煤矿井下自动排水系统设计

靳宇峰 (长治职业技术学院机电工程系，山西 长治 046000)

煤矿井下自动排水系统设计

靳宇峰 (长治职业技术学院机电工程系，山西 长治 046000)

基于PLC设计了煤矿井下自动排水控制系统，具体介绍了系统总体框架、系统硬件和软件的设计内容。实践表明，利用该系统可用监测水仓水位变化情况并实现井下自动排水，从而为煤矿安全生产提供保障。

PLC；煤矿；自动排水系统

我国煤炭资源丰富，但在煤炭开采过程中，由于开采设备过于老化，开采技术更新过慢，导致煤矿安全事故频发[1]。为此，笔者对煤矿井下自动排水系统进行了研究，以便为煤矿安全生产提供帮助。

1 系统总体框架

设计煤矿井下自动排水系统的目的主要是对水仓水位变化情况进行远程检测和管理，以便及时排水。煤矿井下自动排水系统包括硬件系统和软件系统两大部分，硬件系统主要由主控制器、排水变阻系统构成，软件系统主要包括PLC主控制系统软件和水泵自动排水系统软件。上位机可动态显示水仓水位、水泵流量、管路静压、水泵压力、电机电流、电压及水泵电机、电磁阀和电动阀的各种工作状态，以及超限报警、故障点自动闪烁和故障画面自动弹出[2-3]。此外，还具有故障记录和历史数据查询等功能。

2 系统硬件设计

2.1主控制器

利用西门子S7-300 PLC(可编程逻辑控制器)作为系统的主控制器[4]，合理调节水泵的开关，并根据信号灯的调整，及时对排水管道中的电器阀门进行调整，将半自动开关和每台水泵的开关按钮进行调整，恢复信号位置，将水泵的最大承载量进行细化，并对仓库水位、水口压力、电机口温度、排水管流量等数据进行记录。

2.2排水变阻系统

图1 PLC控制系统结构图

排水变阻系统的控制体系依据水温变化来掌握水压的运行状况，而井下的排水量是不稳定的，所以，在通常状况下，测试程序不但要不间断地测试水温排水状况，还要将输出水位讯号传输到PLC程序进行处理，并在出现水位异常时发出预警讯号，这样方便程序管理人员时时监测排水状况。PLC控制系统结构如图1所示。根据上述控制要求，设计了PLC各模块连接图(见图2)。

图2 PLC各模块连接图

3 系统软件设计

图3 水泵自动排水控制流程图

设计中采用SIEMENS SIMATIC STEP75软件编程，其最大特点能够对水泵的实际操作环节展开针对性的程序调节，通过主控制系统的程序模拟和采集，对水泵、水管的智能化运行和报警子程序进行测算[4-5]。

3.1PLC主控制系统软件

PLC主程序包括初始化和运行方式的筛选，该程序包括全自动、半自动与手工3种方式，为了保证程序的可靠程度，设置人工掌控方法与优先权最高。操作程序执行之后，为了保证电力程序的稳固运行，设置为人工系统运行，利用PLC控制程序对排水量进行预测并显示水泵流量、电动阀门的信号灯的警铃开关信号。此外，通过PLC对电磁阀和电动阀的各种工作状态进行超限报警，以便工作人员对其做出判断后再向其发出指令。

3.2水泵自动排水控制软件

对水泵自动运行进行控制时，首先由开启台数控制程序和水泵与管道轮换工作控制程序确定哪台开启水泵和开启水泵的数量，然后由水泵运行控制程序来对水泵进行启闭控制，其中对一台水泵自动开启与关闭的控制流程如图3所示。

4 结 语

为了给煤矿安全生产提供帮助，基于PLC设计了煤矿井下自动排水控制系统。在实际应用中，利用水泵的离心机和排水管道连接该系统，这样一旦出现井下水位过高或者其他意外情况时，可以随时监测水仓水位变化情况并实现井下自动排水，从而为煤矿安全生产提供保障。目前，该系统已在某煤矿井下投入使用。实际运行结果表明，该系统运行平稳，操作方便、灵活，故障率极低，可以满足井下自动排水的需要。

[1]刘增环,潘明福.基于PLC及变频器技术的带式输送机控制[J].煤矿机械，2011，21(9)：34-36.

[2]倪涛.PLC在履带行走式液压支架电液控制中的应用[J].液压与气动，2011，19(7)：67-70.

[3]赵晓东.基于PLC对液压牵引采煤机的无线控制[J].煤矿机械，2011，21(8)：58-61.

[4]李宝荣.矿井提升机PLC控制系统的研究[J].科学之友，2011(11)：103-106.

[5]孙二峰,郭峰伟.瞬变电磁法在煤矿井下探水中的应用[J].技术与市场，2011(9)：87-90.

[编辑] 李启栋

TD744

A

1673-1409(2013)25-0083-02

2013-06-16

靳宇峰(1981-)，男，助教，现主要从事电气控制工程方面的教学与研究工作。