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。
2.5、在触摸屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况。
2.6、系统具有超温保护、流量保护、电动机故障、电动闸阀故障等保护功能。
3、plc系统的应用
海孜煤矿二水平泵房井下主排水泵控制系统由plc控制高爆、软启、智能开关、动态显示及故障记录报警和通讯接口等组成。
3.1数据自动采集与检测
数据自动采集与检测主要分为模拟量数据和数字量数据。
模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、2趟排水管流量；数字量检测的数据主要有：水泵软启动装置和智能开关的状态、电动阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电磁阀状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力。
数据自动采集主要由plc实现，plc模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，将水位变化信号进行转换处理，计算出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，控制排水泵的启停。电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，超限报警，以避免水泵和电机损坏。plc的数字量输入模块将各种开关量信号采集到plc中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停。
3.2系统控制部分
系统控制设计选用了日本欧姆龙公司c200he型plc为控制主机，该机为模块化结构，由plc机 架、cpu、数字量i/o、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。plc自动化控制系统根据水仓水位的高低、井下用电负荷的高、低峰和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段等因素，建立数学模型，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制5台水泵运行。
3.3系统的启动
以1#水泵为例
a、1#水泵真空已经排好，具备启动条件。
b、按系统送电要求送电。
c、把控制箱的软启、全压转换开关转到软启位置，控制箱上的软启指示灯亮。
d、按1#运行按钮系统开始启动并计时300秒，此时智能真空开关的1#开关合闸；为软启动器供电的qbg-250/6型隔爆高压真空电磁起动器开始合闸（合闸时间为150ms）。
e、当记时到2秒时，有两种状态。
a.此时智能真空开关的1#开关合闸反馈和为软启动器供电的qbg-250/6型隔爆高压真空电磁起动器合闸反馈均正常动作，给软启动器运行信号（软启运行指示灯亮），水泵开始运转，之后达到全压，旁路吸合。
b.此时智能真空开关的1#开关合闸反馈和为软启动器供电的qbg-250/6型隔爆高压真空电磁起动器合闸反馈其中之一没有正常动作，系统故障。（系统故障指示灯亮，有5次报警音响）系统已经合闸的设备分闸，启动记时复位。
f、当记时到15秒时，有两种状态
a.此时qbg-180/6000r型软启动器旁路反馈正常动作，给软启动器全压信号；1#qbg-250/6型隔爆高压真空电磁起动器合闸信号，动作后有开关自保，1#水泵停止指示灯灭，1#水泵运行指示灯亮，开始投入正常运行。
b.此时qbg-180/6000r型软启动器旁路反馈没有正常动作，系统故障（系统故障指示灯亮，有5次报警音响），系统已经合闸的设备分闸，启动计时复位。
g、当计时到17秒时，有两种状态
a.此时1#qbg-250/6型隔爆高压真空电磁启动器合闸反馈正常动作，释放软启动器运行信号（软启运行指示灯灭）释放软启动器全压信号。
b.此时1#qbg-250/6型隔爆高压真空电磁启动器合闸反馈没有正常动作，系统故障（系统故障指示灯亮，有5次报警音响），系统已经合闸的设备分闸，启动计时复位。
h、当计时到19秒时，有1种状态:释放智能真空开关的1#开关km1。
i、当计时到21秒时，为软启动器供电的qbg-250/6型隔爆高压真空电磁起动器分闸。软启动旁路真空开关释放。
j、打开水泵阀门，开始排水。
k、按急停（禁起）按钮，使其他水泵不能事故启动。
l、当计时到300秒时，启动计时到并复位，可以进行下一次启动。
结束语
改造后的新系统具有可靠性高、操作和调整方便、控制精度高、便于故障处理等优点。合理安排5台主排水泵的运行时间，在电价低谷段进行排水，节省水泵的运行费用。同时可使主排水泵房做到无人值守，减员提效。从而实现了矿井对排水系统安全有效地管理,更使矿井排水系统的现代化管理步入一个新的台阶。