摘要：地下涌水是矿井生产过程中时常发生的现象之一，通过有效的排水系统及时排出涌水是保障全矿井生产高效、安全开展的关键所在。针对煤矿井下排水泵自动化系统的设计开展分析，希望能够为其他矿井排水系统的自动化建设提供借鉴与参考。
关键词：煤矿；排水泵；自动化；系统设计
1 引言
煤矿开采过程中，利用井下排水系统能够及时、高效的将地下涌水排出井外，防止发生水害事故，确保矿井生产的安全，在井下排水系统之中，水泵是极为关键的设备，如果在排水系统之中水泵出现故障，不仅会导致煤矿无法正常生产，甚至会出现淹井安全事故，严重的威胁到井下作业人员生命安全。所以，井下排水系统对于保证矿井生产的安全与稳定极为重要，开发水泵自动化系统，自动控制井下排水工作，对于确保煤矿安全生产意义重大。
2 水泵自动化监控体系
2.1 设备、结构组成
水泵的监控处理包括外围传感器、就地控制箱、PLC柜、低压柜等。其中PLC柜包括中间继电器、指示平面、信号处理器等，借助运算控制可完成信号处理，从而提高水泵运行稳定性；低压开关柜包括继电器、接触器导等，起到对电磁阀的控制管理作用；就地接线箱包括I/O模块、指示装置等；传感器包括流量传感装置、闸门转矩行程开关等。
2.2 系统功能
监控系统借助水位计便可实现水量监控，及时将相关数据传送至对应设备。水位正常状况下，为了避免水泵负荷过高，可让水泵轮换运转工作，一旦水位发生异常问题，相应信号便可进行阀门控制管理，需引起重视的是必须及时向水泵中添加一定量的水，这是确保水泵正常运行的关键，尽量避开高峰用水时间，合理控制水泵开关对水泵监控、节能控制等均具有积极影响。从提高设备实用性出发，需要在设计中留出对应接口，这对水泵数据的采集、传递而言是基础环节，然后借助互联网可将相关数据传递到对应人员，该方法实用价值较高。
2.3 操作方式分析
系统监控可实现检修、半自动、全自动控制处理。其中全自动借助传感器进行水位监测，还可根据人工设定、水位等进行泵设备运行状况的分析，从而实现水量调整、阀门控制处理，该方法对设备全自动运转具有保障作用，此外还需要及时进行系统防护处理，避免意外事故的发生；半自动处理、水位调整中一般需要人工手动处理，系统仅自动进行水位采集处理，该方法是当下较为常用的方法，具有安全性高的特点；检修状态下，系统设备处于半停滞状态，相关作业人员需要在短时间内完成检修处理，专业技术要求高。
3 井下水泵自动化系统设计分析
3.1 水仓水位监测设计
监测作业主要通过MPM281压力传感装置予以实现。在主水仓和副水仓内分别布设压力感应装置一台。所使用的MPM281压力感应装置是一种被广泛应用于工业生产领域的高性能设备，属于自带隔离的精密补偿型硅压阻式元件。主要核心组件为电桥，当其不承受压力时，电桥会处于平衡状态，不存在电压信号的对外输出。放置于水仓内，在水压影响下，电桥自身平衡丧失，而水位越高，水压越大，使输出的电压信号越明显，再通过厚膜电路进行相应的温度补偿和零点修正，便能够实现水位的精准监测。
3.2 系统功能分析
1)自动控制功能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆系统基于传感装置所测得水位信号，并结合电网监测所反馈内容，可以实现对水泵启闭的自动操作；2)手动控制功能。该功能主要针对PLC系统无效或处于检修状态时使用，由专业操作人员在水泵房操控作业面板，实现对整个系统的操控。此外，检修期间手动操作人员能够通过操控平台对任意水泵电机、电磁阀等进行操控，并解除不同水泵间的关联闭锁关系；3)水泵的轮换与调用。水泵在启动时首先要关闭出水闸阀，在所开启水泵的选择上，系统会自行根据各水泵开启次数的累积自行选取相应水泵。当某台水泵出现故障需要检修时，系统会自行让该水泵退出轮换序列，并合理安排其他水泵仍然依照工作制度轮换。等到水仓内水位降低至下限警戒水位时，电动机会自行断电，使水泵停止运行；4)水位自动监控。感应水位变化，自行依据实际水位高低发出水泵运停指令，并控制水泵执行相关操作；5)自动预警。一旦PLC自动化控制系统停止工作，会自动发出声光警报，并提醒作业人员注意。
3.3 系统硬件设计
1)硬件构成。矿井中央泵房主排水控制系统构成硬件包括可编程控制器、触摸屏、信号采集装置、执行机构等。2)信号采集。信号采集工作主要包括模拟量采集和开关量采集，其中模拟量采集装置主要包括水仓水位传感装置、压力感应装置、温感应装置等。其中水位感应装置用于将水位信号转换为相应的数字信号并输入可编程控制器中，针对水仓水位预设四个不同阈值，分别为超低水位H1、低水位H2、高水位H3及超高水位H4；3)PLC控制。全系统以可编程控制装置作为核心，借由触摸屏实现指令输入，实现对系统运行状态的实时调控，并实现系统自动调控和手动调控的有效切换；电网监测模块主要由峰谷检测电路、比较电路等共同构成，借由对非周期性变动信号峰值、谷值等数值变化的测定，并将其同预设值加以对比，从而得出相应指令对可编程控制器进行调控；4)执行部分。系统执行组件主要包括声光报警装置、液晶显示装置、水泵开闭控制模块、闸阀控制模块等。
3.4 系统软件设计
水位信息通过水位感应装置传输至PLC控制中心，一旦水位h达到H2高度时，系统便自行对电网进行监测，若此时电网处于峰值状态，则控制装置不发出水泵开启信号，水泵保持关闭。若此时电网处于谷值状态，则系统控制射流泵启动，使得主水泵内形成真空，水泵启动。当h>H3时，发出声光报警，系统不断重复巡检流程，并启动1#和2#水泵；当水位h>H4时，系统依据泵号调用流程，启动3#泵；同时经过一定时间后，若水位依然保持h>H4，则启动4#水泵。而当水位h<H1时，对出水闸阀予以关闭，电机停止转动。
3.5 出水口压力检测
在出水口位置安装有压力传感装置，压力传感装置可以对该位置的水压进行实时检测。若水泵处于启动状态，排水闸的阀门没有开启，此时要求排水管中压力值超过预设值才可以确保排水阀门开启，否则表明水泵装置并没有上水，此时应即刻将水泵装置停运。在排水系统处于正常的运行状态下，安装于排水口位置的压力传感装置能对水压加以监测，通过水压的变化情况推断水泵装置具体运行状况，从而及时发现故障，确保系统更加稳定安全的运行。
4 结束语
煤矿井下运行过程中的涌水现象是不可避免的，通过PLC控制技术构建完善且现代化的自动排水体系是充分保障煤矿生产安全、高效开展的必要前提。在具体系统的构建上，矿井管理者应当组织专业技术力量，在充分结合矿井自身实际状况的基础上，进行针对性设计，从而确保所设计系统能够服务矿井生产，为井下安全作业和矿井长久发展奠定良好基础。
参考文献：
[1] 赵鹏，刘晏军.矿山井下排水泵盘根套简易拆卸装置的研究与应用[J].矿山机械，2016，44(09):94-95.
[2] 齐群.基于PLC的煤矿井下排水泵监控系统设计[J].电子技术与软件工程，2015(18):153+155.
[3] 汤伟，李含君，唐玉宝.煤矿井下排水泵房自动化监控系统的设计[J].煤矿机械，2014，35(05):208-210.
[4] 袁媛，张然，李英辉.基于PLC的煤矿主排水泵自动控制系统设计[J].煤矿机械，2014，35(02):206-208.
论文作者:孙伟杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/11/5
标签：水泵论文; 水位论文; 装置论文; 井下论文; 系统论文; 矿井论文; 煤矿论文; 《防护工程》2018年第24期论文;