基于PLC礦井智能化主排水泵的研究
該文簡單介紹了礦井智能化主排水泵的工作原理。礦井智能化主排水泵可以實(shí)現(xiàn)智能化控制水泵的開啟和停止、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控主排水泵的工作狀況，并且可以根據(jù)水位自動(dòng)確定需同時(shí)運(yùn)行的主排水泵的臺(tái)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)主排水泵高效經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。
國內(nèi)煤礦約90% 都是地下開采，煤礦生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生廢水，包括井下自然涌水、生產(chǎn)廢水等。為保證礦井的安全生產(chǎn)，必須將井下的廢水排到地面，即礦井廢水的安全排放是保證礦井安全生產(chǎn)的必要條件。一個(gè)簡單的排水系統(tǒng)必須包括污水水源、水泵、排水管路和排放地點(diǎn)。就煤礦而言，水從井下中央水泵房經(jīng)過主排水泵，從主排水管道排到地面溝渠中。
1、自動(dòng)控制
自動(dòng)控制是指完全以PLC 設(shè)定程序自動(dòng)執(zhí)行一系列操作，完成排水工作，不需要人為干涉，通過檢測水倉水位、電力波峰段和其它參數(shù)，時(shí)啟動(dòng)水泵，合理調(diào)度水泵運(yùn)行的臺(tái)數(shù)，從而提高水泵的工作效率和安全性。下面以水倉水位為例來說明水泵自動(dòng)控制的全過程。
假設(shè)，原礦井每小時(shí)排出廢水的流量為Q1，中央水泵房的水位為H1，由于礦井正常生產(chǎn)，礦井水位在Q1的排放流量下，水位變成了H2，此時(shí)通過水位監(jiān)測傳感器，將實(shí)時(shí)水位H2傳輸給PLC 控制臺(tái)，因?yàn)镻LC控制臺(tái)設(shè)有程序，該程序內(nèi)設(shè)有選擇語句，設(shè)有m 個(gè)臨界值，分別為m1、m2…mm，此時(shí)可以通過程序控制，當(dāng)H2 < m1時(shí)，PLC 會(huì)控制關(guān)閉所有排水泵，當(dāng)H2在m1和m2之間時(shí)，PLC 控制開啟1 臺(tái)水泵，當(dāng)H2在mk和mn之間時(shí)，PLC 會(huì)控制a 臺(tái)排水泵開啟進(jìn)行排水，這些數(shù)據(jù)根據(jù)每個(gè)礦井廢水水位和涌入量的不同可以自己設(shè)定。這樣可以實(shí)時(shí)自動(dòng)控制，既節(jié)省人力又經(jīng)濟(jì)高效。其控制流程圖如圖1 所示。
圖1 水位控制水泵臺(tái)數(shù)工作原理示意圖
2、遠(yuǎn)程監(jiān)控
所謂遠(yuǎn)程監(jiān)控，就是在地面上就可以對主排水泵進(jìn)行性能監(jiān)測和控制。通過光纜以及相應(yīng)信號交換設(shè)備，將井下PLC 與井上的計(jì)算機(jī)相連，采用WINCC 自動(dòng)化監(jiān)控軟件建立綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)、半自動(dòng)控制，實(shí)時(shí)顯示、記錄各泵組運(yùn)行情況和相關(guān)參數(shù)，支持歷史數(shù)據(jù)查詢。同時(shí)，井下裝設(shè)防爆型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，通過光纖將圖像傳送到地面系統(tǒng)，地面調(diào)度中心通過硬盤錄像機(jī)將畫面發(fā)送到地面工業(yè)電視上。主排水泵控制系統(tǒng)如圖2 所示。
圖2 主排水泵控制系統(tǒng)
3、實(shí)施維護(hù)
3.1、水泵輪換工作
水泵輪換是排水設(shè)備綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。它由PLC、中間繼電器、接觸器等組成，以上環(huán)節(jié)最終都要與本環(huán)節(jié)配合，根據(jù)水位情況自動(dòng)開停水泵。為了防止因備用泵長期不用而使電機(jī)受潮或有其它故障而未被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)緊急情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全，系統(tǒng)根據(jù)水泵的開啟次數(shù)自動(dòng)按一定順序輪換開啟水泵。當(dāng)某臺(tái)或其所屬閥門故障或檢修時(shí)，該泵退出輪換，其余各泵仍按輪換工作制運(yùn)行。
3.2、障礙報(bào)修
不論是原始的手動(dòng)控制，還是采用PLC 實(shí)現(xiàn)的智能控制，都無法避免主排水泵出現(xiàn)，如主排水泵發(fā)生汽蝕損傷、主排水泵平衡盤異常磨損、主排水泵葉輪空蝕磨損、電動(dòng)機(jī)短路等。這些問題都會(huì)導(dǎo)致主排水泵工作異常。這些異�？梢酝ㄟ^相應(yīng)的傳感器，將數(shù)據(jù)傳輸給PLC 控制臺(tái)，然后PLC 控制臺(tái)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將有問題的主排水泵組傳輸給地面計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警信號。這樣檢修人員可以及時(shí)的采取措施。
3.3、管路監(jiān)測
因?yàn)榈V井廢水的排放，主要通過管路由主排水泵排至地面，所以管路出現(xiàn)問題也會(huì)引起排水系統(tǒng)的崩潰，因?yàn)榕潘苈份^長，不可能每處都設(shè)監(jiān)測站，所以，礦井一般都有備用管路，當(dāng)一個(gè)管路出現(xiàn)問題，PLC 控制臺(tái)會(huì)發(fā)出命令，自動(dòng)切換到另一條管路，不用停機(jī)切換。
4、結(jié)語
(1) 本文通過介紹水泵的工作原理，對水泵進(jìn)行了分類，并對單級、單吸離心式水泵具體工作原理做了說明。
(2) 針對礦井開采這一行業(yè)的特殊性，描述了礦井主排水系統(tǒng)，并繪制了礦井主排水系統(tǒng)示意圖。
(3) 闡述了以PLC 為核心的水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過合理的程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)水倉水位的高度自動(dòng)啟動(dòng)水泵進(jìn)行排水，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)井下排水的可靠性。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了水泵運(yùn)行的合理調(diào)度，提高設(shè)備利用率，節(jié)能增效。
(4) 通過PLC 與地面計(jì)算機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)對井下主排水泵的遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時(shí)維護(hù)功能。
