浅谈煤矿生活泵无人值守自动化控制应用

苏章希（永安煤业有限责任公司,福建　永安　366000）

浅谈煤矿生活泵无人值守自动化控制应用

苏章希
（永安煤业有限责任公司,福建永安366000）

随着计算机控制技术的迅速发展,自动化控制技术得到了广泛的应用。本文介绍了PLC在煤矿生活水泵的应用，实现了生活水泵的无人值守，达到提高运行效率、节省人力、电力资源目的。

PLC;水泵;自动化控制

1　前言

上京矿区生活供水系统水源来自井田内ZK 10钻孔，现水泵房位于三采区+580m底部车场，水源从钻孔水引至+580m水仓，该供水系统由+580m的水仓经离心泵抽至+783m水池，再有+783水池供给各单位使用。目前生活水泵存在着运行效率低、供水可靠性差，操作工劳动强度大，工资成本费用高等。本文针对生活泵使用存在的问题，采用PLC为基础的控制系统，根据地面用水需求及远程操作信息由PLC发出动作指令，通过继电器隔离操作对应的自耦降压启动柜，实现水泵的无人控制。

2　设计构想

2.1水泵原始资料

水泵型号150D II-30×8，扬程240m，流量155m3/h，电机功率185kW，自藕减压启动箱XJ01-200kW，两台轮换运转。

2.2控制结构

采用矿用光纤网络作为数据传输介质，将仙亭煤矿地面调度室、+783m供水站、三采区+580m生活水泵房，构成控制层、传输层、设备层三级网络（总体结构如下图所示）。水泵开停由+783m供水站控制，同时引一条信号电缆至仙亭煤矿地面调度室（标高+660m），实时检测水泵房的运行情况。+783m水站设置水池液位采集柜，对水池液位信号进行实时采集，三采区+580m生活水泵房可根据+783m水站水位情况自动运行，实现无人值守。

2.3运行模式

仙亭煤矿地面调度室监控平台能够监视+580m生活水泵运行时的电流、电压、流量、压力等参数，并具有相应的查询功能，同时可以根据需要转入远程控制模式，直接启动任意一台水泵。+580m水泵房内两台水泵自动轮换工作，相互备用，并根据水泵的平均备用时间自动轮换水泵的运行，在满足矿区生活、生产用水需求的前提下，通过合理调节水泵运行时间，有效避开高峰时段运行，尽可能让水泵在低谷时段运行，达到避峰填谷、节约抽水电费开支的目的。

3　系统的功能

3.1系统软件配置

编程软件采用西门子公司的STEP7V5.3SP3，组态软件为的西门子公司的WINCCV6.2SP3，数据库软件采用微软公司的SQLserver2000WINCC版。

3.2系统主要功能

能根据+783m生活供水的实际情况，自动控制水泵的开停，实时监测两台水泵的工况参数，包括电压、电流、流量、压力、振动等，可以查询设备实时运行数据及历史运行数据。

3.3水泵运行方式

水泵有三种工作方式，分别为“全自动”、“就地手动”、“远程半自动（即远程手动）。在全自动方式，井下+580mPLC机实时采集水位和浮球状态，并根据水仓水位情况和浮球的状态，按照+783水仓水位高低控制水泵的运行或停机，水泵能自动轮换工作，不需要人工参与。下位机在正常运行过程中，可以脱离上位机的通讯仍能正常运行。在就地手动方式,就地通过控制柜操作面板手动控制水泵与闸阀的启停。在远程半自动方式,由授权值班工作人员通过上位计算机控制水泵的启动和停止，系统在正常运行过程中，不论何种工作方式，均可实时将现场的各种参数、设备状态通过工业以太网传到地面调度室。

3.4显示及报警

采集柜正常工作时可显示水池水位、井下水泵工作状态及报警状态，出现报警时可通过声光报警器发出报警。

4.工作原理

4.1控制核心

采用西门子S7200系列可编程控制器。通过数据采集模块采集+783m水池水位信号决定是否开启水泵。数据采集模块将由传感器采集的各项参数，通过光纤以太网的连接传输，实现现场监测与控制。

4.2工作原理

由可编程控制器、信号变送器、中间继电器、电动闸阀等主要控制单元等组成，按要求完成对井上下采集信号的接受、变换、放大，并通过PLC运算、及时发出各种控制信号，监控水泵的运行状态，直接驱动电动闸阀的动作，实现水泵房的无人值守。

4.3水位控制原则

该无人值守系统以+783m供水站水池水位作为水泵的起停的条件，为保证+783m水池水位检测的准确性及可靠性，采用输出模拟量的投入式液位计，配以输出开关量的浮球开关作为备用水位检测方式。当投入式液位计输出出现错误值时，应用浮球开关做为+580m水泵的启、停控制信号。在此条件满足的前提下，首先设定两个水位限值，以及水位差△h，其中△h对应的是在有电价避峰填谷要求时的水位差值，电价避峰填谷的原则也可以通过在一定水位范围内定时段供水的方法来实现。

5　运行适用性分析

5.1运行经济

控制系统改造前，三采区+580m水泵房共有3名水泵操作工，运行人工费用高等，投入资金改造后的水泵实现无人值守，两年左右即可回收投资成本。另外人为操作启动水泵，会使水泵处于不均匀的运行状态，增加水泵的疲劳度，从而减低水泵的使用寿命。使用自动化控制技术，实现水泵的均匀磨损，避免了某台水泵经常使用造成设备疲劳等。

5.2适用范围较广

系统采用了技术先进的西门子S7200型PLC，能进行自动数据采集、记录、故障报警、事故分析、水泵启动的切换等，投入使用以来性能稳定，故障率低。因此可推广应用到矿井井下排水系统等，通过自动化改造，达到提高了矿山的安全性和可靠性目的。

6　结束语

生活供水应用PLC控制达到了设备自动监视和控制，投入使用半年才来，出水指标稳定，设备运行可靠。不但提高了矿山的自动化水平，还达到了人员精简减少成本的目的。而自动化相对人工而言操作方面更具可靠性，从节能减排方面又避开了高峰、低谷之间的电价差。

[1]周庆贵.电气控制技术(第二版).

[2]王永华.现代电气控制及PLC应用技术(第二版).

苏章希(1974-),男,机电工程师，1996年毕业于原煤炭工业学校机电专业，从事机电技术管理工作。