煤矿自动排水监控系统探究

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1、煤矿自动排水监控系统探究【摘要】本文采用PLC与上位机相结合的井下主排水自控系统代替原有的手动操作系统，实现了煤矿井下主排水系统的就地和远程监控，弥补了传统继电器控制的不足，增强了系统稳定性和可靠性，具有操作方式简单，设备使用寿命长和安装、维护方便等特点。【关键词】煤矿；排水；监控0引言我国是一个产煤大国，但同时煤炭也是我国的主要能源，随着人们生活水平的日益提升，对煤炭的需求量也在日益增加，如何保障煤矿安全有效的生产则成了一个十分重要的问题。现阶段，我国煤矿安全事故时常发生，其中以瓦斯爆炸和水灾害最为频繁和严重。井下排水系统

2、作为煤矿生产的六大系统之一，其最重要的任务就是排除井下积水，即是把流入井下巷道和工作面的矿井水排送至地表，及时有效地排出井下积水对保障煤矿安全、正常生产具有十分重要的意义。1煤矿自动排水监控系数设计系统以矿用可编程控制防爆箱为核心，采集包括水仓水位、真空度、压力、温度、电流、电压等机械和电气参数，对水泵的运行状态进行实时监控，当接收到来自显示操作台的控制命令时，可对水泵等相应设备进行启动、停止等控制操作，还可以将运行数据通过工业以太网传送至上位机，并通过上位机对井下排水设备进行监测和控制，实现远程监控。矿井下主排水自控系统主

3、要由远程监控上位机、PLC控制箱、显示操作台、交换机、阀门、传输光缆、传感器和矿用摄像仪等设备组成，根据硬件结构可分为现场层、控制层和管理层三级网络体系。控制层包括PLC防爆控制箱和显示操作台。PLC防爆控制箱作为主排水自控系统的控制核心和数据采集中心，用于采集水泵及其关联设备的运行状态信息，并与管理层的上位机通过工业以太网交换实时数据，对各设备集中监控；显示控制台由文本显示器、指示灯、按钮和开关组成，可以显示各设备状态，并对水泵和关联设备进行就地控制。现场层包括水泵和与其相关联的设备，还有防爆摄像仪。其中防爆摄像仪安装在水

4、泵房中，用于监控水泵房的情况；水泵关联设备则包括各类传感器和电动阀门等等，例如设备开停传感器用于检测水泵、真空泵的启停状态；水泵出水口的压力用压力传感器来检测；水泵真空度用真空度检测传感器检测；液位传感器用来实时检测水仓水位；流量传感器用来检测排水管道流量；温度传感器检测电机轴温和水泵轴温；用水泵开停传感器来检测水泵的开停状态；用真空阀控制水泵启动的真空度；用电动闸阀和电磁阀替换原手动操作系统的手动阀门和排空闸阀，实现出水闸阀和真空阀的自动控制。井下主排水管路主要硬件选型。每台水泵均与1#主排水管路和2#副排水管路连接，并分

5、别在支路上安装有排水闸阀，在排空管路上安装有主、副真空阀。另外，主副排水管路均安装有流量传感器，每台水泵出水口安装有正压力传感器，水泵吸水口安装有负压力传感器来检测水泵的真空度，在水泵电机安装PT100温度传感器，检测电机轴温和水泵轴温，所有传感器的信号电流均为4mA〜20mAo在水仓中安装有两套液位传感器，一套为超声波传感器，用来检测水仓水位的细微变化，可在文本显示器和上位机组态监控系统显示具体的数值，主要用来判断水位的上升、下降趋势，另一套为本安式数字液位开关，即是3套浮球液位开关，根据浮球的浮沉情况设置了4个液位高度，

6、使系统能根据水位变化情况自动开停水泵等。矿井下主排水系统采用了3台矿用隔爆型三相异步电机分别作为三台水泵的驱动，电机的主要参数：功率450kW,电压6kV。3台水泵均为矿用耐磨型离心泵，其扬程为210m,流量为85m3/h,正常情况下一台工作，一台备用，一台检修。根据系统需求，井下主排水自控系统的PLC信号主要包括三种：数字量输入信号、数字量输出信号和模拟量输入信号。其中数字量输入信号主要包括各水泵工作方式的选择、水泵的启动和停止信号、水泵控制方式的选择、主副真空泵的选择、真空泵的启动停止、急停、复位、浮球液位开关和排水闸阀

7、、电磁阀的开关到位信号等；数字量输出信号则包括水泵的启动停止控制信号、故障指示、急停指示、水泵运行指示、水位超限指示、排水闸阀和电磁阀开关控制信号等；而模拟量输入信号则有水泵出水口正压力、水泵吸水口负压力（即真空度）、水泵轴温、电机轴温、主副排水管路流量、水泵电机的开停检测和水仓水位等。因此，PLC各模块具体的信号连接方式如上图B所示：根据系统的I/O点数我们选择西门子公司的S7-200系列PLC作为控制核心，包括1个CPU226CN模块，1个EM223CN数字量I/O扩展模块，5个EM231模拟量输入扩展模块，1个CP24

8、3-1通讯模块，所有模块总共有56个数字量输入点，48个数字量输出点，20个模拟量输入点，系统点数仍有余量，可作为以后扩展功能用。（2结论井下自动排水自控系统以西门子的S7-200系列PLC为控制核心，采用PLC±位机相结合的方式，成功实现了煤矿井下主排水系统的自动监测和控制。该系统通过对