浅谈矿井排水自动化监控系统的应用

于圣涛

摘 要：以某大型矿井的中央排水的自动化监控系统为例，从系统的构成、功能、设计原则、工作原理等方面对PLC自动化监控系统进行介绍，该系统能够使井下排水系统提高其经济效益及管理能力。

关键词：矿井排水系统 监控系统 PLC

中图分类号：TD636 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-053-02

影响矿井下安全的原因有很多，其中最重要的一个因素就是井下 涌水，井下一旦出现透水事故，所影响的将不仅仅是矿井的经济效益，更严重的将会对井下工人的生命安全造成威胁。如今国内大多数矿井中的水泵房使用的还是传统的、人工操作的排水系统。这种排水系统因为其自动化程度低，需要人工操作的地方多，所以存在极大的安全隐患，已经很难适应现代矿井生产的要求了。而随着计算机技术的发展，PLC已经普遍应用于自动化控制领域了，传统的继电器控制系统正逐步被替代。而将这种系统引入到矿山的管理、生产中，已经成为国内外采矿业的共识。本文就从以下几方面，对该系统进行简要的介绍。

1 PLC系统设计的原则

1.1 系统可靠性

因为具有就地控制与远程控制这样两个控制模式，根据设定出的最佳程序来进行关于自动启停的改造。这样一旦集控通讯被切断时，就可以自动的转化为就地控制的模式，对各个方位的电机、启动柜、水泵以及真空系统等部分进行全方位的监控，并在系统发生异常状况时可以提前发出预警。

1.2 技术先进性

该系统使用的不再是传统的总线传输技术，而是光纤环网通讯技术，这种技术能够提高数据传输的速度和可靠性。

该系统也不再使用VC.Net编程技术，而是组态软件控制技术，这种技术能够在很大程度上提高系统的可靠性，同时还能增强程序的通用性，并保证系统在进行二次开发与扩容时能够变得更加规范、便宜。

1.3 效益经济性

在水泵的启动算法内加入电价计算时的避风填谷原则，这样能确保水泵的能耗一直是最经济状态。累积水泵运行的时间，并记录每一次启动时运算时间所用最少的水泵，这样一来，不但保证了水泵磨损的均匀程度，同时也避免了水泵的重复使用导致的设备疲劳。利用水仓中关于水位启动、水位报警、停机水位等设定，在确保水仓安全水位在符合要求的条件下，以减少水泵启动的次数。

2 PLC系统组成

2.1 主体系统

这种系统的主体部分是由水泵泵组控制结构和泵房工业视频监控这两方面组成的，二者分别将光纤信号都传输给自身的上一级，系统的主结构如图1。

控制系统中的组成为：工控机、可进行编程的控制器、温度变送器、压力变送器、振动变送器、EPS电源柜、液位变送器、集中控制柜、电动阀门等。结构的组成分为上位机结构和下位机结构，其中工控机属于上位机，而PLC则是下位机。

2.2 水泵集中控制系统

水泵的集中控制系统主要包括了控制、检测和执行这三部分。其中检测部分有包含了开关量与模拟量这两种检测。模拟量检测主要由功率、温度传感、电流传感、流量传感等变送器组成的，主要检测的是中央泵房内的主排水系统。开关量检测主要是针对系统的运行状态进行检测，其中包括高压启动柜内真空断路器的运行状态、电动阀的运行状态、真空泵的运行状态以及电抗柜内真空接触器的运行状态等。

除上述两个系统外，还有一个视频监控系统，该系统中主要包括了摄像设备、传输设备、硬盘录像设备、服务器、网络终端、显示设备、存储设备以及相应的工业电视网络等。

3 系统的具体功能

3.1 功能概述

（1）地面监控系统的功能。对现场的检测参数进行实时采集，并保持与PLC进行实时数据通信。对现场的各种运行数据进行实时记录与显示。

（2）现场控制站的功能。对各种系统进行自动监控；对水泵的出水压力进行实时采集，并将此作为电机保护参数；对水泵进水口的真空程度进行实时采集，并依此来判断电机的运行情况；对开关处的各种运行参数进行实时采集；按照实时采集而来的水仓水位数据来控制电机的运行；利用就地控制箱来控制系统的运行等。

（3）轮换功能。为了避免因水泵长期不使用而导致使用时无法运行的情况出现，系统程序因此设计除了自动轮换控制，其会对水泵运行的时间进行自动记录，以此来决定再开机时的具体开机顺序，保证各台水泵都能被使用到，使各水泵的使用时间保持在一个相对持平的状态，以此来延长各水泵的使用寿命。

（4）自动控制功能。在起动水泵前必须保证泵中处于满水状态，灌水的程度一般是通过真空度来判断的，只有当真空度达到了某特定值时，水泵才会被起动。如果真空度不达标，泵中仍有空气，将会导致无法上水及相关部件烧毁等问题出现。系统通常都是用射流泵或真空泵将其抽成真空，通过真空表来确定其真空度，在运行状态正常的情况下，水泵的运行状态是通过水流量、出口压力以及真空度这几个数值来判断的。

3.2 视频系统

这里谈到的主要是视频系统的特点：通过网络传输，结构灵活，容量扩展性强；数字化摄像机无距离限制，具有可靠性和无干扰的优点；获得授权的客户端可进行摄像、录音和查询等操控，不受时间与地域的影响；可按要求选择存盘路径；可定时录像；过期录像资料定期清理；录像文件可通过多种分类进行查询；可进行多路、单路录像回放，支持逐帧播放；获得授权的网络终端可设置摄像视频参数；支持任何一路录像文件的输出与切换；可实施多地点实时监控与录像，两项功能互不影响；运行操作可查询，可进行自检；获得授权的网络客户端能喝主机同步进行录像、播放和存盘。

4 运行原理及系统配置

4.1 运行方式

该系统的运行方式分为三种：全自动式运行、远程手动式运行、就地手动式运行。

全自动式运行：系统的下位机PLC对水仓的水位状态进行实时采集，并按照水仓的具体水位情况，以及水泵的运行时长来自动确定是否启动或停机相应的水泵。

远程手动式运行：获得授权的工作人员利用桑伟计算机对水泵的启停状态进行控制。当系统处在正常工程的状态中，不管是何种方式，都能进行现场参数的实时采集，并将这些参数连通设备的运行状态由网络传输至调度室。

就地手动式运行：按照水仓内的水位状态，利用现场的手动控制柜就地进行水泵启停的手动控制。

4.2 系统配置

在系统的软件配置方面，其主监控操作系统为Windows2000Professional，具体的编程软件则是由SIEMENS公司出品的STEP7V5.3SP3，其中的组态软件同样是由SIEMENS公司出品的WINCCV6.2SP3，其数据库使用的则是Microsoft的SQLserver2000WINCC版。

在系统的硬件配置上，可编程控制器（PLC）用的是SIEMENS公司的S7- 300这一系列；在超声波液位仪、流量计和温度、振动、压力变送器方面，没有具体要求；系统的电源选用的则是EPS系统。当发生掉电时，由该电源向控制系统提供运行电源及动力电源。

5 总结

矿井排水的自动化监控系统的出现，基本上已经可以满足矿井排水系统的各种要求了，同时该系统还保证了中央排水运行的可靠性与经济性。

参考文献：

[1] 赵孟，朱文军，韩小庆，浅谈矿井排水自动化监控系统的应用[J]，山东煤炭科技，2010（15）.

[2] 宋玉峰.矿井排水自动化监控系统研究[J].机械管理开发，2010（15）.