基於PLC的煤礦自動排水控製係統的設計
信息科技
作者：豐永軍
摘 要 煤礦井下排水係統是煤礦企業的關鍵機電係統設備，排水係統的安全性、可靠性直接影響礦井安全生產的效率和煤礦工人的生命安全。文章提出了一種基於PLC技術的煤礦自動排水控製係統的設計，這套係統對於解決我國煤礦井下排水係統存在的問題以及煤礦透水事故的頻發有現實的指導意義，同時也實現了礦井排水係統的自動控製，使得煤礦企業的自動化程度和安全管理效率大大提高。
關鍵詞 PLC技術；排水係統；自動控製
中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）115-0227-02
0 引言
根據礦井資料，礦井在建設和生產過程中，地麵水和地下水通過裂隙、斷層、塌陷區等各種通道湧入礦井。當礦井湧水超過正常排水能力時，就造成礦井水災，通常也稱為透水。近年來，我國煤礦企業頻繁發生井下透水事件，所造成的人員和資源的損害程度極其嚴重。因此，建立良好的礦井排水係統是煤礦企業安全生產的重要保證之一。目前，我國大多煤礦企業的排水係統仍普遍使用傳統的人工操作係統。這種排水係統工人工作量大，工序過程繁雜，而且由於是人工操作，應急能力差，排水效率、安全性、可靠性低，存在很大的安全隱患。所以對於井下排水係統的研究與設計創新十分迫切和重要。根據《煤礦安全規程》對煤礦排水係統的設計規定，本文提出了一種基於PLC的煤礦排水自動控製係統的設計方案，能夠有效的提高煤礦排水係統的自動化程度，增強排水係統的安全性和可靠性，對於煤礦的安全生產和穩步發展具有積極的現實意義。
1 基於PLC的煤礦自動排水控製係統的硬件結構設計與控製
1.1 硬件結構組成
本設計方案的目的就是要實現井下排水係統的無人化操作，使其操作控製係統能夠對水倉水位的變化進行實時監測、及時預報、自動啟動運行、自動排水，讓水倉水位始終處於安全水位及以下，防止井下積水過多，導致透水事件的發生。本設計方案設置有三種控製方式即手動控製、半自動控製和全自動控製。手動控製方式的操作與傳統的人工操作排水係統相同。半自動控製方式則是靠人工和PLC設定程序共同完成，啟泵及啟泵的數量由人工選擇，停泵則由PLC設定程序自動完成。全自動控製方式則是由本方案所設計PLC控製係統完全自動控製井下排水的全過程。包括水位監測、報警、排水、故障診斷及預報等一係列過程。基於這些工作要求，自動排水控製係統要完成以下功能：
1）全自動控製整個排水係統的運行。PLC控製係統會對井下水倉實際情況進行實時監測，進而選擇設定不同的工作方式；當設備出現故障時或者運行參數不正常時，會有相應的控製單元對故障進行判斷並發出警報；
2）實時狀態監測。PLC係統設有相應的檢測單元，會對各種排水設備的運行情況進行實時監視。一旦有哪個設備或者檢測到哪個運行參數不正常，就會有警報提示，告知相關人員及時進行處理，保證排水過程的順利完成；
3）安全穩定組態軟件。實時監視需要有人機交互界麵，以達到實時顯示各設備的運行動態。安全穩定組態軟件的設計就提供了這一工作需要；
4）完善的故障診斷與報警功能：在設計中設置有各種排水故障的檢測單元，能夠及時準確的判斷故障的發生、故障位置，並及時進行報警提示。而且還能夠對發生故障的關鍵設備進行自動停止運行處理，防止事故發生。
基於以上所要實現的功能，該設計係統的硬件結構主要包括：PLC控製櫃、上位機、排水設備以及各種相應的傳感器。係統以PLC控製櫃為控製核心，通過應用光纜連接工業以太網絡，上與上位機通信，下與排水設備相連並對其進行控製，組成一個複雜而又精密的自動控製係統，通過這個網絡化的係統完成井下水倉積水的抽排過程。本係統的邏輯處理機構選用西門子S7 -300係列PLC，來承擔所有輸入信號的監測與輸出信號的控製任務。PLC櫃內裝有所有與排水係統設備相應的傳感器，如水位檢測傳感器、真空度檢測傳感器、水壓傳感器、溫度傳感器以及各類故障檢測傳感器等。PLC控製櫃上安裝有監控觸摸屏幕，係統通過通信光纜將井下各設備的運行參數傳輸至地麵控製端，操作人員也可通過地麵控製端對水泵的啟停及運行狀態進行監視和控製。組態軟件的主要作用就在於創建生成一個人機交互界麵，對井下PLC采集接收到的主排水設備運行參數進行實時動態顯示，為井下排水過程的正常進行提供安全穩定的保證，並進行相應的存儲和記錄。
1.2 係統主水泵的控製環節
1）水位自動監測：水位自動監控環節就是要對水倉的水位進行實時監測，以便於根據水位的高低自動執行啟、停泵程序命令。本係統選用投入式水位傳感器監測水倉水位，PLC控製單元采集接收由傳感器信號轉化成的模擬量數據，通過對模擬量數據的分析處理，來對水倉水位進行判斷，然後PLC根據水位信號和程序控製水泵的自動啟停；