兖州矿区煤矿井下排水泵PLC控制新技术.pdf

THE W ORLD 0F I NVERTERS 变频器世界J u l y ， 2 0 1 8 兖州矿区煤矿井下排水泵 P L C控制新技术 Ne w T e c h n o l o g y o f P L C Co n t r o l f or Co a l Mi n e Dr a i n a g e P ump i n Y a n z h o u Mi n i n g Ar e a 兖矿 集团设计研 究院 李剑峰 L i J i a n f e n g 摘要 兖州矿区针对以前在煤矿 井下水泵的控制方面存在的问题进行 了认真 的分析， 并且与有关单位共 同开展科 技攻关， 积极应用当前已有 的P L C自动化控制新技术， 全方位的提出解决方案并进行了实施， 有效 地提高了煤矿井下水泵排水的控制水平。 关键词 煤矿 ； 井下； 水泵 ； P L C； 自动控制 A b s t r a c t Y a n z h o u mi n i n g a r e a f o r b e f o r e c o a I mi n e wa t e r c o n t r o l p u mp p r ob l e ms a r e c a r e f u l l y a n a l y z e d ， a n d t h e r e l e v a n t u n i t s t o c a r r y o u t s c i e n t i f i c a n d t e c h n o l o g i c a l r e s e a r c h ， P L C a u t o ma t i on c o n t r ol n e w t e c h n ol o g y a c t i v e l y a p p l i e d c u r r e n t ，a f u l l r a n g e o f s o l u t i o n s a n d i mp I e me n t a t i o n ， e f f e c t i v e l y i mp r o v e t h e c o n t r o l l e v e l o f t h e c o a l mi n e wa t e r d r a i n a g e p u mp ． K e y wo r d s C o a l mi n e ； Uu n d e r g r o u n d ； Wwa t e r p u mp ； P L C； A u t o ma t i c c o n t r ol 【 中图分类号】 T D 4 4 2【 文献标 识码】 B 【 文章编号】 1 5 6 1 0 3 3 0 2 0 1 8 0 7 0 0 1 1 3 0 5 l引言 近 几年来，兖州矿业 集团有 限责任 公司及下属煤矿与有关 单位共 同开展科技攻 关，在矿井水泵 P L C自 动化控制系统方面进行了大 量的研 究 试验工作 ，并且积极应用 当前已有 的 适 用新技术 ，取得了 良好 的现场使用 效 果，对 国 内同行 具 有相 当的参 考 价值。 2煤矿井下采区水泵房 P L C自动控 制和监测 兖州矿业 集 团公司济宁三 号 煤矿的井 下涌水 量比较大，特别是 西 部采 区。井 下 ． 6 6 5 m水泵房位于西部 采 区，安装 3台主排 水泵，配套 电动 机 5 0 0 k W ，2 条排水管路。正常涌水时 1台工作、1台备用、1台检修。． 6 6 5 m 水泵房原先的水位监测、水泵开停 及 选择切换均 由人工完成 ，控制和管理 方式落后， 自动化程度低，亟待进 行 更新。兖州矿业 集团 公司机械 制 修厂和济宁三号煤矿利用 C o n t r o l N e t 现 场 总线技术与 自动控制技术，对井下 采区水泵房的设备进 行控制、测量、 保护，同时与地面监控主机进行数据 通信，实现 了井下采区水泵房 的 自动 控制和监测。 1 数据 自动采集与检测 济宁三号煤矿井下 ． 6 6 5 m水泵房 自动控制系统是 由地面监控主机及传 输、就地控制箱及操作 台、各种测量 传感器组成的，可 以实现数据 自动采 集、 自动轮换 工作、 自动控制、动态 显示及故障记录报警和通讯接 口等功 能。系统通过检测井下水仓水位和其 它参数，控制水泵轮流工作与适时启 动备用泵，合理调度 3台水泵的运行。 系统通过上位机显示屏 以图形、图像、 数据、文字等方式，直观、形象、实 时反映系统工作状态 以及水仓水位、 电动机工作 电流、轴承温度、排水管 流量 等参 数，并且通 过 C o n t r o l Ne t 通 信模块、光纤与地面监测监控主机实 现数据交换 。 数字量检测的数据主要有水泵高 压磁力启动器 的状态、电动 闸阀的工 作状态与启闭位置、 真空泵工作状态 、 电磁 阀状态 、水泵 电动 闸阀的工作状 态；模拟量检测的数据 主要有水仓水 位、电动机工作 电流、水泵轴 温、排 水管流量、水泵吸水管 真空度及水泵 出水 口压力。 2 水泵和管路自动轮换工作 为了保证备用水泵及其 电气设备 或备用管路 能够 随时投入使用，他们 在设计 了 3台泵 自动轮换工作控制。 控制程序将 水泵启停次数、运行时间 以及管路使用次数、流量等参数 自动 记录并累计，系统根据这些运行参数 按照一定的顺序 自动启停水泵和相应 的管路，使得各 台水泵及其管路 的使 用率分布均匀。当某台水泵或者所属 的阀门发生故障时，立即将故 障水泵 或者管路 自动退 出轮换工作，而其余 各 台水泵和 管路则继续按照一 定的顺 序 自动轮换工作。 3 P L C自动化控制 这个系 统的控 制选用美 国AB公 司 C o n t r o l l o g i x型 P L C为控制主机。此 机为模块化结构， 由P L C机架、电源、 C P U、数字量 I ／ O、模拟量输入、通讯 WWW．CAI 6 8 ． COM 1 13 伺服控制 S ERVO C0NTROL 等模块构成。P L C自动化控制系统根据井下水仓水位的高 低、 井下用电负荷的高低峰和供电部门所规定的平段、 谷段、 峰段供 电电价 时间段等 因素，建立数学模型，合理调度 水 泵。系统 P L C会在用 电低峰和一天中电价最低 的时候开启 水泵，用电高峰和 电价高时则 自动停止水泵运行，以达到 避峰填谷及节能的 目的。就地操作显示选用美国 AB公司 的 P a n e l V i e w工业图形显示器 ， 系统通过图形动态显示水泵、 真空泵、电磁 阀和 电动闸阀的运行状态，采用改变 图形颜 色和闪烁功能进行事故报警，直观地显示电磁阀和 电动闸 阀的开 闭位置 ，实时显示水泵 的抽真 空情况 、压力值 以及 电动机 电流等。此外 ，P L C还通 过 Co n t r o l Ne t 通讯模块， 将水泵机组的运行状态与参数经过光缆传至地面的生产调 度监控中心主机，与全矿井的安全生产监控系统联网。 3煤矿井下中央水泵房 P L C远程 自动化监控 兖州矿业 集团公司杨村煤矿针对 目前井下主排水 系统的现状 ，采用 P L C 自动检测水仓水位和其它运行参数 作为主控，通过光纤电缆信号传输，实现了井下中央水泵 房的水泵远程 自动化控制 ，达到 了地面远程控制的 目的。 鉴于 P L C的具有安全可靠、功能完善、操作简单等优 点， 逐步提升了这个煤矿的远程 自动化控制管理水平。 1 排水系统原况 杨 村 煤矿 的井 下 中 央水 泵 房 有 6台 D 4 5 0 6 0 I i x 6型 水 泵，每 台 水 泵 原 先 分 别 配 置 1台 6 8 0 k W 的 I S Q1 5 8 4 型 电动 机和 l套老 式 的电气控 制系 统 1台 6 k V1 6 0 A 的 K YGC ． Z1 8 8型配 电装置。电动机上无温度传感器；水泵 上的压力表、真空度表都是机械式的，并且没有数据外送 的接点。水泵 的开停、轮换以及检控完全由人工来完成。 水泵工操作的时候先要 目测阳井 中的水位，到了水泵开机 位置 的时候手动打开射流 阀；利用压缩空气进行射流，等 到泵体真空表 的读数达到规定要求时，再关 闭真空表的小 电磁 阀，射流过程完毕；随后，按动此台电动机配 电装置 的启动按钮，电动机延时 6 s以后启动，待到压力达到正常 的时候 ，缓慢地打开出水阀门，然后打开压力表的止压阀， 等到指针稳定之后再关 闭真空表的止压阀， 整个启动完毕。 这种控制方式功能不稳定、自动化控制程度低、故障率高， 严重地影响 了矿井主排水泵房管理水平和经济效益的提高。 2 排水系统改造 他们根据井下中水央泵房 的实际工况，采用先进的 自 动化监控系统代替原来的老式控制系统。新的控制系统在 井下中央变 电所安装 1台 P L C控制柜，柜 内配有 s 7 ． 3 0 0可 编程控制器、触摸式显示屏以及小型继 电器等。主控系统 画面设计可 以用于6台水泵的操作， 实现远距离操纵 的功能。 新的排水控制系统采用 电动蝶 阀代 替原先的闸阀，用电磁 阀替换截止 阀，增设 了水位传感器、压力传感器和温度传 1 1 4 THE WORLD OF I NVERTE RS 感器等，利用新系统控制原有的水泵系统配电装置，完成 水泵的电动机开停。各台水泵 的控制都由 P L C来完成，不 再需要人工进行干预。人性化 的控制面板用 以完成就地控 制和检修时候参数的调整 。控制柜 内的 S I E ME NS P L C系统 以稳定、大容量 的工业以太网连接，在地面 的调度室 内增 设上位机监控系统，通过网络交换机直接把光缆传来的光 信号转换为电信号，引到上位机上，可 以在地面的矿调度 室内实时监控井下中央水泵房的水泵排水运行情况。控制 系统具有 自动、半自动和手动检修 3种工作方式。处于 自 动工作方式的时候，由P L C检测水位、压力以及有关的信 号，自动完成各台水泵的运行，不需要人工参与；半 自动 工作方式的时候，由工作人员选择某台或者几台水泵投入 ， P L C 自动完成所选水泵的启停和监控；手动检修工作方式 为故 障检修和手动试车的时候使用 ，当某台水泵及其附属 设备发生故障时，此台水泵及其 附属设备 自动退 出运行 ， 不影响其它水泵及其附属设备的正常运行。P L C控 制柜上 设有此泵的禁止启动按钮 ，设备检修的时候可 以防止其它 人员误操作，以保证系统的安全可靠。系统可 以随时从手 动检修工作方式转换为 自动和半 自动工作方式运行。 ①泵房操作控制柜 。控制柜是井下水泵房 自动监控系 统的控制核心，完成整个系统的数据采集、设备控制、信 息传输和远程通讯。控制柜的控制核心器件是 P L C可编程 序控制器，并且装置有各种继 电器转换板和输入 ／ 输出隔离 板等 ，输入信号隔离、放大及输 出控制外围设备。P L C有 足够 的备用点和工业 以太网通讯模块，有利于未来系统 的 扩展并且将井下水泵房的控制纳入到矿井 的监控 中心实现 集中控制。 ②人机界面。选取 O P 2 7 0显示器及各种转换开关和控 制按钮，用于工作方式选择和就地控制水泵，并且可以用 于就地监视电动机的电流、电压以及水泵 的温度、出水管 压力等参数。 ③系统特点。系统可以根据投入运行水泵的位置，自 动启动打开真空电磁阀；系统根据水位和压力控制的原则， 自动 实现水泵的轮换工作，延长 了水泵 的使用寿命；P L C 自动检测水位和计算单位时间 内不 同水位段的水位上升速 率，从而判断矿井 的涌水量， 自动投入和退出水泵的运行 台数，合理调度水泵的运行。 4煤矿井下中央水泵房 P 1 ． C自动化排水系统 中煤集团第六十八工程处和兖州矿业 集 团公司机 械制修厂针对 目前煤矿井下 中央泵房仍然采用人工控制的 落后现状，以及对其进行 自动化改造之后仍然有不完善 的 状况， 采用双 P L C控制方式， 通过光纤与地面监控系统通讯， 实现对井下中央泵房的远程监控 。 经过在井下的实际应用， 收到了良好的效果。 1 中央水泵房 自动排水系统设计 兴隆庄煤矿 5 0 m 中央水泵房共有 6台水泵，每 台水 泵配 1台 6 k V／ 6 8 0 k W 电动机 ；每台水泵排水 口处有 1台电 动 闸阀，其上方有 2台排水管路选择 电动 闸阀，共 1 8台 6 6 0 V ／ 1 ． 5 k W 电动闸阀、两面电动防水闸门等设备，采用射 流抽真空方式启动。自动排水系统主要由地面监控主站和 井下监控分站两部分组成地面监控主站是整个系统的地 面控制与监视中心，通过地面监控主站监视水泵房 内的设 备信息，控制水泵的启停、参数设置、下载程序 ，监控水 泵房系统控制数据，以及水泵房系统数据库的存储与管理 等操作；井下监控分站是整个系统的控制核心，其控制核 心为 P L C ，触摸屏为显示和主要操作设备，通过 P L C检测 水泵设备和传感器等的信号，控制水泵、电动闸阀、电动 球阀等设备和 电动阀门等执行器。 2 系统工作方式 ①遥控方式。即地面控制室远程启停设备、监视设备 的运行状态及各个运行参数的变化趋势。 ② 自动方式。根据液位 的高低、上水与否和峰谷电价 时段等因素，自动启停水泵 ，阀门与水泵之间联锁启停， 实时检测各台设备的状态，发生故障的时候 自动停机并且 报警。此种方式下可 以实现无人值守。 ⑧ 半 自动方式。与 自动方式 的区别在于，这种方式 需要 由操作人员根据井下水仓 的水位确定应当开启 的水泵 台数 ，然后 人工在触摸屏上 启动 水泵； 自动方式则是 由 P L C内部经过运算判断需要启停水泵 的台数 以及何时启停 水泵。 ④检修方式。保持现有操作方式，整个系统完全脱离 控制器，手动单 台水泵就地操作单台设备，作为检修或者 控制系统出现故障时的应急操作方式。 3 关键技术 ①射流抽真空方式的选择。由于煤矿井下水仓 内的水 质比较差，含有泥沙、石块、铁棒、木棍等杂物，在水泵 射流抽真空的时候， 经常从射流管路流出杂质， 堵塞电磁阀。 他们经过调研之后 ，将原先选用的低压 电磁 阀更换为小型 电动球 阀。经过实际使用表明，电动球 阀工作稳定可靠， 适用于这种工矿环境。 ② 自动倒机开停水泵方式。为 了防止某些水泵长期运 行导致磨损太快而某些水泵长期不用又导致受潮或者其它 故障，他们从系统的安全性考虑， 自动控制各 台水泵采取 轮换工作的方式，系统 自动记录各台水泵运行 的次数及时 间，保证各台水泵及其管路的使用率分布均匀。 ③防水闸门的改进。原先井下水泵房的防水闸门为手 动操作方式，现在改为电动 闸门，以备在紧急情况下 自动 关闭防水闸 门，杜绝水淹井下水泵房的情况，保证矿井排 水的连续性。 THE W ORL D OF l NVERTERS 变频器世界J u l y ， 2 0 1 8 5煤矿井下水泵 P L C自动监控系统 兖州矿业 集 团公司兴隆庄煤矿、山东省煤炭科学 研究所应用高可靠性 s 7 ． 3 0 0 P L C对井下泵房进行改造， 自 动化程度高，自动、 就地手动、远程控制 3 种方式互为备用； 4台电机循环工作，在保证有备用的情况下延长 电动机使用 寿命；完善的故障判断功能，为操作人员迅速排除故障提 供方便；系统输出数据完整、准确，方便管理。 1 系统主要组成和功能 兴 隆庄煤矿井 下十采区水泵房担 负着井下 3个采 区 排水任 务，有 4台 2 0 0 D4 3 x 8多级水泵，配套 电动机功率 5 0 0 k W，供 电电压 6 0 0 0 V；2台真空泵用于水泵启动时抽真 空用，极限真空 8 0 0 0 P a ，流量 3 m3 ／ mi n ，转速 1 4 5 0 r p m，功 率 5 ． 5 k W 。 ① P L C隔爆控制箱。采用西门子 s 7 ． 3 0 0型可编程控制 器 ，模块式结构，具有系统容量大、扩充方便；各种功能 模块齐全、指令功能强和高速、坚固、通信能力强以及操 作方便等特点，特别适于工业环境及 电气干扰环境。P L C 自动检测水位信号，根据水位高低 自动投入和退出水泵的 运行台数，合理调度水泵运行 。系统将 P L C中处理之后的 现场运行数据送到就地人机界面显示，同时将人机界面输 入 的控制命令送到 P L C，控制设备的运行，并且根据排水 压力、流量、电流、电压、振动、温度等信息判断水泵、 电动机的运行是否正常。 ②高压开关微机保护单元。采用山源 Z B B型电脑综合 保护装置，以 DS P芯片为 C P U，采用交流采样直接测量电 网二次侧交流信号，具有遥测、遥信、遥控功能，配置的 人机接 口可远程设置综合保护整定参数，由大尺寸液晶屏 实时显示监测 的电压、电流、有功功率、功率因数和 电度 参数 ，指示灯实时显示运行状态、分闸状态、故障状态等 信息。 ③地面监控站。区队设置监控分站选用 I P C6 1 0 计算机， 并配 以上位机组态软件，动态监控水泵及其附属设备 的运 行状况 ，实时显示水位、流量 、压力、温度、电流、电压 等参数，超 限报警，故障点自动闪烁，具有故障记录 、历 史数据查询等功能，实现遥测、遥控；矿井调度室。井下 主站将水泵监控信息通过十采 区交换机接入矿井千兆网， 直接进入矿井信息化平台，由信息处理中心统一组态后被 各有关部室调用 。 ④变送器。将现场参数转化为可采集的电信号。系统 中设置液位、温度、振动、流量、压力、真空度、阀门开 度等变送器，电量参数通过与山源分站的通讯获得。 ⑤通信 网络。P L C与人机 界面之间的通讯。采用 MP I 方式，速率 1 8 7 ． 5 k b p s ，两者可以周期性交换少量数据 ；控 制箱分为主控制箱和分控制箱 E T 2 0 0远程终端 ，两者 采用为全集成 自动化定制的开放现场 P r i f o b u s 总线系统通 WWW．CA1 6 8 ． COM 1 1 5 伺服控 制 Si i RV0 { R0l 讯，将现场设备连接到控制装置，并保证各个部件之 间的 高速通信 ，从 U O传送信 号到 P L C的 C P U模块 只需要毫 秒级时间P L C与供 电监控之 间的通信，P L C采用 R S 4 8 5 MOD BUS - R T U通讯协议与电气监控分站进行通信，通过电 气监控分站获得水泵运行中的所有 电气信息；P L C与矿调 度室之间的通讯，在 P L C上扩展 1个 C P 3 4 3 1工业 以太网 模块 ，将现场的设备状态、运行数据、故障信 息等所有设 备参数通过矿千兆以太网送到总调度室上位机，同时将上 位机的控制指令送到 P L C，地面区队值班室监控分站利用 设立在地面的交换机与矿千兆网通信，以便在 区队值班室 监控水泵的运行。 2 系统软件 ①上位机监控软件。选用西门子公司 Wi n c c 6 ． 0版组态 软件，运行于 Wi n d o ws 环境，提供 1 种 高效、开放的组态 开发环境 。在此系统中完成实时数据处理、显示 ，定时记 录水泵房控制 P L C和高压开关微机保护装置的数据， 自动 生成运行参数的 日报表、月报表。当现场设备有动作或者 出现故障的时候能够 自动弹出报警画面， 给值班人员警示 。 允许远程操作的时候，在紧急情况- 卜 值班人员可 以利用远 程授权控制各台水泵的运行。 ②下位机监控软件。主要为 P L C监控软件，分为通讯 子程序、水泵控制子程序、数据处理子程序、保护功能处 理子程序等。在水泵 的控制程序中，作为水泵抽真空的判 据成为水泵能否正常运行的关键。因为泵腔中必须充满水 才能够保证水泵启动 以后正常上水，但是真空泵抽真空的 运行情况受到井下水仓的水位、水泵的密封性、水泵盘根 压紧状态 的限制，各台水泵之问以及同一 台水泵在不同时 期 的满水真空度值不相 同。尤其是在手动开泵的时候，由 于水位的影响比较大， 有的时候造成真空度达不到设定值， 致使启动失败。为此，他们采用 了根据水仓水位 的高低 ， 结合各 台水泵的气密情况与水仓 的总深度，减去当时的水 位高度，作为真空度的判击 } { 。为了保证水泵中确实充满水 ， 给 一定的延时之后再启动水泵。 6煤矿井下水泵房 P L C无人值守系统 兖州矿业 集 团公司北宿煤矿对 井下水泵房进 行 P L C自动化改造，实现了无人值守。 1 改造方案 北宿煤矿井下 一 2 9 0 m水平的水泵房共有 3台 MDM2 8 0 4 3 x 3型水泵，转速 1 4 8 0 r ／ mi n ，扬程 1 2 9 m，流量 2 8 0 m3 ／ h 配套 电动机为 YB K2 ． 3 1 5 L1 4型，功率 1 6 0 k W，供 电电压 6 6 0 V，电流 1 6 6 A。他们在每台水泵 的出水管路上增加 1 个 Y BD F 2 3 2 1 4型 电动闸阀执行机构与 电动 闸阀用的矿用隔 爆型电动机；原有的射流抽真空机构保 留，分别加入 2个 气用、水用 的 DF 4 ／ 7 ． 5型电磁 阀，增加 1个水压 传感器、 1个负压传 感器；每台水泵增加 2个温度传感器和 1 个振 动传感器检测轴温和振动情况；在主出水管路上增加 2台 流量传感器用于检测水流量；在井 F水仓设置 2台非接触 式水位传感器，检测井 下水仓的水位；增加 1 套西门子 S 7 3 0 0型 P L C作为整个系统的核 心实现输入、输 出功能，增 加 1 个触摸屏实现就地参数设置和状态监测、现场手动开 停等相应的功能；增加 1台T控机，住地 面实现水泵运行 的检洲 0 和控制。 2 系统 组成 控制系统 以 P L C 触摸屏 地面T控机 为控制中心 ， 通讯方式采用井下 P L C 以太 通讯模块 NE T软件直接 上传到地面控制室 。此系统保 留了设备原先的手动控制方 式，手动控制具有优先控制权 ，即使系统出现故障也 叮以 保证在于动控制下实现水泵 的I L 常工作 。 P L C柜 。数据采集 的各种信号统一接入 P L C控制 柜、P L C配置模拟量采集模块、开关量采集模块和 以太网 通讯模块 ，将数据传送至地面控制室 的计算机。主要采集 的模拟量数据有水位、主 电动机 电流和排水管流量等，数 字量数据有水泵T作状态、电动阀门状态和水泵 出水 口压 力等 。选用西门子的 S 7 3 0 0 P L C作为整个控制与显示的核 心设备，用于水位、流量、压 力和轴温等各种参数的显示 ， 内置的 C P U模块、 电源模块和 MMC卡等主要用于驱动 触摸屏的显示，通过触摸屏 以摔制水泵 的开启与停止等 操作 ，并且能够查询相关参数的历 史记录 ，使得整个系统 运行更稳定、可靠。 ②地面监控主机 。地面监控指挥部分由计算机、管理 软件和网络传输部分组成，通过计算机 网络同步显示现场 工况。远端监控具有开放 的接 口，可以扩展功能或者接入 其它系统。软件 中嵌入 了大量的控制策略，可 以根据 实际 情况做出不 同的决策，极大地提高了系统的 自动化程度和1 智能程度。根据不同时期的具体情况，可以对软件的运行 参数进行调整，以适应复杂的情况，提高了系统的适应性。 ⑧水位传感器 。采用非接触式超声波液位传感器和投 入式传感器，具有水位标尺。传感器采取 1 用 1 备的运行 方式，确保 丫系统的正常运行。 3 系统功能 ①具有 自动与手动 2种工作方式。自动运行方式为正 常运行方式，由地面集中控制窜根据水泵房的信息提示 报 警，在工控机上实现水泵的开停；手动为检查维修方式， 泵房检修人员现场检查维护时，在泵房内手动开停水泵 。 ②具有流量、水位、水压、真空度、泵房温度和水泵 电动机 电压、 电流、 功率、 电量、 轴温以及电动阀门运行状态、 电磁阀状态等监测功能、烟雾报警功能。 ③具有 白检功能，当系统中 P L C与传感器通讯出现故 障的时候，报警并且记录故障时间、故障设备，以供查询 及打印。 7煤矿井下水泵 P 1 ． C自动化监控装置 目前国内矿井的井下水泵存在着装备落后、 操作复杂、 运行不可靠、劳动强度大等诸 多的问题，虽然 P L C作为优 秀的控制器在排水 自动化方面应用越来越普及，但是 由于 煤矿 的运行环境恶劣，在井下的应用却很少。为了适应矿 井减人提效及提高 自动化程度的需要，兖州矿业 集 团 公司济宁三号煤矿和新汶矿业 集团公司机械修配厂开 发出了 1 套水泵 自动化监控系统， 并取得了良好的运行效果。 1 系统性能 新研 制的这种装置采用 了 C E公司的 F a n u c系列 P L C 作为核心控制器件 ，系统根据水仓的水位 自动开停水泵 。 当水泵处在正常水位的时候，各 台水泵轮流工作；当水泵 处在危险水位的时候， 自动投入必要数量的水泵，并且 自 动地控制相应管路上的电动闸阀。此系统以水仓的水位为 主，并且结合 了 “ 避峰填谷”的原则来确定开泵的时间， 管理人员在地面就可 以对水泵房进行监控，并且获取报表 以及历史记录，提高了矿井的信息化水平。 2 工作方式 ①全 自动。 超声波液位传感器连续地检测水仓的水位 ， 液位开关检测吸水井 的水位，根据水仓水位和吸水井水位 以及各类传感器的信息，自动开停水泵与闸阀。 ②半 自动。水泵 司机根据水仓水位及吸水井水位，手 动开停水泵及确定开泵的台数，电动机及闸阀的开停则 由 P L C执行。 ⑧检修。维修人员操作任意 1 台水泵 以及闸阀，互相 不闭锁 ，P L C不参与控制。 3 运行过程 ① 自动注水。根据水位需要启动水泵的时候，P L C指 挥打开射流泵两端的 n 4 、n 5 电磁阀 n 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ， 然后打开排水管路上的 1 拌或者 2 群或者 3 ≠ } 电磁阀里管路 中 的水打出射流 ，依靠射流的吸力使得水泵内部形成真空。 当真空度表上 的数据显示达到规定的真空度时，真空度表 输 出 1 对开关量信号，P L C接收到此信号之后就会指挥高 压启动柜开启水泵。 ② 闸阀控 制。在 水泵开启 以后 ，P L C指挥 低压启动 柜开 启电动 闸阀并且依据 “ 轮换 工作”的原则 ，根据上 一 次使用的管路，此次则换取另 外一条管路。开泵 的时 THE W ORLD OF l NVERTERS 变频器世界J u l y ， 2 0 1 8 候先开启 管路的 闸阀，再开启水泵 的闸阀；停泵 的时候 贝 0 冈 0 好相反 。 ③水位检测。水位检测采用的是超声波液位传感器。 当水位到达水位 2的时候，首先检测是否处于用电“ 谷期”。 如果是的，则立 即启动 ；如果是处于 “ 峰期 ”，则需要暂 缓启动。当水位到达水位 3的时候 ，无误论是何种情况都 必须立即启动。如果开启之后水位继续上升至 4的时候， 则应当启动第二 台水泵 。无论投入 了几台水泵运行，水位 必须下降到 1的时候才可以停泵。 ④参数传输。模拟屏可以显示各类工况 以及所有的检 测参数，并且可 以由P L C的通讯 口通过监测网络传至地面 的机房 ，由计算机对数据进行分析、处理和显示，并且还 可以对 P L C发出控制指令。 4 保护环节 ① 过流 保 护。将二 次 回路 电流变 成 电压 信 号送 入 P L C，由 P L C判断电动机的运行工况。 ②低 电压、漏电保护。高压出现低电压、 漏电的时候 ， 高压保护动作，并且将故障信号传送至 P L C。 ⑧超温保护。水泵或者电动机 的轴承、定子温度超限 的时候，超温保护使得水泵停车。 ④漏水保护。如果水泵漏水严重在规定的时间之内不 能够注满水，则应当阻止此台水泵启动，转向下一台水泵。 ⑤流量 、压力保护。水泵启动之后，如果流量或者压 力达不到要求， 则应当使得此台水泵停车， 转 向下一台水泵。 5 问题与措施 ①流量传感器采用埋入式，容易受到异物的阻挡，可 靠性不高；可以将流量传感器换成超声波传感器。 ②电磁阀为中间继电器控制 ， 控制功率小，容易损坏； 将 电磁 阀控 制改为 P L C 一 中间继 电器 一 接触器之后，增 强了控制能力。 ③水仓 、吸水井淤积严重，使得水泵的故障率高、闸 阀开关不到位 ；在中央水仓增加了 1套机械化清淤装置之 后，改善了水泵 的运行环境 。 参考文献 [ 1 ] 于强 ， 李双忠 ， 蒋震 ． 济三煤矿井下 一 6 6 5 m采区泵房排水 自动控 制 系统 叩． 山 东煤 炭科 技 ,2 0 0 8 ,2 6 4 2 5 2 6 ． [ 2 ] 宋其成 ， 张建鹏 ． 中央泵房远程 自动化控制的研 究与应 用 U 】 l 煤 矿 现代 化 ， 2 0 0 9 ， 1 8 z 1 1 0 2 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