 自动化控 制的原理 。 泵房 系统 的 控 制方 式 可 以分 为 就 地 控 制 和 远程 控制 。其 中就地 控 制 即通 过 井下 泵 房 中触 摸屏直接对水泵进行控制 ； 远程控制为通过井上 上位机监 控 软件 控制 。其 中就 地 控 制 的优 先 级 大于远程控制 。 泵 房系统 的控制 状 态可分 为手 动控 制 、 单 台 泵 控制和 自动 轮 换控 制 。手 动控 制 时 只能 手 动 操作各 台泵上 的开关 对泵 控制 ， 触摸 屏 和上位机 控制 自动 闭锁 。单 台泵 控 制是 通 过 触摸 屏 或 远 程 监控对每 台泵 的启 停分 别控制 ， 不考 虑其工 作 时间因素 。 自动轮 换 控制 是 P L C根 据各 台泵运 行时间 自动停 止 1台连续 工 作 时 间最 长且 达 到 设定值 的水泵 ， 然后 开启 1台备用 中累计 运行 时 间最短的投入运行 。 通 常 白天 电价 比晚上 高 ， 为 经 济效 益 考 虑 ， 泵 房通常采用“ 避 峰填 谷 ” 运 行模 式 。采用 设定 不同开停 泵 抽水 水 位 值 实 现 ， 设 定 A、 B、 c、 D 4 个 水位 ， 其 中 ABCD。当 电 费低 时 段 ， 水 位 达 A点 时开泵抽水 ， 到水位降低到 D点 时才停 止抽水 ； 当 电费高 时段 ， 水位 达 到 B点 才 开泵 抽 水 ， 水位到 C点就停止抽水 。 采用 F X 2 N P L C对水泵 系统控 制 ， 其 中水位 、 泵 电机 的 电压 、 电流和 温度 、 各压 力 表 的压力 值 等模拟量通 过 P L C模 拟量 输入 模块 采 集 到控 制 器 中。水位计 、 各 阀 门启 动停止按 钮等 开关 量通 5 4 过 P L C开关量模 块采集到控制 器 中， 同 时数字量 输 出各 种 开关状 态 控制 电磁 阀 、 电动 阀等 动作 。 F X 2 N P L C模 块 化 设 计 使 系 统设 计 变 得 非 常 自 由 ， 可根据实 际需求选 择各 种输入输 出模 块 。各 P L C之间采用 MO D B U S通讯 。 泵房 主要控 制程序流程 图如 图 3所示 。 f 套 粟辐_胡 序溉 程 f jfl 咖白 动 } 皂 接 亭 I墨 I 图 3 主要控制程序流程图 4就地控制触摸屏设计 为 了节 约成 本 ， 提 高性 能 ， 泵 房就 地 操 作 采 用本安型触摸屏 。相对 于操作 台， 触摸 屏 占据空 间较小 ， 画面直观 ， 既可 监视 系统实 时运行 参数 ， 给 出检测数据 的实时 曲线 ， 实现报警功能 和故 障 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m