煤矿井下泵房自动排水监控系统设计与改造

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1、煤矿井下泵房自动排水监控系统设计与改造【摘要】本文介绍了枣庄市留庄煤矿井下-320水平中央泵房排水系统在原有设施的基础上进行的自动化改造，设计了基于PLC的井下排水泵房自动排水监控系统。系统自动检测矿井水仓水位等参数，根据水仓水位的高低、矿井避峰填谷用电信息等因素，建立数学模型，对水泵的运行进行自动化控制。系统综合了工业控制技术和现代软件技术，保证了系统的稳定性和可靠性，并利用以太网通信技术，实现了矿井泵房的全自动监控管理。【关键词】煤矿排水；组态技术；PLC控制；远程监控0.绪论枣庄市留庄煤业有限公司井田位于级索、滨湖两镇境内。矿井于1988年开始组织建井，1993年试

2、生产，1997年11月正式投产达标，矿井设计生产能力30万吨/年，核定生产能力65万吨/年。井田地质构造属中等型。水文地质属中等类型，主要充水含水层有三灰、五灰、十下灰、十二灰、十四灰、奥灰。矿井-320水平中央泵房排水系统担负着矿井主要的排水任务，各采区涌水排到-320中央泵房的水仓中，再由中央泵房的排水系统排出矿井。矿井最初设计时，采用传统的继电器控制排水系统，主排水泵是四台多级离心泵型号为200D-43*9,扬程为387m，每台水泵的额定流量为280m3/h;水泵电机采用电抗器降压起动，电机型号为YB24004-4TH，电机额定电压为6kV，额定功率为450KW。排

3、水泵房的起停操作和判断，完全依赖于工人的操作经验和已有的操作规程。这种系统存在的主要问题是操作工序复杂，操作水平因人而异，工人的劳动强度大，不适合现代化的要求。另外，人工操作也存在着较大的安全隐患，容易损坏部件，不利于降低煤矿企业的运行成本。本课题针对留庄煤矿现有排水系统存在的问题和不足，对替代人工监控的水位监测系统做了研宄，应用先进的可编程控制器（PLC）控制系统来取代老式的继电器控制的排水系统，并用现代化的通讯技术实现了排水系统的远程测控。1.煤矿井下排水自动控制系统的设计1.1自动化系统的硬件设计本系统的硬件由井下和地面两部分组成。井下硬件设备主要包括矿用隔爆兼本安

4、型可编程控制箱、本安控制显示台、矿用隔爆型以太网交换机、电动闸阀、真空管路电动球阀以及各种检测传感器。地面硬件设备主要包括数据服务器、工业控制计算机、地面以太网交换机、监控电视墙等设备。井下和地面通过光缆进行通信，实现数据交换及更新。图1.1为系统结构Xj、?t、!、图。1.1.1井下设备：(1)本安控制显示台：即井下操作台，操作台主要用于系统工作方式的选择和井下就地控制水泵的启停。操作台可以选择的操作方式有:①井下自动方式，PLC通过对输入参数的判断，自动控制水泵的启停；②井下手动方式，本系统保留了原有的操作方式，通过操作台上的按钮，按照原有开停水泵操作顺序依次操作启动

5、各设备；③远程控制方式，允许地面集控室通过计算机对水泵进行控制。(2)矿用隔爆兼本安型可编程控制箱：中央泵房设置矿用PLC控制箱一台，PLC通过判断各输入模块采集的各监测传感器的信号，按照程序要求自动控制水泵的工作，并通过通讯接口与地面集控室各计算机进行数据交换，根据地面计算机和操作台的命令控制水泵的启停。(1)矿用隔爆型以太网交换机：内有数据光端机和视频光端机，将井下PLC数据与井下摄像头视频转换为光信号，通过光缆与地面集控室各设备进行通讯。(2)主要监测传感器：①负压传感器：选用矿用本安型压力传感器监测水泵吸水管内的真空度，每台水泵安装一台。②正压传感器：选用矿用本安

6、型压力传感器监测水泵出水口水压，每台水泵安装一台。③水位传感器：水位传感器用于监测水泵吸水井内的水位高低，内环水仓与外环水仓各安装一台。水仓水位的测量是排水控制系统的关键环节。系统采用了2套水位检测装置来监测水仓中的水位，一套为2组浮球开关，分别用于检测内外环水仓几个水位点，包括超低限水位，低水位、高水位、超高限水位。另外一套是超声波水位传感器检测，用于探测水位细微变化，能够用来判断水位上升或者下降的趋势。它属于非接触式传感器，性能不受被检测介质的影响，精度较高。④流量传感器：采用超声波流量计监测排水管路的流量，每条排水管路安装一台。1.1.2地面设备在地面设置集控室用于

7、各设备的安装及操作，主要设备有：地面交换机、数据服务器、视频服务器、电视墙等设备。1.2系统工作原理该系统选用了PLC作为中心控制器，完成模拟量输入、数字量输入输出、与上位机通信等功能。其中，需要处理的模拟量输入信号包括水仓水位高度，水泵出水口压力，真空度，水泵轴温，排水管流量，电机运行电流等。数字量输出控制信号包括各离心泵电动球阀的开关信号，各水泵电机的开关信号，排水管电动闸阀的开关信号等。数据监测模块检测各传感器状态，并将检测数据通过通讯模块传送至监控计算机，PLC控制水泵自动排水工作流程如图2.2所示。PLC控制器还对电