PLC技术在全自动控制矿井排水系统中的应用研究

基于S7—300PLC的矿井多水平排水自动化联合控制系统的研究与应用针对平煤股份六矿现有四个主要井下泵房水泵设备排水时各自手动独立运行，导致水泵运行时不能实现设备的远程自动化监控，同时不能根据水仓容量及电价政策等信息合理调度，做到节能减排的现状。

本文研究出一种基于西门子S7-300PLC的矿井多水平排水自动化联合控制系统。

系统投入运行后，实现了该矿井下不同水平排水设备的联合自动化运行，使该矿的生产自动化水平提升了一个台阶。

关鍵词：S7-300PLC；联合控制；组态软件0 引言水泵作为矿井生产的关键设备之一，其运行情况决定着矿井是否能安全生产。

水泵还是煤矿企业生产的耗电大户，能否合理調度水泵设备根据电价政策避峰填谷运行很大程度上决定煤矿企业的节能减排水平。

因此，对水泵设备运行工况的及时全面的掌握，并能将不同水平面上个泵房设备联网运行，根据各泵房的水仓容量、涌水情况及电价政策，合理的调度水泵设备运行，对提升企业节能减排水平，提高企业自动化信息化水平都有重要意义。

1 现状分析平煤股份六矿井下排水系统主要包含四个井下水泵房，分别是二水平中央泵房、戊二采区泵房、丁二采区泵房和三水平中央水泵房。

各水泵房基本情况描述如下：二水平中央泵房：海拔-440米，三台多级耐磨泵，水泵额定流量360M3/h，水仓容量5200M3。

戊二采区泵房：海拔-590米，三台多级耐磨泵，水泵额定流量130M3/h，水仓容量2800M3。

丁二采区泵房：海拔-620米，两台多级耐磨泵，水泵额定流量150M3/h，水仓容量3000M3。

三水平中央泵房：海拔-680米，三台多级耐磨泵，水泵额定流量280M3/h，水仓容量4000M3。

各泵房水泵操作全由人工手动实现：观察泵房内水仓水位，达到启动水泵水位后手动开启真空阀、射流阀，观察真空表判断真空度达到后启动水泵电机，观察压力表判断压力达到后手动打开出水闸阀。

停止水泵时由人工先手动关闭出水闸阀，然后手动停止水泵电机。

PLC控制系统在煤矿井下排水系统中的应用摘要：在煤矿井下生产中，排水设备起着重要作用，以往国内各矿井配水系统多采用传统继电器控制，人工监测控制。

这种控制线路比较复杂啊，且设备运行可靠性不足，工人需要高强度作业，与煤炭行业发展需要不符。

根据具体的排水控制要求，合理设计自动控制方式，采用PLC控制系统，并结合使用各种传感器，可以实现系统有效控制。

同时采用水泵、管路等自动轮换工作机制，根据避峰就谷原则确定水泵开启数量，进一步保障设备和管路使用寿命和质量。

文章阐述了PLC控制系统在煤矿井下排水系统中应用的各方面内容，并提出传感器选择和软件设计策略。

关键词：PLC控制系统；煤矿井下；排水系统；应用；传感器矿井作业中，经常有各种水源涌入其中，对矿井正常生产造成威胁，甚至突发涌水会引发人员伤亡。

井下排水系统则符合以各种突降将涌水排出到地表，在井下排水系统控制发展中，控制水平得以提升，矿井中央泵房无人值守自动化系统可以提高中央泵房自动化水平，避免了人工操作下过程繁琐、劳动强度大、水泵长时间启动等问题，合理引入PLC控制系统，使其更加适应现代化矿井管理需要。

1.PLC控制系统应用分析1.1控制原理PLC可编程控制器是数字运算操作的电子系统，使用可编程序的存储器存储相关操作指令，比如执行逻辑运算、顺序控制和计数等，通过数字模拟的输入输出，对各类型机械和生产过程加以控制。

1.2系统安装在煤矿井下排水系统中，主要涉及设备就是高压水泵、设备控制柜和控制闸阀等，技术人员安装PLC控制柜、铺设机电线路、井下真空引水装置、水泵排水管和控制闸阀等。

1.3PLC排水系统控制过程（1）全自动工作模式。

在超声波水位传感器检测到水位超限，此时发出报警信号，通过就地箱向主控系统传输信息，主控判断需要抽水会将电动球阀打开，就地箱收到其传输信号启动射流泵，将冷缸中空气抽掉。

冷缸中充满水的情况下，传感器识别到负压信号传送到主控，主控将射流泵关闭，主水泵进行抽水。

基于PLC的煤矿自动排水控制系统的设计摘要煤矿井下排水系统是煤矿企业的关键机电系统设备，排水系统的安全性、可靠性直接影响矿井安全生产的效率和煤矿工人的生命安全。

文章提出了一种基于PLC技术的煤矿自动排水控制系统的设计，这套系统对于解决我国煤矿井下排水系统存在的问题以及煤矿透水事故的频发有现实的指导意义，同时也实现了矿井排水系统的自动控制，使得煤矿企业的自动化程度和安全管理效率大大提高。

关键词PLC技术；排水系统；自动控制0 引言根据矿井资料，矿井在建设和生产过程中，地面水和地下水通过裂隙、断层、塌陷区等各种通道涌入矿井。

当矿井涌水超过正常排水能力时，就造成矿井水灾，通常也称为透水。

近年来，我国煤矿企业频繁发生井下透水事件，所造成的人员和资源的损害程度极其严重。

因此，建立良好的矿井排水系统是煤矿企业安全生产的重要保证之一。

目前，我国大多煤矿企业的排水系统仍普遍使用传统的人工操作系统。

这种排水系统工人工作量大，工序过程繁杂，而且由于是人工操作，应急能力差，排水效率、安全性、可靠性低，存在很大的安全隐患。

所以对于井下排水系统的研究与设计创新十分迫切和重要。

根据《煤矿安全规程》对煤矿排水系统的设计规定，本文提出了一种基于PLC的煤矿排水自动控制系统的设计方案，能够有效的提高煤矿排水系统的自动化程度，增强排水系统的安全性和可靠性，对于煤矿的安全生产和稳步发展具有积极的现实意义。

1 基于PLC的煤矿自动排水控制系统的硬件结构设计与控制1.1 硬件结构组成本设计方案的目的就是要实现井下排水系统的无人化操作，使其操作控制系统能够对水仓水位的变化进行实时监测、及时预报、自动启动运行、自动排水，让水仓水位始终处于安全水位及以下，防止井下积水过多，导致透水事件的发生。

本设计方案设置有三种控制方式即手动控制、半自动控制和全自动控制。

手动控制方式的操作与传统的人工操作排水系统相同。

半自动控制方式则是靠人工和PLC设定程序共同完成，启泵及启泵的数量由人工选择，停泵则由PLC设定程序自动完成。

基于PLC的煤矿井下排水自动控制系统设计摘要：煤矿井下开采，采用自动化控制系统，离不开PLC技术，不仅能够减少作业人员的工作量，也节约了大量的企业运行成本，提升了企业的工作效率和生产效率，对于煤矿开采环境的改善起到了关键作用。

尤其在煤矿井下排水自动化系统的开发上，运用可编程逻辑控制器，也就是PLC技术，进行系统的应用，将各类重型煤矿设备等进行自动化监控，实现煤矿井下自动化控制以及机电一体化技术的运行。

关键词：PLC；煤矿井下排水；自动控制系统1.煤矿井下排水的重要性煤矿井下的涌水主要有地表渗透水和煤矿开采工作过程中产生的老空积水、采空区积水及生产用废水，由于煤矿井下水文地质条件复杂，如不及时排除煤矿井下的涌水，轻者会造成水淹巷道，严重时会威胁到井下工人的生命安全和损坏矿井设备。

煤矿井下各工作面的涌水经工作面排水泵排至大巷水沟，再由大巷水沟汇至井底中央水仓，由中央水泵排至地面污水仓。

经地面污水处理站处理，达到环保要求后，一部分排至清水仓，用于井下生产用水，一部分排至地面。

如若不能及时排出煤矿井下的涌水，就会造成水灾，致使井下的开采设备等受到损失，造成煤矿企业经济受到损失的同时也严重影响工作人员的生命安全。

因此，煤矿企业实行排水自动控制系统是必然趋势。

1.当前煤矿井下排水系统的不足当前广泛采用的井下排水系统以手动操作为主，所有的运作都需要人的控制来完成，各种操作手柄和机械仪表较多，智能化程度极低。

具体而言，当前的煤矿井下排水系统存在以下不足：2.1可靠性差由于当前的井下排水系统需要频繁的人工干预才能完成排水作业，受人的经验和熟练程度影响较大。

系统中大量的机械触点在长期使用中容易出现拒动或误操作。

2.2效率低现有的井下排水系统以人工操作为主，可实现自动控制的功能不多，依赖于人的手工操作来完成各种复杂的排水作业，其工作效率自然不高。

2.3成本高在缺乏自动化控制的条件下，排水系统的所有关键操作都需要由人来操作，占用大量人才物力，维护费用也居高不下。

探讨可编程控制器在矿井排水电控系统中的应用摘要：本系统采用可编程控制器（PLC）实时采集井下主排水泵、抽真空系统、管道电动闸阀、电动机、水仓水位等各种运行状态及数据，并将数据传送到地面生产调度中心，动态显示，监测监控水泵运行，故障报警实时显示。

该系统投入使用后可实现主排水泵房无人值守，系统自动根据矿井涌水量的变化，计算水仓剩余容水量，合理安排5台水泵的运行时间，在电价低谷段进行排水，节省水泵的运行费用。

关键词：可编程控制器PLC排水电控系统应用1、现状分析矿井排水系统承担着排出井下部分涌水的重要任务,是保证矿井安全生产的关键环节。

海孜煤矿井下涌水量较大，二水平主排水泵房设计安装了5台MD280-43/84×7主排水泵，配套电动机400kW，2趟排水管路。

正常涌水时，2台工作，2台备用，1台检修。

现井下主排水系统仍采用继电器控制，故障率高，水泵的开停及选择切换均由人工完成，做不到根据水位或其它参数自动开停水泵，无法实时监测主排水泵各项运行参数，不能做到无人值守，减员提效。

PLC可编程控制系统技术在自动控制中具有广泛的应用，从影响井下排水自动控制系统的稳定的主要因素出发，提出了抗干扰的措施.鉴于PLC的先进性和可靠性，决定对5台主排水泵及其附属的抽真空系统与管道电动阀门等装置实施了PLC自动控制改造。

2、PLC控制系统功能及优点介绍2.1、PLC控制程序采用模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。

该程序结构具有清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。

2.2、系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作，延长了水泵的使用寿命。

2.3、系统根据电网负荷和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段，以“避峰填谷”原则确定开、停水泵时间，从而合理地利用电网信息，提高矿井的电网运行质量。

2.4、PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。

PLC在塔山矿自动排水系统中的应用国投塔山煤矿位于大同市南郊区塔山工业园，设计能力240万吨/年，采用主平硐、副斜井开拓方式，一井一面。

井下运输采用胶带机运输，辅助运输采用无轨胶轮车运输。

在1075水平设置主水泵房，主副水仓容积800米3。

采区积水用潜水泵排到水仓，主平硐积水自流到主水仓。

矿井采用集中排水、一次排到地面的方式。

主水泵房设置3台MD155-3×5型水泵，一台工作，一台备用，一台检修。

排水管路为2趟Φ273的无缝钢管，单根长度3200米，排水高度111米。

排水设备自始至终伴随着矿井的建设和生产，直至矿井寿命终止才完成使命。

排水设备是矿井的大型设备之一，它对矿井的安全生产骑着非常只能够要的作用。

因此，排水设备的运行直接影响到矿井的安全和效益。

PLC自动控制系统在塔山矿成功应用，实现了自动、无人值守功能，确保了排水系统安全经济运行。

一、系统介绍本控制系统用于井下水泵房的集中分布控制；在井下泵房集控室设PLC集中控制站，采集各种信号，按照工艺流程控制各台水泵及相应的闸阀，显示各种工作状态。

整个集中控制系统由PLC集控及监控部分、就地控制部分和现场设备三大部分组成。

1．采用集中控制器对水泵房设备运行实行在线监控，自动、手动控制水泵的启停及闸阀的开、关，可实现水泵房的无人值守。

2．控制系统通过以太网接入矿井工业以太干网，实现水泵监控子系统与全矿井的监控系统信息共享。

3．集中控制器采用SIEMENS系列PLC及先进的过程控制软件，综合考虑矿井各种安全信息，实现井下排水监控系统的最优控制策略；井下排水监控系统的报警，信息显示全部融入整个矿井监控系统的数据系统。

4．水泵房现场以计算机图形界面结合现场操作，最大程度简化操作与状态显示。

5．系统具有三种工作模式：手动，自动，检修。

手动（就地）指现场进行操作，PLC集中控制器不参与控制；自动（远程）是指在调度中心或触摸屏上进行操作，所有的操作通过PL C集中控制器进行，现场的手动操作不起作用；检修指设备处于检修状态，设备不参与系统控制。

自动化控制系统在矿井排水系统中的应用摘要：中央泵房自动化控制系统主要通过PLC、触摸屏和上位组态软件建立泵房自动化的控制模型,根据峰谷时间、涌水速率、水泵运行时间、水泵效率、实时水位、电网负荷等自动控制水泵的运行台数和启动停止过程,实现无人值守的目标。

关键词：自动控制系统矿井排水系统PLC控制技术开滦东欢坨矿属于大水矿井,为了实现排水系统的自动化控制和提高排水系统的效率,我公司做了比较深入的理论研究,利用现代控制技术与理论,研究开发了适用于煤矿井下自动化排水的控制系统。

采用PLC控制技术,结合先进的传感器检测技术,采用电动阀门,智能配电柜等,使得中央泵房达到无人值守智能控制的目的,进而实现各水泵的联合控制,使得排水系统运行效率及安全系数提高。

中央泵房自动化程序主要包括以下几部分:PLC程序设计、触摸屏的界面组态以及上位机（Intouch）的界面组态。

1、PLC程序设计1.1 就地柜（单泵）PLC的程序设计(1)阀门的控制。

单个阀门的控制顺序如下:系统接收到“开阀门”信号,开启阀门;接收到“关阀门”信号,关闭阀门;阀门限位开关出现故障则禁止动作并报警;阀门开启在规定时间内开启到位,输出“开到位”信号;阀门开启超过规定时间未开到位则报警;阀门关闭到位在规定时间内关闭到位,输出“关到位”信号;阀门关闭超过规定时间未关到位则报警。

(2)水泵的控制。

单台水泵的控制顺序如下:系统接收到“启动水泵”（此处仅指高压合闸）信号,则进入启动顺序;接收到“停止水泵”（此处仅指高压分闸）信号,则进入停止顺序;高压合闸在规定时间内合闸到位,输出“合闸到位”信号;高压分闸超过规定时间,依然有“合闸到位”信号则报警;高压合闸超过规定时间,合闸不成功则报警。

(3)与集控柜PLC的通讯。

包含以下内容:通过控制信号来传递启动、停止等信息;通过状态信号来进行阀门状态、水泵状态、运行参数的监视等。

(4)手动、就地、集中控制的切换。

在手动模式下,PLC系统不参与控制,仅参与系统状态的监控。

PLC技术在自动化排水控制系统中的设计与应用分析作者：张林虎来源：《西部论丛》2018年第08期摘要：本文针对厂房排污池的实际排水情况，从实际应用出发，结合先进的PLC控制理论，配合长期积累的工作经验及电气自动化控制技术，详细讨论了对排水系统运作状况的实时监控，以及在无人控制条件下怎样实现厂房排水系统的自动化运作。

关键词：排水系统监控系统泵房传感器 PLC引言由于厂房排污池的排水系统，主要负责了排出厂房各种集水的重要任务，直接关系到泵站生产是否安全。

如果仅靠人工手动控制水泵的操作，很难保证积水及时排出，万一水泵漏水较大，值班人员又没有及时排水，有可能造成水淹运行层下地面，甚至积水进入水泵电机造成严重事故。

针对这一问题，采用先进的PLC技术，结合人机界面显示系统，实现了排水系统的自动化控制。

一、应用PLC技术实现排水控制自动化以PLC自动控制理论为基本原理，实现了泵房排污池排水控制系统的自动化运行。

该自动化控制系统能够通过调整运行层下的各种模糊动态来寻找到能够提供最佳检测数据的位置。

再通过联合应用地面上位机界面所控制的监控装置来实现对水位数据的采集、总结、分析、处理以及核算。

为排水系统中担任传感作用的传感器提供准确的数据，并通过由传感器进行一系列的数据分析，實现排水系统的智能化和自动化。

不仅为泵站各种设备提供安全保障，而且能够节省人力资源，避免不必要的人力浪费，实现经济效益最大化。

二、泵房自动化控制系统泵房自动化控制系统构成复杂，主要由阀门、传感器、控制器、工业以太网以及上位机远程监控软件等部分组成。

水泵可以实现自动化运行的基本过程：首先，通常会应用水位传感器来完成水位的检测步骤。

一般条件下为了保证运行层下的安全，通常会应用开关量和模拟量两种传感器同时对水位进行检测，保证运行层下水位维持平衡状态。

其次，一旦检测到水位高出标准，就可以运用水泵进行抽水。

这时需要注意的是，在打开水泵进行抽水之前，需要将水泵内的空气抽空，维持水泵内的真空状态，并保证水泵内的真空度在标准范围内。

编号：（）字号本科生毕业设计（论文）基于PLC的矿井排水控制系统题目：姓名：学号：班级：二〇一〇年六月中国矿业大学本科生毕业论文姓名：学号：学院：应用技术学院专业：电气工程与自动化论文题目：基于PLC的矿井排水控制系统指导教师：职称：2010 年6月徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院应用技术学院专业年级学生姓名任务下达日期：2010年3 月1日毕业设计日期：2010年3 月 1 日至2010年 6 月15日毕业设计题目：基于PLC的矿井排水控制系统毕业设计主要内容和要求：主要设计内容：1. 掌握矿井水泵的运行工艺和控制方法；2. 设计一种应用PLC作为控制器的水泵自动排水系统；3. 掌握所用传感器的工作原理及使用方法；4. 用PLC语言编制控制系统软件；具体要求：1. 提交控制单元原理图控制系统流程图，各控制单元原理图。

2. 提交PLC控制软件。

3. 翻译相关英文资料（或论文）一篇，中文字数不少于3000字。

4. 完成毕业设计论文的撰写。

院长签字：指导教师签字中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩摘要煤矿井下排水设备对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。

目前国内各矿井的排水系统多采用传统的继电器控制方法，用人工进行监测。

传统方法控制线路复杂，设备运行的可靠性低，工人劳动强度大，不适应煤炭发展的需要。

PLC技术在井下排水系统的应用_同层排水有哪些技术要PLC技术在井下排水系统的应用0引言井下生产作业时，随煤层开采，地层结构会发生一定改变，从而导致采区贯通地下储水层，使地下水大量涌入，若无法及时将涌水通过排水系统排出，就会诱发透水事故，威胁生产安全，甚至引发人员伤亡。

因此，井下排水系统作为煤矿生产的主要系统之一，长期以来一直发挥着不可替代的作用，而研发现代化排水泵自动控制系统也成为众多煤矿企业的共同需求[1]。

1井下主排水泵自动控制系统概述伴随现代科技不断进步，计算机控制手段逐渐被应用到生产生活各个方面，并为各个领域发展提供巨大的推动力。

而可编程控制器（PLC）作为一种全新的高效自控装置，逐渐替代了传统继电器并在各个领域得到推广应用，其中在煤矿井下排水系统中的应用极具代表性。

传统井下排水系统依靠继电器控制，主排水泵的一些动作必须由工人手动控制完成，这种方式相较于新型PLC控制技术存在着一定劣势。

将PLC技术应用到井下主排水泵控制中可通过控制中心显示器实现对水泵运行的水位、流量、温度等一系列参数的实时监控，并依据实际需求通过通讯设施和控制主机实现对主排水泵的远程操控，整个系统不仅灵活方便且安全性能优越，能够有力保障井下生产安全。

2煤矿主排水泵自动控制设计2.1控制系统构成分析整个控制系统由五大部分构成，分别为信息采集模块、自动轮换模块、自动控制模块、数据显示模块、故障报警与通讯模块，整个系统结构示意如图2。

2.1.1信息采集模块该模块包括模拟量检测采集与数字量检测采集两部分，其中前者主要针对水泵水位、水流量、电机电流大小及各机械装置工作温度等信息进行采集；后者主要用于对各机器工作状态信息检测采集，例如启动柜断路器高压工作状态、真空泵工作状态、电抗器工作状态等。

2.1.2自动轮换模块在矿井生产建设中，为避免主排水泵因为意外状况故障停机而引起危险，在主泵房内通常会配备备用排水泵及相关配套电器。

不过备用泵若长期不启动运行，则会由于受潮等原因造成自身工作性能降低，进而可能导致工作泵发生意外停运后，备用泵无法发挥应有功效而对井下生产安全造成严重威胁。