中央泵房远程控制系统在太平煤矿防治水工作中的应用

中央泵房远程控制系统在太平煤矿防治水工作中的应用

吴连刚杨霞

吴连刚杨霞

山东鲁泰控股集团有限公司太平煤矿273517

摘要：井下排水系统是煤矿生产中六大系统之一，担负着井下积水排除的重要任务。然而，目前我国的井下排水系统仍由很多依靠传统的人工操作方式。本章分析这种排水系统的组成及工作过程，指出其存在的问题，为井下主排水系统自动控制的研究提供依据。

关键词：远程控制煤矿排水应用

1工程概况

矿井主排水系统是保证矿井安全的关键设备之一，在矿山安全生产中起着举足轻重的作用。为提高自动化水平，实现井下中央泵房半无人值守或者无人值守及地面远程监控，增强中央泵房排水设备安全运行的可靠性、有效性和经济性，采用中央泵房远程控制方式，能够有效减少水害事故的发生。

2工程设计

系统设计要求及系统概述设计要求：要求系统能够自动采集、显示水泵的各种运行参数；能够根据水仓水位、涌水量、生产工作制及电力负荷情况等多种策略来控制水泵开停；能够根据监测到的信号判断水泵的工作情况，故障时能及时发出报警信号，并根据故障类型进行停泵等操作；可自动、手动控制水泵的启停过程及闸阀的开、关；自动记录、统计各种排水作业过程中的重要参数；在地面完成对水泵的遥控操作，实现无人值守，达到管控一体化；具有良好的组网功能，可方便的纳入全矿井综合自动化系统，与其它各生产环节的控制子系统协调运行，以求达到整个矿井生产过程的最佳运行状态。

3工程施工详述

山东鲁泰控股集团有限公司太平煤矿位于兖州煤田西南隅，工业广场座落于邹城市太平镇，西距济宁市约25km，东距邹城市约35km。地理坐标东经116°43′00″～116°47′58″，北纬35°20′34″～35°24′06″，井田南北长约7.1km，东西宽3.1km，采矿许可证批准矿区范围21.5678km2。

太平煤矿水文地质条件属于中等，主要受第四系下组含水层和奥灰水威胁，矿井实际的最大涌水量为430m3/h，正常涌水量286m3/h。矿井排水方式为中央集中式，井底主水仓总容量2474m3。中央泵房共安设3台排水泵，3台MD450-60×5型水泵。安装三趟排水管路（其中两趟φ273mm，一趟φ219mm）排水能力完全能够满足矿井正常涌水量和最大涌水量要求。矿井综合排水量为1250m3/h。

远程控制系统采用现场层(远程IO),控制层(PLC)和管理层(工业计算机)组成的三级控制系统来实现排水系统的自动控制。工业计算机利用友好人机界面实现人机对话和远程监控功能，PLC作为控制器完成逻辑处理和控制任务，远程IO实现现场数据的采集和上传。控制系统总体结构如图所示。

图系统总体结构

系统由PLC（可编程逻辑控制器）、触摸屏、检测部分（模拟量和开关量采集）和执行部分等组成。

4PLC的基本工作原理

PLC运行时，内部要进行一系列操作，大致可分为四大类：以故障诊断、通信处理为主的公共操作，联系工业现场的数据输入和输出操作，执行用户程序的操作，以及服务于外部设备的操作（如果外部设备有中断请求）。

与其它计算机系统一样，PLC的CPU是采用分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，随着时间的延伸一个动作接一个动作顺序地进行。这种分时操作进程称为CPU对程序的扫描。PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按序号顺序排列。CPU从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束。然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述的扫描循环的。

PLC接通电源后，在进行循环扫描之前，PLC首先确定自身的完好性，这是起始操作的主要工作。PLC进行清零或复位处理，消除各元件状态的随机性；检查I/O单元连接是否正确；启动监控定时器T0，执行一段涉及到各种指令和内存单元的程序，如果所用的时间不超过T0，则可证实自身完好，否则系统关闭。此后，将监控定时器T0复位，允许扫描用户程序。

（1）、公共操作

公共操作是在每次扫描程序前进行自检，若发现故障，除了故障灯外，还可判断故障性质：一般性故障，只报警不停机，等待处理；严重故障，则停止运行用户程序，此时PLC切断一切输出联系。

（2）、数据I/O操作

数据I/O操作也称为I/O状态刷新。它包括两种操作：一个是采样输入信号，即刷新输入状态表的内容；二是送出处理结果，即用输出状态表的内容刷新输出电路。在PLC的存储器中，有一个专门存放I/O的数据区，其中对应于输入端子的数据区，我们称之为输入映像存储器。当CPU采样时输入信号由缓冲区进入映像区，这就是数据输入状态刷新；同样道理，CPU不能直接驱动负载。当前处理的结果放在输出映像存储器区内，在程序执行结束后，才将输出映像区的内容通过锁存器输出到端子上。这步操作称为输出状态刷新。

（3）、执行用户程序操作

在程序执行前复位监控定时器T1，即执行程序并开始计时。监控定时器T1就是通常所说的“看门狗”，它是用来监视程序执行是否正常的，正常时，执行完用户程序所用的时间不会超过T1的设定值，执行完用户程序后立即使“看门狗”复位，表示程序执行正常。当程序执行过程中因某种干扰使扫描失控或进入死循环时，“看门狗”会发出超时报警信号，使程序重新开始执行。如果是偶然因素造成超时，重新扫描程序不会再遇到“偶然干扰”，系统便转入正常运行；若由于不可恢复的确定性故障，则系统会自动地停止执行用户程序、切断外部负荷、发出故障信号，等待处理。

（4）、处理外设请求操作

每次执行完用户程序后，就进入服务外设请求命令的操作，外设的请求命令包括操作人员的介入和硬件设备的中断。外设请求一般不会影响系统正常工作，而且可能更有利于系统的控制和管理。如果没有外设请求，系统则会自动循环地扫描进行。

5结论

井下中央泵房运程控制系统具有稳定性高，操作直观方便，并能够与上位机进行实时数据交换，实现了现场水泵控制的实时性和准确性，并大大减少了工作人员的劳动强度，优化了水泵的工作方式，从而提高了设备的使用寿命及节省了排水成本，实现了泵房的无人值守。

作者简介：吴连刚（1980-）男，汉族，毕业于山东科技大学地质工程专业本科，学士学位，工程师、国家注册安全工程师。

参考文献：

[1]太平煤矿井下水泵房自动排水系统说明书，2011.

[2]太平煤矿水文地质类型划分报告，2016