摘要：為滿足小河嘴煤礦排水系統實現自動化控制及用電管理的需求，設計并建設一套礦井主排水監控系統。介紹了基于PLC控制器監控系統的工作原理。從主要設備構成、數據結構、控制算法流程等方面詳細分析了主排水監控系統設計及建設中需要注意的問題，以及基本原則。對需求中出現的用電避峰填谷問題進行了深入分析，提供了解決方案并加以實施。

　　關鍵詞：主排水監控系統;水泵房監測;PLC;自動控制;用電避峰填谷

　　礦山開采中，一般均需建設排水系統處理地下涌水。通過在不同水平工作面設置的泵站，將水倉中收集的水排放至地面的水池或排水渠。傳統的泵站采用各種機械表對泵站的管路系統進行監測，由人工進行水倉液位的觀察，對不同液位執行泵的灌引水、開啟、關閉等工藝流程，人力成本高。隨著礦山生產技術的提高，自動化技術在生產中得到大量應用，通過增加傳感器、控制器等設備，可以對傳統的泵站進行自動化改造，對泵站進行遠程監控，實時監控，從而降低人員勞動強度，節約人力成本。

　　利用先進的計算機技術，可以對泵站的各項參數進行完善的監測，統計，便于技術人員對泵站的運行情況、涌水情況進行數據的深入分析與挖掘，從而對生產狀況有更完善的掌握，從而做出各種決策：如合理分配設備運行、檢修時間等，能夠減小泵站運行維護時間,降低人力成本，減少泵站運行維護的總體成本，帶來一定的經濟效益[1-4]。

　　1系統原理及主要設備構成

　　小河嘴煤礦位于四川省達州市，中央水泵房有3臺水泵，2條出水管路，1個水倉。在地面出口有排水渠，在地面山頂有千噸水池。

　　1.1系統原理

　　系統以可編程邏輯控制器為核心，配合不同的傳感器，對整個中央水泵房的各種參數如水倉液位、出水管壓力、出水管流量、電機運行狀態、真空泵及真空管路狀態等等進行監測。各工況參數進入PLC中進行綜合分析、處理，按相應工藝流程將邏輯運算的結果輸出至電動閥門及高壓開關，控制相應的管路切換、泵的啟停，以實現無人值守的工作目的。

　　1.2系統的構成

　　主排水監控系統的主要設備分為3個部分：1)調度室部分。設置工控機，部署組態軟件，作為地面監控核心，負責與地面千噸水池PLC、井下中央水泵房PLC進行通信，采集相應的工況參數，同時提供人機界面，供調度員進行系統的參數監測及遠程操控。2)千噸水池部分。設置PLC采集箱及在水池中設置安裝液位傳感器、浮球開關傳感器，對水池液位進行監測，監測數據由現場PLC采集箱進行采集，處理，傳輸至井下PLC控制箱中進行統一處理。3)井下中央水泵房部分。設置隔爆PLC控制箱作為主控制器，對現場設備、傳感器進行監控，根據所有工況參數，進行邏輯算法處理，然后通過繼電器觸點輸出，控制各閥門控制器、隔爆開關，切換相應管路，完成泵的啟停等工作;在出水管路上，設置電動閥門，以實現管路的自動切換;設置真空管路及水環泵，在泵啟動之前進行灌引水工作;在泵的進水口及出水口設置負壓傳感器、正壓傳感器，對泵的工作狀態進行監測;水環泵及水泵的電機進線安裝開停傳感器檢測運行狀態;設置1臺本安操作臺，通過其上的文本顯示器顯示當前設備的運行工況參數，同時提供操作按鈕;設置隔爆網絡攝像儀對整個水泵房進行圖像采集工作，圖像數據直接進入交換機，由上位機進行處理。

　　1.3系統的功能

　　1)監測功能。監測水倉水位、流量、壓力、真空度、溫度、閘閥狀態等一系列參數。2)實時數據采集、處理、顯示及打印功能，具有歷史記錄查詢功能。3)保護功能。①超溫保護:當水泵電動機軸承溫度或定子溫度超出預設的允許值時，系統通過溫度監測系統及時進行預警，報警停機[5-7];②運行失壓保護:當水泵啟動后或正常運行時，依據水泵出口的壓力以及管路流量傳感器的監測，對水泵的失壓狀態進行判別，及時有效的進行報警并停車操作，避免產生因水泵空轉導致的設備故障。

　　4)具有故障類型和地址識別功能，系統對傳感器故障、閥門故障、運行工況參數異常等故障進行分類，并進行識別，使用漢字及語音提示故障信號以及故障位置信息，便于系統故障排查及維護。5)控制功能。①控制級別分為就地、就地集中和遠程集中控制，其優先級別為就地最高、其次就地集中控制，再次遠程集中控制;②實現自動、半自動、手動3種操作方式，并智能實現工作、備用和檢修3種工作方式;③對水泵電機的開停、真空泵電機的開停、各電動閘閥的開關、各電磁閥的開關控制;④系統根據水位和水泵連續工作時間控制原則，自動實現水泵的輪換工作，均衡分配水泵運行時間。

　　6)系統自動檢測水位信號，計算單位時間內不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井涌水量，自動投入和退出水泵運行臺數，合理地調度水泵運行。7)避峰填谷功能。系統根據電網負荷以及礦方所規定的平段、谷段、峰段供電時間段，以“避峰填谷”原則確定開、停水泵時間，從而合理地利用電網電力，提高礦井的電網運行質量。

　　2系統主要設計

　　2.1避峰填谷

　　本系統中的避峰填谷模式以水倉液位為基礎，設置了4條位置線：最高限，次高限，次低限和最低限。其中最高限是水倉的最高水位，一旦水位達到此位置，必須無條件啟動水泵，以保障礦井的安全生產。最低限是水泵排水管的低水位余量，一旦液位達到最低限，必須停止水泵的運行，否則抽水管容易進氣，導致水泵發生掉水現象，造成設備損壞。最高限和最低限依據現場環境設定。次高限和次低限由水倉水位變化的歷史數據分析而定。

　　避峰填谷的核心思想就是在用電高峰時段，在保障安全生產前提下，盡量縮短泵的運行時間;在用電谷底時間，盡量延長泵的運行時間，盡量讓水倉保持在低液位。當主排水系統工作于用電高峰時段，在水倉液位達到最高限時，才啟動水泵。隨著水倉液位的下降，當達到次低限時，即關閉水泵。讓水倉液位盡可能保持在一個較高的水平;當主排水系統工作于用電谷底時段，當水倉液位達到次高限時，即啟動水泵。一直排水，直到水倉液位下降至最低限時，才關閉水泵。

　　另外，在水泵已經啟動的情況下，如果涌水量增加，導致在一定時間內水位不降或上漲，則增加啟動泵的臺數。在用電高峰時段，盡量單泵運行，直到水位繼續維持上限，才繼續啟動1臺水泵;在用電波谷時段，則不受此限制，會繼續啟動水泵。當已有2臺泵運行，液位出現明顯下降趨勢時，則關閉1臺泵。

　　2.2數據流向

　　因為水泵房監測參數較多，而防爆PLC監控箱的容量有限，因此在水泵房內設置2臺防爆PLC控制箱，用于現場的監測監控。地面千噸水池位于地面山坡，距離井下位置較遠，同時又是非防爆設備，因此數據流向上，將處于調度室的上位工控機作為千噸水池和水泵房的數據轉換中心，由調度室工控機與千噸水池的PLC箱進行通信，獲取液位信息后，將數據實時寫入水泵房的PLC監控箱中。

　　水泵房的PLC監控箱采用主從站結構，由主站作為主控，進行數據采集與邏輯運算，從站中只負責數據采集與控制狀態輸出[8-10]。主從站之間使用通訊電纜連接，進行西門子的PROFIBUS通信以進行數據的交換。其中，工控機上的組態軟件通過以太網讀取千噸水池監測PLC的數據，然后將數據通過環網平臺，實時寫入水泵房的防爆PLC主站的數據區中，進行處理;隔爆PLC監控主站開辟數據區2，用于與PLC從站進行數據交換。西門子PLC的開發環境中提供了2條命令，可以直接用于PROFIBUS的主從站通訊，其中NETR命令用于讀取從站中的數據，NETW命令用于將主站的控制數據寫入從站。

　　2.3調試

　　系統各硬件安裝完畢，分別檢驗其功能。PLC核心控制程序采用模塊化設計，按流程圖將不同功能細分為模塊，針對具體功能模塊進行細化開發，模塊間使用相應的接口參數進行數據交換，最終進行整合。這樣可以簡化程序開發環節，程序開發直觀、簡明，調試亦方便。

　　3結語

　　依據小河嘴煤礦主排水系統現場的實際環境，以及對應的需求，進行了深入細致的分析，制定出較為合理的整體解決方案并且對方案中的架構、數據流向進行了詳細探索。實際項目經過了長期應用，實現了排水系統的有效監控，有效減輕了人員工作量，提高了煤礦生產效率。

　　參考文獻：

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　　[2]李亞哲.煤礦井下主排水系統工藝流程及其自動控制系統設計[J].工礦自動化，2011(5)：15-18.

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　　煤礦工程師論文范文：煤礦現代化機電技術管理創新

　　摘要：伴隨著社會進步、科技發展，一系列現代科技誕生。高科技應用于企業生產不僅提高了工作效率，而且實現了現代化管理，提高了管理水平。以煤炭企業為例，引進現代化的機電技術進行企業生產，大大提高了企業生產效率。但是，任何事物都是在發展中不斷創新的，機電技術為了適應煤炭生產中設備的多樣化需求，其種類不斷增加。