基于PLC技術(shù)的礦井水泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

時(shí)亞楓

摘 要：為了保證礦井當(dāng)中水泵房當(dāng)中自動(dòng)排水系統(tǒng)有良好的質(zhì)量，應(yīng)認(rèn)識(shí)到自動(dòng)排水系統(tǒng)對(duì)于水泵房的重要性以及PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并能結(jié)合礦井當(dāng)中水泵房運(yùn)行需要，制定科學(xué)的水泵房設(shè)計(jì)技術(shù)。本文以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)礦井水泵房當(dāng)中自動(dòng)排水系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：礦井；PLC技術(shù)；水泵房；排水系統(tǒng)

水泵房是礦產(chǎn)開采方面關(guān)鍵的組成部分，對(duì)于保證礦產(chǎn)開采正常進(jìn)行有著關(guān)鍵性的作用。但在礦產(chǎn)開采領(lǐng)域不斷發(fā)展中，礦井水泵房已經(jīng)逐漸不能滿足礦產(chǎn)生產(chǎn)的需要，尤其是自動(dòng)化方面以及節(jié)能方面，因此需要工作人員做好礦井水泵房當(dāng)中的自動(dòng)排水機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 案例礦業(yè)公司分析

在對(duì)PLC技術(shù)為基礎(chǔ)的礦井水泵房當(dāng)中自動(dòng)類型排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的階段中引入了某一真實(shí)案例，案例礦業(yè)企業(yè)當(dāng)中共存在5個(gè)主要排水泵房，這些水泵房的實(shí)際作用也存在差異。在案例礦產(chǎn)開采公司不斷發(fā)展中，采礦規(guī)模不斷增大，礦業(yè)生產(chǎn)對(duì)于水泵實(shí)際排水功率的要求也在不斷提升，目前正在使用的水泵電機(jī)功率最大已經(jīng)達(dá)到了1600kW，并且受到采礦生產(chǎn)的需要，這些水泵設(shè)備會(huì)一直處在長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)，從水泵設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)以及性能方面來看，這些水泵設(shè)備有著功率度偏高、整體管路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、各種生產(chǎn)設(shè)備更新速度慢的問題，這些問題的存在都直接礦井安全生產(chǎn)造成了較大威脅。

其次，過去的水泵設(shè)備由于設(shè)計(jì)理念落后、相應(yīng)技術(shù)不完善，導(dǎo)致傳統(tǒng)類型水泵的實(shí)際自動(dòng)化程度偏低，在操控水泵設(shè)備的時(shí)候需要大量的人工輔助，在水泵設(shè)備運(yùn)行階段中付出的人工成本不斷增加。因此也就需要工作人員能做好水泵設(shè)備的設(shè)計(jì)工作，讓水泵設(shè)備能在實(shí)際運(yùn)行中同時(shí)具有良好的運(yùn)行效率以及良好的節(jié)能性。

2 水泵設(shè)備控制系統(tǒng)分析

案例礦區(qū)當(dāng)中一個(gè)水泵設(shè)備通常狀態(tài)下的用水量大小為每分鐘1.27立方米，當(dāng)水泵設(shè)備以最高功率運(yùn)行的時(shí)候，其實(shí)際的最大用水量為每分鐘1.72立方，因此在相應(yīng)區(qū)域當(dāng)中的12平米水泵房當(dāng)中共有工作用水泵1臺(tái)，備用類型水泵1臺(tái)，檢修類型水泵2臺(tái)，出于對(duì)水泵設(shè)備運(yùn)行性能以及功能方面的需要，在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)能保證其具有以下的功能。

首先，應(yīng)保證泵房的實(shí)際運(yùn)行情況能得到有效的監(jiān)管、控制以及操作。在自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，這一自動(dòng)化類型的系統(tǒng)能對(duì)各種時(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、傳輸，以保證信息系統(tǒng)有良好的運(yùn)行穩(wěn)定性，并結(jié)合信息數(shù)據(jù)變化情況制定科學(xué)的管理方案，而在對(duì)這些信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的同時(shí)還能完成相應(yīng)信息數(shù)據(jù)的記錄，以方便后續(xù)管理工作的開展。

其次，還應(yīng)使控制系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程類型的數(shù)據(jù)傳輸功能，能將一些水泵設(shè)備的關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳到控制系統(tǒng)當(dāng)中，讓控制中心對(duì)各個(gè)水泵設(shè)備的運(yùn)行情況有更加清晰的了解，這樣也能方便控制中心及時(shí)對(duì)水泵設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整。

實(shí)現(xiàn)泵房的躲峰填谷，將一天的用電時(shí)間劃分為峰段和谷段，在峰段時(shí)間盡可能的不啟動(dòng)或少啟動(dòng)水泵，避免對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，充分利用水倉(cāng)的有效容積進(jìn)行蓄水；在谷段時(shí)間統(tǒng)籌啟動(dòng)水泵進(jìn)行集中排水。谷段時(shí)，實(shí)現(xiàn)輪流啟動(dòng)水泵排水，根據(jù)水位信號(hào)停止水泵？峰段時(shí)，通過程序控制確保泵房排水安全的前提下，盡量避免頻繁啟停水泵，造成水泵壽命的縮短。

3 系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)硬件連接分析

本系統(tǒng)中央處理單元選用的是西門子S7-300PLC S7-300是模塊化的PLC系統(tǒng)，提供了多種性能遞增的CPU和豐富的I/O擴(kuò)展模塊，增加了系統(tǒng)擴(kuò)展的靈活性。

3.2 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)組成分析

本系統(tǒng)主要由礦用隔爆兼本安型可編程控制器（PLC），本安型控制顯示臺(tái)，本安型液晶顯示屏和各種傳感器及電動(dòng)球閥組成，可編程控制器是井下控制的核心設(shè)備，需要完成對(duì)井下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的收集、分析和控制，同時(shí)與地面上位機(jī)進(jìn)行信息通訊，將井下數(shù)據(jù)傳遞到地面顯示。

3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析

主程序設(shè)計(jì)以水位變化為主，結(jié)合躲峰填谷，在安全排水的前提下實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的整體節(jié)能降耗？泵房每天實(shí)際泵點(diǎn)大約5～6個(gè)，而且24h涌水量相對(duì)穩(wěn)定，根據(jù)泵房的這一特點(diǎn)，每天設(shè)定4個(gè)排水時(shí)間段，每段大約排水1.5h，為了保證排水系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在非排水時(shí)間段內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位變化，在到達(dá)設(shè)定危險(xiǎn)水位時(shí)，優(yōu)于時(shí)間設(shè)定選擇開起水泵。

3.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及接口分析

本系統(tǒng)擁有ProfiBUS-DP通訊，以太網(wǎng)通訊和MODBUS通訊3種通訊接口，其中防爆箱中CPU上集成的ProfiBUS-DP通訊接口作為主站與各個(gè)就地箱中的遠(yuǎn)程I/O模塊進(jìn)行ProfiBUS-DP通訊，防爆箱中的MODBUS-DP模塊和流量采集箱中的流量模塊進(jìn)行MODBUS通訊，防爆箱中的交換機(jī)通過雙絞線與井下礦方交換機(jī)進(jìn)行連接，井下PLC上的以太網(wǎng)模塊以及井上監(jiān)控室的兩臺(tái)工控機(jī)通過RJ45接口分別連接到交換機(jī)上，通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。

4 系統(tǒng)故障防護(hù)分析

12水平泵房自動(dòng)化排水系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵啟？停的自動(dòng)控制，過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及故障防護(hù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過程中控制系統(tǒng)對(duì)水倉(cāng)水位、流量、壓力、溫度、真空度以及各種閥門的狀態(tài)量等實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，不斷通過CPU進(jìn)行運(yùn)算處理和實(shí)時(shí)融合，運(yùn)用模糊理論得出最終結(jié)果，從而對(duì)排水設(shè)備進(jìn)行可靠的保護(hù)，促進(jìn)水泵設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的提升。

5 系統(tǒng)運(yùn)行效益分析

（1）降低事故率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化排水以后，不需要人工操作，減少了人為事故，降低了泵房事故率；（2）積累經(jīng)驗(yàn)？本次泵房自動(dòng)化改造這一成功案例，順應(yīng)了唐山礦科技興礦的需要，為后續(xù)的自動(dòng)化改造提供了成功的經(jīng)驗(yàn)；（3）減少崗位操作人員，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化排水之前每天主要有2班，每班2個(gè)司機(jī)進(jìn)行手動(dòng)操作，在減少崗位操作人員方面，按節(jié)約4名司機(jī)計(jì)算，每年大約節(jié)約工資為：司機(jī)人數(shù)×司機(jī)月工資×12=4×3600×12=172800元。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文以某一真實(shí)礦業(yè)公司為案例，對(duì)礦排水系統(tǒng)自動(dòng)化水平低？耗能高以及應(yīng)急能力差等問題，以S7-300及其擴(kuò)展組建的控制體系為系統(tǒng)核心，設(shè)計(jì)了以節(jié)能降耗和安全排水為主要目的的礦井自動(dòng)化排水系統(tǒng)？分析了系統(tǒng)控制要求，介紹了系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)故障防護(hù)，最后闡述了系統(tǒng)運(yùn)行效益，以期對(duì)同行業(yè)發(fā)展有推動(dòng)作用。

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