基于PLC礦井智能化主排水泵的研究
該文簡(jiǎn)單介紹了礦井智能化主排水泵的工作原理。礦井智能化主排水泵可以實(shí)現智能化控制水泵的開(kāi)啟和停止、遠程實(shí)時(shí)監控主排水泵的工作狀況，并且可以根據水位自動(dòng)確定需同時(shí)運行的主排水泵的臺數，從而實(shí)現主排水泵高效經(jīng)濟的運行。
國內煤礦約90% 都是地下開(kāi)采，煤礦生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生廢水，包括井下自然涌水、生產(chǎn)廢水等。為保證礦井的安全生產(chǎn)，必須將井下的廢水排到地面，即礦井廢水的安全排放是保證礦井安全生產(chǎn)的必要條件。一個(gè)簡(jiǎn)單的排水系統必須包括污水水源、水泵、排水管路和排放地點(diǎn)。就煤礦而言，水從井下中央水泵房經(jīng)過(guò)主排水泵，從主排水管道排到地面溝渠中。
1、自動(dòng)控制
自動(dòng)控制是指完全以PLC 設定程序自動(dòng)執行一系列操作，完成排水工作，不需要人為干涉，通過(guò)檢測水倉水位、電力波峰段和其它參數，時(shí)啟動(dòng)水泵，合理調度水泵運行的臺數，從而提高水泵的工作效率和安全性。下面以水倉水位為例來(lái)說(shuō)明水泵自動(dòng)控制的全過(guò)程。
假設，原礦井每小時(shí)排出廢水的流量為Q1，中央水泵房的水位為H1，由于礦井正常生產(chǎn)，礦井水位在Q1的排放流量下，水位變成了H2，此時(shí)通過(guò)水位監測傳感器，將實(shí)時(shí)水位H2傳輸給PLC 控制臺，因為PLC控制臺設有程序，該程序內設有選擇語(yǔ)句，設有m 個(gè)臨界值，分別為m1、m2…mm，此時(shí)可以通過(guò)程序控制，當H2 < m1時(shí)，PLC 會(huì )控制關(guān)閉所有排水泵，當H2在m1和m2之間時(shí)，PLC 控制開(kāi)啟1 臺水泵，當H2在mk和mn之間時(shí)，PLC 會(huì )控制a 臺排水泵開(kāi)啟進(jìn)行排水，這些數據根據每個(gè)礦井廢水水位和涌入量的不同可以自己設定。這樣可以實(shí)時(shí)自動(dòng)控制，既節省人力又經(jīng)濟高效。其控制流程圖如圖1 所示。
圖1 水位控制水泵臺數工作原理示意圖
2、遠程監控
所謂遠程監控，就是在地面上就可以對主排水泵進(jìn)行性能監測和控制。通過(guò)光纜以及相應信號交換設備，將井下PLC 與井上的計算機相連，采用WINCC 自動(dòng)化監控軟件建立綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )平臺，可實(shí)現遠程自動(dòng)、半自動(dòng)控制，實(shí)時(shí)顯示、記錄各泵組運行情況和相關(guān)參數，支持歷史數據查詢(xún)。同時(shí)，井下裝設防爆型網(wǎng)絡(luò )攝像機，通過(guò)光纖將圖像傳送到地面系統，地面調度中心通過(guò)硬盤(pán)錄像機將畫(huà)面發(fā)送到地面工業(yè)電視上。主排水泵控制系統如圖2 所示。
圖2 主排水泵控制系統
3、實(shí)施維護
3.1、水泵輪換工作
水泵輪換是排水設備綜合自動(dòng)化控制系統的中心環(huán)節。它由PLC、中間繼電器、接觸器等組成，以上環(huán)節最終都要與本環(huán)節配合，根據水位情況自動(dòng)開(kāi)停水泵。為了防止因備用泵長(cháng)期不用而使電機受潮或有其它故障而未被發(fā)現，當緊急情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全，系統根據水泵的開(kāi)啟次數自動(dòng)按一定順序輪換開(kāi)啟水泵。當某臺或其所屬閥門(mén)故障或檢修時(shí)，該泵退出輪換，其余各泵仍按輪換工作制運行。
3.2、障礙報修
不論是原始的手動(dòng)控制，還是采用PLC 實(shí)現的智能控制，都無(wú)法避免主排水泵出現，如主排水泵發(fā)生汽蝕損傷、主排水泵平衡盤(pán)異常磨損、主排水泵葉輪空蝕磨損、電動(dòng)機短路等。這些問(wèn)題都會(huì )導致主排水泵工作異常。這些異�？梢酝ㄟ^(guò)相應的傳感器，將數據傳輸給PLC 控制臺，然后PLC 控制臺對數據進(jìn)行分析處理，將有問(wèn)題的主排水泵組傳輸給地面計算機，由計算機發(fā)出報警信號。這樣檢修人員可以及時(shí)的采取措施。
3.3、管路監測
因為礦井廢水的排放，主要通過(guò)管路由主排水泵排至地面，所以管路出現問(wèn)題也會(huì )引起排水系統的崩潰，因為排水管路較長(cháng)，不可能每處都設監測站，所以，礦井一般都有備用管路，當一個(gè)管路出現問(wèn)題，PLC 控制臺會(huì )發(fā)出命令，自動(dòng)切換到另一條管路，不用停機切換。
4、結語(yǔ)
(1) 本文通過(guò)介紹水泵的工作原理，對水泵進(jìn)行了分類(lèi)，并對單級、單吸離心式水泵具體工作原理做了說(shuō)明。
(2) 針對礦井開(kāi)采這一行業(yè)的特殊性，描述了礦井主排水系統，并繪制了礦井主排水系統示意圖。
(3) 闡述了以PLC 為核心的水泵自動(dòng)控制系統，通過(guò)合理的程序設計，實(shí)現了根據水倉水位的高度自動(dòng)啟動(dòng)水泵進(jìn)行排水，減輕工人勞動(dòng)強度，增強井下排水的可靠性。同時(shí)也實(shí)現了水泵運行的合理調度，提高設備利用率，節能增效。
(4) 通過(guò)PLC 與地面計算機相連接，實(shí)現對井下主排水泵的遠程監控和實(shí)時(shí)維護功能。
