煤矿井下主排水泵控制系统研究

古胜利

（三门峡市观音堂煤业有限公司，河南 义马 472300）

我国是一个煤炭资源极其丰富的国家，煤矿行业作为我国繁荣稳定发展的基础在长时间以来的发展下也获得了长足的进步。目前我国大部分煤矿井下排水泵自动控制系统都是传统的继电器模式。传统继电器模式下的排水系统自动化程度较低，在遇到紧急突发事件时无法及时作出相应的处理措施，难以满足目前煤矿行业的发展需求。

一、PLC煤矿主排水泵自控系统功能及结构设计

（一）系统功能

基于PLC的煤矿主排水泵自控系统的设计应满足以下几方面的功能需求。

1.系统控制

主白水泵自动控制系统应包括手动控制、半自动控制和自动控制3种控制方式，其中，手动控制的实现是以控制箱为依托的，而排水泵水流的流通方式也同传统的人工控制类似。半自动控制主要是在同时开启多台排水泵且进行人工选择后，通过对PLC程序进行设定而实现的水泵启停控制方式。自动控制则无需人工参与，将排水泵的启动和停止等相关功能全部交由PLC程序来完成，最终将矿井内的水全部排出。

2.保护功能

保护功能要求主排水泵自控系统能够实现对主排水泵故障的诊断，且能够对发电机的电流、电压以及定子与轴承温度进行实时监测，一旦发现相关参数的检测值超出设定范，便会发出告警，提示操作人员停止进行排水泵的使用。

3.排水泵各类参数信息的实时显示

借助人机交互界面将单台主排水泵的流量以及排水管路的总流量等进行实时显示，使系统监控人员能够及时了解排水泵的排水情况。

（二）结构层次

基于PLC的煤矿主排水泵自动控制系统主要分为3个结构层次，分别为地面监控层以及PLC管控层和机械设备层

1.对地面监控层进行设计

地面监控层主要由电视监控系统、监控组态软件以及工控机共同构成，且各系统和设备主要以防爆型网络摄像机和PLC（可编程逻辑控制器）辅以相应长度的光缆进行连接。其中，PLC主要负责采集排水泵的各项运行参数；工控机主要负责对PLC及相关组件进行状态检测；组态软件主要负责将PLC采集的水泵运行参数进行实时显示和存储，同时做好记录。对于地面指挥中心的操作人员而言，其只需进行鼠标操作，便可实现对主排水泵不同泵组的控制。

2.对PLC管控层进行设计

PLC管控层是主排水泵自动控制系统的核心，主要由信号采集、数据交换设备以及数据采集处理系统等共同构成。对PLC在主排水泵自控系统中的应用进行分析可知，其主要作用是对各类信号进行全面的处理和分析，且通过对参数进行记忆实现对相关故障的自诊断。此外，系统中的单片机还能够准确判断出矿井水位，从而对开启水泵的数量及所开水泵的启停状态进行准确判断，实现对主排水泵作业的自动化控制。

3.对系统的机械设备层进行设计

机械设备层主要由吸水管道、电机以及水泵、排水管道和管道阀门共同构成。由于基于PLC的主排水泵自控系统大都是在原有系统设备的基础上进行设计和实现的，因此，只需对部分设备做出相应改动即可。需要说明的是，除了字排水、吸水管道、水泵和电机等方面进行相应结构变更使其满足液面传感器和温度传感器等设备的安装需求外，还应以可控电动阀门替换原有的注水与排水阀门，并通过保留人工操作方式以确保系统发生故障时，主排水泵仍然能够正常运行。

二、基于PLC的自动控制系统程序设计与应用

（一）PLC程序设计

设计PLC程序首先对硬件模块组态和软件调试。生成网络中的各个模块，并对各模块的数据进行设置，同时确定硬件模块组态的输入/输出模块(I/O模块)地址，奠定良好的顺序控制程序编制基础。启动PLC后应进行初始化设置，在进行手动/自动控制设计，进入系统控制程序流程。控制程序流程由水仓水位与运行状态检测、水泵机组启停、故障诊断与报警和故障启停等模块构成，整套控制程序流程。应用STEP7软件采取在线连接方式对下载编制好的程序进行调试，实现对程序运行状态进行实时动态监测、对数据强制更新和输入/输出信号的强制开/关等功能。

（二）组态软件程序设计

组态软件程序的设计是生成人机交互界面，便于开展实时动态监测。应用西门子的WINCC自动化监控软件设计程序，可生成标准化输出/输入域、棒图、趋势图和矢量图等，同时具有动态性能的属性，实现对系统运行的可视化监控，通过人机交互界面显示集成消息和故障诊断信息。水泵操作工只需通过设备显示触摸屏就可实现对系统的可视化控制。并通过光缆与地面上位机进行同步通信，达到远程监控的目的。

结束语

在煤矿矿井开采过程中时常会出现地下水涌现的状况，为了保证矿井下工作人员的安全和煤矿挖掘工作的顺利进行就需要使用排水泵将矿井内的积水及时抽出。由此可见在煤矿开采过程中排水设备是不可或缺的，而实现煤矿排水泵的自动化控制管理是目前机械自动化进程的必然趋势和煤矿开采生产的实际需求。因此对PLC技术下的煤矿主排水泵自动控制系统设计进行详尽的分析与研究对于提高煤矿挖掘生产具有深刻的现实意义。