煤矿井下主排水泵节能与控制系统分析

陈瑞红 宋奥

（山西中煤潘家窑煤业有限公司，山西朔州 036000）

煤矿井下主排水泵节能与控制系统分析

陈瑞红 宋奥

（山西中煤潘家窑煤业有限公司，山西朔州 036000）

在煤矿生产中，井下排水泵系统的控制至关重要。而使用煤矿井下主排水泵节能与控制系统，不仅可以实现对井下排水泵的自动控制，还可以实现一定节能管理效果。在进行煤矿井下开采时，需要及时将井下的积水抽出，从而确保井下工作人员的安全。因此，本文对煤矿井下主排水泵节能与控制系统进行了分析，以便为关注这一话题的人们提供参考。

煤矿井下 主排水泵 节能控制系统

实现煤矿排水泵的自动化控制与管理，则可以进一步确保系统水仓积水的及时排出，并实现对水泵的节能管理，继而满足煤矿企业的生产需求。因此，对煤矿井下主排水泵节能与控制系统进行分析，对实现煤矿的自动化安全生产具有一定的意义。

1　系统的硬件结构分析

1.1系统的总体结构

主排水泵节能与控制系统的设计是为了实现煤矿井下的无人操作，并完成对井下水位的实时监测，继而使水泵运行更加安全和可靠。同时，为了使水泵的运行得到优化，系统还选取了适合的工作策略，以便实现对水泵的节能优化，继而有效降低水泵运行成本。从系统硬件结构组成上来看，系统主要由CPU模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、通讯模块和上位机监控中心组成。相较于传统排水系统，该系统可以完成对各个部分的排水情况的监测，并实现煤矿井下的自动化排水。在无人操作的情况下，该系统可以根据现场情况完成排水控制方案的选择，并为上位机监控中心提供相关资料。在系统的硬件结构中，模拟量输入模块需要完成对水位、入水口真空度和排水管流量等多项内容的信息采集，数字量输入模块要完成对电动闸阀和电动球阀的开关状态和水泵启停信号等多种信号的采集［1］。而数字量输出模块则要完成对水泵启停信号、电机过温保护信号和故障报警信号的输出，上位机监控中心则可以帮助工作人员在井下完成对系统工作的控制，并显示出系统的运行状态和工作参数。

1.2系统装置的选择

在装置选择方面，系统的可编程控制模块将可编程控制器当做是中心控制器。在该控制器中，编程语言为通用语言，本身含有循环控制指令和数据处理指令，并且具有PLC基本控制功能。此外，该类控制器还具有成本低、通信功能强和编程软件易用的特点。而在系统的传感器装置的选择上，不同部位的检测装置的选择不尽相同。首先，在液位测量方面，系统使用的是投入式液位传感器，而该传感器可以完成对水仓水位变化的实时监测。根据监测结果，系统则可以实现高水位起泵和低水位停泵。而为了实现对水位的精准测量，系统则通过PLC完成了“避峰就谷”的优化控制。其次，在温度检测方面，系统选用了温度采集模块9018，可以配合水泵、电机预埋的温度电阻测量［2］。再者，在水管流量检测方面，系统使用了超声波流量计。利用该装置，系统可以完成对主排水管路流量的实时监测，并根据流量情况判断管路是否出现故障。在流量过低时，该装置还可以实现自动报警。此外，在真空度检测方面，系统使用了正、负压力传感器。其中，正压传感器可以完成对水泵内部压力的监测。在压力达到设定值时，系统将自动打开出口闸阀排水。在压力低于设定值时，系统则能实现自动停泵。而负压力传感器主要用来监测管路的真空度。只有在真空度达到设定值时，系统才能够启动水泵电机。

2　系统的软件分析

2.1整体框图分析

在煤矿井下主排水泵节能与控制系统中，系统的软件设计包含了主程序、系统保护子程序、水泵自动轮换子程序、三种工作方式切换子程序、水泵启动子程序和“避峰填谷”子程序。其中，主程序主要负责协调各子模块的运行，并需要完成对各个中断的管理，继而使系统正常运行。保护子程序是为了实现对电机流量、水泵、系统压力的保护，切换子程序是为了使水泵能够自动完成工作方式的切换，轮换子程序则是负责使水泵和管路的使用率得到均匀分布。此外，所谓的“避峰填谷”子程序，其实就是系统通过控制水泵工作时间使水泵尽量在用电“谷段”工作，而并非是在用电高峰期工作。

2.2软件设计的实现

在实现系统的软件设计时，系统的节能控制效果也将得到体现。首先，在实现水泵的“避峰就谷”控制时，系统将通过检测水位和分析水位上升速度了解煤矿井下的涌水速度变化情况。而为了节约电能损耗，从而实现“避峰就谷”，则需要在确保安全的前提下采取合适的控制策略完成对水位实时变化的控制。具体来讲，就是使每次排水后的水位降到1点以下［3］。其次，为了实现配水管路和水泵的轮换工作，需要为每一个水泵配备两个数据寄存器，并分别完成对水泵运行时间和次数的存储。在系统进行水泵的自启动时，则需要选择运行时间最少的水泵。而遇到运行时间相近的两台水泵，系统则需要选择运行次数少的水泵。而这样一来，不仅可以减少水泵的运行时间，还可以使所有水泵设备得到合理利用，继而实现节能控制的目的。再者，在水泵控制方式的切换方面，系统设计的三种控制方式为自动、半自动和手动。在系统启动后，需要先确认PLC有无故障。一旦发现故障，则需要手动完成水泵的操作。在没有故障的情况下，操作人员则可以根据需要完成操作方式的选择。此外，在故障监测和设备保护方面，煤矿井下主排水泵节能与控制系统可以实现水泵过压、过流、漏电、漏水保护和电机的超温、压力和流量保护。而为了实现这一功能，PLC则将完成对每个对应物理量的传感器信号和模块数据的采集，并通过滤波和干扰处理完成对物理量的分析。最后，根据系统的运行逻辑和实际需求，则可以采取不同的保护动作。

3　结语

总而言之，煤矿井下主排水泵节能与控制系统的应用，可以使煤矿排水系统的设备自动化程度不高和节能减排效果不好的问题得到解决。而想要较好的完成对该系统的设计和实现，则需要合理完成系统装置的选择，并注重系统软件设计的整体性。因此，本文对煤矿井下主排水泵节能与控制系统进行的分析，对促进该系统的应用推广具有一定的意义。

［1］赵利起.煤矿井下主排水泵自动控制系统的应用与研究［J］.机械工程与自动化，2011，03：151-152.

［2］胡萍，方章英.煤矿井下主排水系统节能技术改造［J］.煤炭技术，2014，10：209-211.

［3］马世登，罗先录，杜作阳.煤矿井下主排水泵计算机监控系统的PLC实行及应用［J］.煤炭技术，2012，09：132-133.