周敏

[摘 要]浅析煤矿井下泵房自动化监控系统设计基本原理、主要控制功能及系统的主要特点。

[关键词]煤矿井下泵房；自动化监控系统

中图分类号：TD442.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0001-01

1 引言

煤矿井下主排水系统是每个矿不可缺少，有些深度开采矿井还设有多个水平，此时排水也要跟随采取分段式集中排水。现许多矿井主排水系统，仍采用继电器控制，水泵开停与选择切换，人工完成，不能实现根据水位或其它参数自动开停水泵，仅能就地操作，更无实时数据的监测与管理。系统运行状态及故障处理，实现不了统一调配与处理。一个排水泵房需要4-5人看管、操作，生产效率低下，遇到紧急状况时还无法应对。为保证安全排水，实现节省人员、节电，主排水系统有必要实行集中控制与管理，即自动化改造，实现无人值守。

2 井下泵房自动化监控系统设计基本原理

1）整体自动化监控方案。煤矿主排水泵房，一般都设置4台以上的排水泵，工作一半，备用一半。在传统泵房上改造，可以保留泵房内原水泵的控制系统，新增一套PLC控制系统与原控制系统并联。通过安装PLC控制柜及真空、射流电磁阀，安装水位传感器、真空度传感器及管路流量传感器，更换水泵电动阀门，可以这些排水泵、附属抽真空系统、管道电动阀门等装置实施PLC自动控制，并对运行参数自动检测，将数据传送到地面监控室，实时进行监测与报警显示等。

2）水泵监控装置的主要技术指标设计。①系统监控装置供电电压：AC380V±15%，50Hz；②控制回路电压：AC220V，AC127V，DC24V；③控制对象：电动闸阀、电磁阀、电动机；④防护等级：IP54。

3）监控系统设备结构。主排水泵房监控装置主要为PLC柜、就地控制箱和外围传感器以及上位计算机等（系统组成，见如图1所示）。其中的主要设备：①PLC柜：主要由可编程控制器、中间继电器、接触器、指示灯、按钮、触摸屏等组成，可采用日本三菱可编程控制器，系统供电电压：AC380V±15%，50Hz；控制回路电压：AC220V。AC127V，DC24V；控制对象：12个电动闸阀、8个电磁阀、4个电动机；主要完成对信号的变换、放大，并由PLC运算、判断发出各种控制信号，并模拟显示水泵的运行工况。②就地控制箱：主要由按钮、指示灯、现场采集模块，主要用于就地操作。③传感器：包括501型一体化超声波物位仪、SCL-6数字超声流量仪、闸门位置行程开关、闸门过转矩行程开关、电机电流、真空度表、液位开关等组成。④上位计算机：它为配置齐全的HP计算机，使用调制解调器，通过矿内部电话线路与PLC柜里面的触摸屏进行通讯。实现对水泵系统的信息和数据进行采集；计算机安装网络版MCGS组态软件，通过组态软件可将采集到的数据显示出来，以便于直接观察。

3 泵房监控系统完成的主要控制功能

主排水泵自动化控制系统，可根据水仓水位的高低、水泵的状态和用电峰谷等因素，合理的进行调度水度，自动准确发出启、停水泵的命令及控制管路上的电动闸门，控制这几台泵的运行状态。1）系统的监视功能。①控制箱上的指示：在各水泵系统就地控制箱上，其指示灯信号为：高压柜合闸与短接电抗器、电动阀门开、关到位、电动阀过转矩、真空度已到。②PLC柜：由PLC柜上的触摸屏和上位计算机组成的网络监控系统，其触摸屏安装的是嵌入版的MCGS组态软件，上位计算机安装的是网络版的MCGS组态软件，两种组态软件的监视画面基本相同。在组态软件的监视画面上，详细地显示了PLC控制系统各种工作状态和运行数据，这样工作人员可以很方便地了解整个中央水泵系统的工作状态。2）系统的保护功能。①流量保护：水泵启动后或进入正常运行时，假如流量达不到正常值，那么通过流量保护装置，可使这台水泵自动停车，自动转换启动另一台备用水泵。②电动机故障保护：可以利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压、故障，并参与控制。③电动闸阀保护：可以利用电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相故障，并与水泵联锁控制；同时环行管路调节门还具有自动关闭，人工开启功能，当出口闸门（立门）不能关闭时，环行管路调节门自动关闭。

4 泵房监控系统的主要特点

1）工作方式。控制装置设计具有三种工作方式：①就地方式：故障检修和手动试车时使用，通过就地控制箱来实现对水泵的操作；②半自动工作方式：由操作人员选择某台或几台泵组投入工作，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作；③自动方式：由PLC检测水位及有关信号，自动完成各泵组运行，不需要人工参与；假如某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵将自动退出运行，不影响其它泵组的正常运行。在各水泵运行的状态下，也可以根据实际需要，将水泵的控制方式自由的在三种工作方式之间进行相互切换，不影响已经运行的水泵，实现了真正意义上的无缝衔接功能。2）电源控制。系统在控制电源断开重新上电时，根据高压柜和电动阀的状态以及方式开关的位置，自动将掉电所清除的数据、状态恢复，并保持水泵的正常运行状态。3）程序控制模式。PLC控制程序采用了模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。本程序结构具有清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等诸多特点；它还可利用PLC控制柜上的触摸屏，实现界面切换、系统巡查、故障复位、控制方式转换等功能的完成。4）水位控制。水泵房水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，而自动化控制系统则设置了两套水位传感器，模拟量的超声波水位仪和开关量浮球式液位开关，两套传感器均设于水仓的配水井内，采取并联工作，从而保证了系统的可靠运行。5）避峰控制。程序PLC可根据水仓水位的高度，以及用电避峰填谷的原则，尽量利用夜间谷时开启水泵进行排水，以达到节电的目的。6）信号传输。系统利用电话线传输信号，可实现地面微机监控及微机远控，矿局域网内其他计算机可通过IE浏览器输入本计算机的IP地址，查询中央水泵系统运行的详细信息与数据。7）工作与备用的调节。系统使用“轮换工作制”防止备用水泵因电机受潮或其他故障。当发生紧急情况需要投入而不能投入时，则会影响矿井安全生产，这时系统根据水泵的开启次数自动按一定的顺序轮换开启水泵，当其中一台或所属阀门故障或检修时，该泵自动退出轮换，其余各台还能仍按轮换工作制运行。8）兼容特性。该系统具有新旧控制系统兼容的特点，即当PLC控制系统故障时，可恢复人工控制系统工作。9）自动化可靠程度。泵房监控系统具有运行可靠、自动化程度高、节约电耗等特点。

5 结束语

煤矿中央泵房，安装自动化监控系统，可以通过水仓水位和其它参数的检测，实现控制水泵轮流工作与适时启动备用泵的目的，并能合理调度几台水泵的运行。系统通过触摸屏以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、几趟排水管流量等参数，并通过通讯模块与综合监测监控主机实现数据交换，调度台可实时监视泵房水泵的运行状态。

参考文献

[1] 朱文军，韩小庆.井下中央泵房自动化监控系统的应用[J].山东煤炭科技，2005，2：17-18.