發(fā)布時(shí)間：2019-10-10所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 煤礦排水系統(tǒng)的安全性和可靠性是煤礦井下安全的重要保障。本文重點(diǎn)闡述了此套基于 PLC 的煤礦排水系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞: PLC; 煤礦排水; 控制系統(tǒng) 煤礦事故在我國屬于高發(fā)性事故，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國 2016 年全年共發(fā)生煤礦水害事故 6 起，死亡 21 人，觸
摘 要: 煤礦排水系統(tǒng)的安全性和可靠性是煤礦井下安全的重要保障。本文重點(diǎn)闡述了此套基于 PLC 的煤礦排水系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞: PLC; 煤礦排水; 控制系統(tǒng)
煤礦事故在我國屬于高發(fā)性事故，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國 2016 年全年共發(fā)生煤礦水害事故 6 起，死亡 21 人，觸目驚心的數(shù)字除了帶給我們警醒之外，也給礦井排水提出了新的要求。
1 功能設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)井下排水技術(shù)要求高，且排水策略和控制方式也嚴(yán)重落后。設(shè)備無法集控，信息收集誤差大，設(shè)備數(shù)據(jù)掌握不精確，導(dǎo)致故障無法得到及時(shí)解決。控制策略落后，主要依照人工經(jīng)驗(yàn)判定，缺乏足夠的科學(xué)依據(jù)，無法對(duì)水位、涌水量以及水泵運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精確控制，使得系統(tǒng)可靠性大大下降。系統(tǒng)運(yùn)行效率低，設(shè)備不適應(yīng)節(jié)能減排要求。因此煤礦排水系統(tǒng)的自動(dòng)化程度、安全性和可靠性直接關(guān)系到井下工人人身安全，因此，考慮到相應(yīng)和全時(shí)作業(yè)的需求，開發(fā)出基于 PLC 技術(shù)的煤礦井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)，以期提高排水效率，減輕人員工作量，提升煤礦井下作業(yè)安全性的目的，將系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)如下。
出于對(duì)煤礦排水重要性的考慮，設(shè)計(jì)了三種控制模式即: 遠(yuǎn)程控制、井下集中操控和原地控制。進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時(shí)，由監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)水倉水位等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)工作水泵數(shù)量，開啟順序及各泵工作持續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)等要素做出判定，有可編程控制器執(zhí)行預(yù)設(shè)程序。與此同時(shí)，監(jiān)控中心工作人員也可以通過監(jiān)控界面，完成對(duì)相關(guān)設(shè)備的啟閉控制。當(dāng)水泵操作臺(tái)設(shè)置為集中控制模式時(shí)，操作員可以按預(yù)設(shè)程序?qū)Ω魉眠M(jìn)行半自動(dòng)控制，即通過操作臺(tái)按鈕開關(guān)將命令傳遞至可編程控制器，并有后者執(zhí)行控制命令，此為井下集中操控。而當(dāng)水泵操作臺(tái)設(shè)置為就地控制模式時(shí)，通過為每臺(tái)水泵配置的就地操作按鈕箱，操作員即可操作按鈕開關(guān)完成對(duì)單臺(tái)水泵及配套設(shè)備的啟停處理。而對(duì)每臺(tái)水泵而言，則設(shè)置成三種不同的工作模式，即在本次操作中被優(yōu)先開啟的工作模式，在本次操作中出于備用，當(dāng)當(dāng)已有水泵無法滿足排水需要即可開啟的備用狀態(tài)和水泵出于檢查維修，暫時(shí)停用的檢修狀態(tài)。系統(tǒng)根據(jù)水倉水位及升速信號(hào)判斷涌水量，作出自動(dòng)啟停水泵動(dòng)作及工作水泵數(shù)量。當(dāng)僅需少數(shù)水泵工作時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)單臺(tái)水泵累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，對(duì)所有水泵進(jìn)行適度輪換。
井下環(huán)境條件復(fù)雜，對(duì)排水設(shè)備整機(jī)的保護(hù)必須十分周全。電機(jī)是排水系統(tǒng)的核心元件，當(dāng)其出于過流、欠壓或超壓、超載等故障時(shí)，井下電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)故障狀態(tài)借由上位機(jī)和 PLC 之間的通信發(fā)出報(bào)警并進(jìn)行控制。作為自動(dòng)抽水系統(tǒng)，水泵并非在任何時(shí)候都處于工作狀態(tài)，必須先啟動(dòng)真空泵監(jiān)測(cè)真空管路壓力值大小，只有當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，水泵電機(jī)方才開啟，與此同時(shí)，真空管路閥門關(guān)閉，此時(shí)排水管內(nèi)的水壓成為監(jiān)測(cè)元素。但如果此中有故障發(fā)生，管內(nèi)壓力無法達(dá)到固定值時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)當(dāng)在一定時(shí)間內(nèi)壓力沒有達(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)停止水泵運(yùn)行，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
水倉水位信號(hào)對(duì)井下排水自動(dòng)自動(dòng)化而言是一個(gè)十分重要的參數(shù)。本系統(tǒng)中一共在水倉內(nèi)設(shè)置有兩套水位傳感器，模擬量液位傳感器和開關(guān)量液位開關(guān)。前者用以連續(xù)監(jiān)測(cè)連續(xù)水倉水位，并傳輸至地面控制中心。后者則根據(jù)測(cè)得低水位、高水位和上限水位并與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對(duì)比后，發(fā)出啟閉泵控制信號(hào)并發(fā)出水位語音報(bào)警。除去這三種種主要保護(hù)以外，系統(tǒng)還設(shè)置有電動(dòng)閘閥保護(hù)、保護(hù)水泵軸承免受高溫破壞的溫度的超溫保護(hù)。
系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行離不開對(duì)各要素的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，因此本系統(tǒng)中設(shè)置了大量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。水位信號(hào)是水泵自動(dòng)化的重要的參數(shù)之一，本系統(tǒng)中采用的是超聲波液位計(jì)，對(duì)缺水、低水位、高水位、高水位報(bào)警等四種不同的信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)結(jié)合峰谷電價(jià)的具體安排對(duì)水泵的工作進(jìn)行靈活的配置，既保證水位安全也起到節(jié)能減排低耗電的效果。水泵出口的閘閥開度、水壓以及及電動(dòng)機(jī)電流大小都是影響水泵流量的重要因素，而這些參數(shù)也能最大程度地反應(yīng)水泵的工作狀況，因此流量是排水系統(tǒng)中不可忽視的檢測(cè)要素，本系統(tǒng)中同樣采用的是超聲波流量計(jì)，當(dāng)水泵工作過程中流程不足，便會(huì)發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)配備的保護(hù)裝置，自動(dòng)切換至其他水泵。除以上自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備外，本系統(tǒng)還配備使用壓力傳感器進(jìn)行水壓自動(dòng)監(jiān)測(cè)，紅外溫度傳感器對(duì)軸溫進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，智能電量采集模塊對(duì)電動(dòng)機(jī)電流、電壓、功率等要素進(jìn)行電流自動(dòng)監(jiān)測(cè)，真空度傳感器第泵內(nèi)壓力值和真空度等進(jìn)行真空度監(jiān)測(cè)。
2 系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述
考慮到以上設(shè)計(jì)功能，除了配置前文所述自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備和安全保護(hù)裝置外，還包括以下硬件組成，如:地面上位機(jī)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)、信息傳輸平臺(tái)、隔爆兼本質(zhì)安全型 PLC 控制箱、顯示操作臺(tái)等。PLC 是整部系統(tǒng)的大腦，在選擇時(shí)主要從其結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展性和通信能力等方面進(jìn)行考慮，綜上本系統(tǒng)選擇了西門子 S7-200 CPU226 系列 PLC，其擴(kuò)展模塊如下表所示。而組態(tài)軟件采用的也是西門子旗下的 WinCC。
期刊推薦：《電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)》著重發(fā)表在電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)基礎(chǔ)理論研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究、重要設(shè)備裝置開發(fā)研制方面的學(xué)術(shù)論文和研究成果報(bào)告。此外也刊登各高等學(xué)校在教學(xué)和科學(xué)研究方面的經(jīng)驗(yàn)介紹、教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的活動(dòng)信息和國內(nèi)外學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)等。
3 結(jié)語
煤礦排水系統(tǒng)是煤礦井下安全的重要保障，對(duì)改善井下工作條件，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保障排水系統(tǒng)安全運(yùn)行具有重要的實(shí)踐意義，同時(shí)為井下無人值守和自動(dòng)化反應(yīng)觸發(fā)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。值得在更大范圍進(jìn)行推廣。
參考文獻(xiàn):
[1]李亞哲.煤礦井下主排水系統(tǒng)工業(yè)流程及其自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2011( 5) .
