基于plc的矿井水泵自动化控制系统探究

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

基于ＰＬＣ矿井排水系统远程自动化控制　基于ＰＬＣ矿井排水系统远程自动化控制　余婷婷　胡　杰’，。（１淮南矿业集团潘北矿，安徽淮南２３２０９６：　２安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南２３２００１）　摘　要　近年来，我国矿井在优化排水方案、改造排水系统及提高排水设备稳定性方面也做了大量的研究。随着煤矿安全生产　要求的提高，井下排水系统的安全性与可靠性要求也随之提高。目前井下水的排放主要的人工管理的方式，具有安全无保　证、设备运行经济硅差以及人为不当操作造成设备损耗等弊端。因此，采用自动控制系统具有重要的意义。　关键词：矿井排水，自动控制　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，Ｃｈｉｎａ　ｓ　ｍｉｎｅｓ　ｉｎ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｐｌａｎ，ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｅ—　ｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｒｅａｓ　ｈａｖｅ　ｄｏｎｅ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｕｎ—　ｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍａｉｎ　ａｒｔｉｆｉ—　ｃｉａｌｌｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｗａｙ，ｈａｖｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｎｏ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｉｍｐｒｏｐｅｒ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｏｏｒ　ａｎｄ　ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｅｑｕｉｐ—　ｍｅｎｔ　ｌｏｓｓ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｄｏｐｔｓ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　１　矿井排水系统的重要性　矿井水的形成一般是由于巷道揭露和采空区塌陷波及到水　源所致，水源主要是大气降水、地表水、断层水、含水层水、采空区　水及开采作业用水。在我国煤矿的原煤开采中，平均每年将有２Ｏ～　４０亿ｍ。的地下水需要由排水设备抽排到地面。数据显示，在发生　的煤矿安全事故中，以瓦斯爆炸和水灾最为频繁和严重，矿井排水　系统如果不能将矿井水及时排出矿井，不仅制约矿井开采，更会造　成人员伤亡、设备财产损失、矿井坍塌等灾难性的后果。　２矿井排水控制系统的要求　淮南矿业集团潘北矿井于２００４年１２月２６　ＩＥｉ正式开工建　设，设计生产能力２４０万ｔ／ａ，井田面积１５平方公里，２００８年３　月５日联合试运转。目前矿井正常涌水量为８０ｍ３／ｈ，最大涌水　量１ＯＯｍ３／ｈ。地质报告资料涌水量矿井中央区涌水量为：正常涌　水量５４０ｍ３／ｈ，最大涌水量６９０ｍ３／ｈ。矿井在－６５０ｍ水平设置　主排水泵房，直接将矿井水全部排至地面水处理厂。目前，主排　水泵房内共安装ＨＤＭ４２０ｘ９型离心水泵５台，单台水泵额定流　量为４２０ｍ３／ｈ，扬程８３８．３ｍ，配套电机ＹＢ７１ＯＭ２—４（１５００ｋＷ，　１ＯｋＶ）。正常涌水量时２台工作，２台备用，１台检修；最大涌水　量时３台工作，１台备用，１台检修。　作为特大型现代化矿井，排水系统的安全性和可靠性就显　得尤为重要，而稳定可靠的控制系统正是实现这一目标的重要　保证。综合矿井排水系统的特点及功能要求，一套完善的控制系　统应具有以下功能：　１）可靠的水位监测系统，根据警戒水位的到达和系统故障　类型及时发出报警和自动启动排水泵，传感器应具备工作安全　可靠、性能稳定等特点。　２）控制系统应能对水泵的起动和运行状态进行实时监测和　控制。若水泵在起动或运行中出现电流、压力、温度异常等现象　时，可发出故障报警信号并使该水泵停止，根据排水需要启动另　外的水泵。　３）控制系统应能可靠控制排水闸阀、配水闸阀（选择水仓）、　电磁阀、液压站等排水辅助设备；各部位传感器应能向ＰＬＣ准　确传送有效信号，使控制系统对排水泵进行适时控制和保护。　４）为使矿井排水系统实现远程控制，ＰＬＣ控制系统应能在尽　可能使用现有设备的情况下与矿井综合自动化系统的衔接。　３主排水系统控制功能的实现　潘北矿主排水泵控制系统主控设备选用西门子Ｓ７—３００　ＰＬＣ进行控制，由于ＰＬＣ具有可靠性高、耗电量小、编程简单和　带载能力强等特点，且具备多机联网和易于实现全矿并的生产　调度自动化等功能，后期改造实现主排水泵的地面远程控制系　统也是基于本套系统构建的。　（１）准确的水位监测装置　由于ＰＬＣ的输入信号可以是开关量、数字量和模拟量，所　以水位检测装置的设计比较简单　有多种型式的传感器可供选　择，只要满足煤矿井下工作环境如防爆、防潮等特殊要求，且具　备工作安全可靠、性能稳定即可，我矿选择的是ＰＲ０ＢＥ超声波　液位计，测量范围Ｏ￣５ｍ。　（２）可靠的起动和运行控制功能　在选定排水泵、排水管路后，首先由ＰＬＣ对排水泵的状态、　供电开关状态、各传感器到位反馈进行检测，一如果满足启泵条　件，则起动真空泵、打开电磁阀进行抽真空；当真空度满足起动　水泵要求后，给排水泵主电动机开关发出信号启动主电动机，当　电动机电流接近额定电流且水泵出水口的压力达到工作压力时　（认为水泵工作正常），电流检测装置和带电触点的压力表将分　别发出信号，起动液压站电机，打开选定排水管路上的液动阀门　至设定位置，实现排水泵正常排水。起动过程中如有任一环节不　满足起动排水泵要求，系统将停止起动过程，并发出故障报警。　对排水泵的运行状态实时监测。若排水泵在运行中出现电　流、压力异常等现象时，可发出故障报警信号并使该排水泵停　运，工作人员根据排水需要起动备用排水泵或将所有备用排水　泵的选择开关按下由系统依次选择。　排水泵起动和运行期间，主电动机的店里参数监测和保护　功能实现由高压供电开关完成。　（３）排水系统中的排水闸阀、配水闸阀　为液压控制且由开、关位置的传感器向ＰＬＣ提供“打开到　（下转第ｇ１页）

91能源技术

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，能否合理调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。综上，水泵的启动、停止操作全部为手动操作，工作效率低；水泵运行工况人工巡查，可靠度低，不能及时发现水泵运行中的异常情况；各排水泵房独立运行，是否启动水泵仅根据本地水仓水量判断，不能合理利用相关联的泵房水仓容量，合理调度水泵运行。随着该矿自动化信息化水平的不断提升，现有的设备运行管理水平已不符合企业管理要求，因此急需进行排水工艺的升级改造，已提高企业节能减排水平，为安全生产提供保障。该矿现有排水生产工艺示意图如图1。2　矿井多水平排水自动化联合控制系统的研究 针对该矿现有排水系统存在的各种问题，对排水工艺进行升级改造，升级后的系统应具备如下功能： （1）系统操纵电气化，即各种阀门根据需要自动开关，水泵电机根据需求自动启动或停止；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胡云涛1,王平利2,袁胜凯2,陈世杰2（1.华洋通信科技股份有限公司,江苏 铜山 221116;2.平顶山天安煤业股份有限公司,河南 平顶山 467021）摘　要：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。关键词：S7-300PLC；联合控制；组态软件DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.18.079 （2）各项参数自动采集，系统主要采集参数包括：水仓水位、水泵真空度、水泵正压、水泵实时流量、电机电流、电机电压等，所有数据可自动生成历史数据曲线并能根据操作权限查询或打印； （3）根据水泵的主用、备用、检修不同状态，系统应具有对应的操作模式并可根据操作权限切换； （4）不同水平面的排水泵房的水泵设备亦可组网运行，系统可根据本地水仓水位，相关联水泵房水仓水位，本地涌水量，电价政策等信息自动合理调度水泵运行，实现最大限度的节能减排； （5）系统要能够接入该矿现有综合自动化平台，并且系统操作要简单，运行维护要方便，可靠性要高，测量显示数据要准确。改造后的水泵自动运行流程图如图2。

第30卷第7期2009年󰀁󰀁7月煤󰀁矿󰀁机󰀁械CoalMineMachineryVo.l30No.7Ju.l2009

基于PLC的矿井水泵自动控制系统

朱󰀁静(淮安信息职业技术学院,江苏淮安223003)

󰀁󰀁摘󰀁要:设计了以PLC为测控核心的系统结构,实现了水泵启停控制机制、󰀂移峰填谷 机制、

通信协议、模拟量测量方法,综合采用嵌入式和WWW网络版组态软件形成上位机软件冗余系统。

该系统基于企业计算机网络,完成了水泵运行参数、井下环境参数的实时监测与水泵系统控制的一体化。

关键词:水泵;LM3109;移峰填谷;PLC

中图分类号:TD63;TP277󰀁文献标志码:B󰀁文章编号:1003-0794(2009)07-0121-02ApplicationofPLCinAuto-controlSystemofMinePump

ZHUJing(Huai!anInformationVocationTechnologyCollege,Huai!an223003,China)Abstract:Detailsthestructure,thepumpstart-stopcontrolmechanism,peakloadshifting,communi󰀁

cationprotocolandtheanalogmeasurementofthemonitoringsystemwithPLCasthecore,andusestheembeddedandtheWWWconfigurationsoftwaretoformanuppercomputersoftwareredundantsystem.

Basedonintrane,tthesystemcompletesreal-timemonitoringandcontrollingthatincludethewater

pumpoperationalfactors,mineenvironmentparametersandtheircontro.lKeywords:waterpump;LM3109;peakloadshifting;PLC