一、概述

  矿井排水系统承担着排出井下涌水的重要任务，是矿井安全生产的关键环节，排水系统各种设备能否安全、可靠、有效的运行，关系到整个矿井的生产与安全。排水设备一般功率大，耗电量多，传统排水只能靠人工手动控制泵的起停，无法利用排水设备与仓容，科学、合理的调度排水量与排水时间。因而传统的矿井排水方式普遍存在能耗大、效率低、生产成本高的缺点。

基于以上原因实现矿井排水自动化控制和地面远程监控，可依据水仓水位起停水泵，提高水泵有效利用率，大大降低生产成本；可减少看护人员，相应减少工资投入，并可充实设备维护检修队伍，提高维护质量，减少事故发生，变事故发生后的被动检修为主动的定期检修，提高设备的使用率；可以保证安全生产，改善工作环境，提高劳动生产率；可有效的保护水泵电机等设备，延长使用寿命，减少事故停机时间，提高排水能力；通过调整开停时间避开电力负荷高峰期，有效地削峰填谷，节约电费开支。

1.1系统参数

中央水泵房有三台水泵，每台水泵有三台闸阀，每台水泵有一套射流抽真空系统。

 

二、系统建设目标

1、节省传输通道（光纤、通讯设备等）的重复投资费用和维护费用；

节省数据库、组态软件、软件开发等重复投资费用；

搭建传输平台、数据平台和监控平台，一次投资，长期受益；

2、在地面集中监测监控，井下减员，减少井下人员伤亡的可能性；

改善工作环境，提高安全系数，保障职工人身安全；

数据共享，报警联动，减少由于矿井灾难所造成的损失；

3、实现无人值守和定期巡检，有效降低人员成本；实现设备自动控制，减少工人劳动强度；减少岗位用工，提高全员效率；

4、减少人工操作失误，延长设备使用寿命；

提高对设备的故障分析和判断能力，减少停机事故；

加强对运输的调度和管理，提高运输能力；

5、为矿井自动化系统提供一个高速、安全、可靠的管理平台；

提高整体集成水平，发挥自动化系统的综合管理效益；

实现煤矿管控一体化，提高煤矿的安全生产管理调度水平。

 

三、煤矿排水监控系统基于PLC方案KJ164用户需求分析

煤矿井下水泵是煤矿生产的主要设备之一，实现井下泵房的远程控制与监测，是综合自动化建设的重要组成部分。目前,在矿井泵房的排水系统设计中 ,一般设置多台多级离心水泵 ,一组工作、一组备用 ,并设置了用于轮换检修的水泵。这些水泵电压高、功率大、运行工况复杂，人工很难做到实时监控。另外，对于水泵启动前吸水管路的充水（射流）、水仓水位监测、泵房内设备的运行与管理等工作 ,普遍采用人工操作方式。传统模式操作过程繁琐、劳动强度大、人为因素多、启泵时间长、自动化程度低，已不能适应现代化矿井管理的要求 ,因此 ,有必要使泵房水泵实现自动化控制。需对原有水泵进行改造，需增加相应的设备，实现无人值守。现对现场设备做如下改造：

1、增加正压传感器套装、增加负压传感器套装、液位套装。

2、增加电动球阀，将原先水泵上的手动闸阀改为电动闸阀。

3、增加矿用隔爆兼本安型PLC控制器，用于对现场的球阀、闸阀、水泵开停控制，现场的传感器信号采集。

4、增加操作台用于现场的监控和数据的实时监测。

5、增加电参数采集模块，用于现场的数据采集。

6、增加三套1控3的闸阀控制箱。

8、集控室增加一套工控机用于实现水泵的远程控制和现场的数据采集记录。

2.2系统功能及特点

1、实时在线监测水仓水位，当水位达到上限时能够报警，自动开启水泵；当水位达到下限时，发出声光信号，自动停泵；

2、实时在线监测水泵各工况参数，包括水位、电压、电流、压力、真空度、闸阀开启状态等；

3、当水泵出现故障时，能够及时报警。

4、具有远程、就地启动、停止功能；

5、水泵房现场以计算机图形界面结合现场操作，最大程度简化操作与状态显示；

6、集中控制器采用西门子公司的S7系列PLC及先进的过程控制软件，实现井下排水监控系统的最优控制策略；

7、井下排水监控系统的报警，信息显示，报表统计处理能够全部融入整个矿井监控系统的数据系统；

8、具备完善的系统保护功能；

9、控制系统可以通过以太网接入矿井工业以太干网，实现水泵监控子系统与全矿井的自动化监控系统信息共享；

10、具有较强的兼容性和扩展性，为下一步综合自动化集中控制做好扩展接口；

11、具有实时现场工况监控功能，并能将现场运行状况数据保存，可随时查看各时间段设备的运行状况

 

四、煤矿排水监控系统基于PLC方案KJ164设计原则和依据

1设计依据

（1）设计方案根据安全生产排水监控系统实际要求而做出。

（2）系统设备符合矿生产环境条件，符合《煤矿安全规程》相关要求。

2设计原则

（1）安全可靠性

1）拥有远端控制及就地控制两种控制方式，当集中控制柜与远端监控平台通讯中断时，转入就地控制方式。就地控制方式又可分为就地集中控制及就地手动控制。

2）全方位监控电机、水泵、启动柜、真空系统等各环节，对系统出现的异常能够提前给出预警。

3）严格规范地按照规定的程序对水泵进行自动启、停。

4）选用可靠的控制原器件，控制核心为德国西门子公司的S7系列PLC，继电原件选用国产名牌的器件。

 

（2）先进性

1）由于采用了光纤环网通讯传输技术使得数据传输更加快捷、可靠。

2）采用了组态软件控制编程技术，不仅使可靠性大为提高而且使程序更加具有通用性，也使系统的二次开发及扩容变得更加规范、容易。

3）本系统遵循矿井综合监控系统标准子系统接口规范使得该系统可以非常容易地并入矿井综合监控系统中，与其它子系统实现数据的共享。

该控制系统是由地面操作员站、水泵控制分站二部分组成。

控制系统对泵房内排水泵、射流系统、管道电动阀门等装置实施了自动控制及运行参数自动检测，通过检测水仓水位、电机电流、电机电压、闸阀开启状态、真空度等参数，控制水泵工作。

 

控制系统面板上设有液晶触摸屏，就地实时以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、水泵真空度等参数。

通讯管理机将各种数据信息传送到地面生产调度中心和生产设备控制中心，地面操作员站进行实时监测监控及报警显示、故障历史查询、模拟量曲线显示和报表打印。该系统具有运行可靠、操作方便 、自动化程度高等特点。

 

五、系统总体设计

煤矿排水系统承担排出井下全部涌水的重要任务,是保证矿井安全生产的关键环节,其各种设备的可靠运行,关系到整个矿井的安全,能否达到经济合理运行,关系到矿井的经济效益。因此,应用现代自动化控制技术,实现煤矿排水系统的自动化控制,保证煤矿安全可靠、经济合理。

本控制系统以PLC作为控制核心,触摸屏为显示和主要操作设备，通过PLC检测水泵设备和传感器等的信号，控制水泵等设备和电动阀门、电动球阀等执行器的开启与关闭。PLC模拟模块通过传感器采集现场压力、电压、电流等信号，并显示在上位机上，系统主要包括控制柜、操作台、传感器和执行器等四部分。