杨立民
开滦（集团）有限责任公司东欢坨矿业分公司 063000
摘要：煤矿井下开采，采用自动化控制系统，离不开PLC技术，不仅能够减少作业人员的工作量，也节约了大量的企业运行成本，提升了企业的工作效率和生产效率，对于煤矿开采环境的改善起到了关键作用。尤其在煤矿井下排水自动化系统的开发上，运用可编程逻辑控制器，也就是PLC技术，进行系统的应用，将各类重型煤矿设备等进行自动化监控，实现煤矿井下自动化控制以及机电一体化技术的运行。
关键词：PLC；煤矿井下排水；自动控制系统
1.煤矿井下排水的重要性
煤矿井下的涌水主要有地表渗透水和煤矿开采工作过程中产生的老空积水、采空区积水及生产用废水，由于煤矿井下水文地质条件复杂，如不及时排除煤矿井下的涌水，轻者会造成水淹巷道，严重时会威胁到井下工人的生命安全和损坏矿井设备。煤矿井下各工作面的涌水经工作面排水泵排至大巷水沟，再由大巷水沟汇至井底中央水仓，由中央水泵排至地面污水仓。经地面污水处理站处理，达到环保要求后，一部分排至清水仓，用于井下生产用水，一部分排至地面。如若不能及时排出煤矿井下的涌水，就会造成水灾，致使井下的开采设备等受到损失，造成煤矿企业经济受到损失的同时也严重影响工作人员的生命安全。因此，煤矿企业实行排水自动控制系统是必然趋势。
1.当前煤矿井下排水系统的不足
当前广泛采用的井下排水系统以手动操作为主，所有的运作都需要人的控制来完成，各种操作手柄和机械仪表较多，智能化程度极低。具体而言，当前的煤矿井下排水系统存在以下不足：
2.1可靠性差
由于当前的井下排水系统需要频繁的人工干预才能完成排水作业，受人的经验和熟练程度影响较大。系统中大量的机械触点在长期使用中容易出现拒动或误操作。
2.2效率低
现有的井下排水系统以人工操作为主，可实现自动控制的功能不多，依赖于人的手工操作来完成各种复杂的排水作业，其工作效率自然不高。
2.3成本高
在缺乏自动化控制的条件下，排水系统的所有关键操作都需要由人来操作，占用大量人才物力，维护费用也居高不下。
2.4智能程度低
现有的井下排水系统仅具备基本的排水功能，对于一些较高级的状态监测、数据采集、数据分析、故障诊断、报警预警等功能还未涉及。
1.基于PLC的煤矿井下自动排水控制系统设计
3.1系统硬件结构
整个排水系统的核心为PLC控制柜，通过出水压力、入水口真空度、水仓水位、电机的电流电压、温度等信号的输入，利用PLC控制柜实现多种控制，同时利用以太网接口实现与上位机和地面监测分站的通信。系统硬件结构图如图1所示。
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3.2系统软件设计
采用STEPT编程软件对PLC控制程序进行设计，主程序通过处理输入的信号，选择不同的控制方式，对水泵工作进行控制，还可进行故障诊断、优化策略控制等。系统具体的工作模式流程如图2所示。
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水泵开始运行之前，需对PLC和设备进行诊断，若存在故障，系统就会进行报警并进入检修工作模式。若不存在故障，可选择就地控制或者远程控制方式，每种方式下还存在三种模式：自动、手动和检修。
3.3联网设计
为达到核心网络带宽的预定要求，在安全信息系统的设计中采取分层视频转发、本地局域网组播的设计方案，也就是在每个网络层构设视频转发服务端口，并且在煤矿现场、区县市局成立监控管理中心，完善各部门视频解码器、电视播放墙等设施。由于煤矿施工通常都较为偏远，带宽并不充裕，这种联网设计则可以很好地应用于广域视频联网，若考虑到以后升级平台视频联网模式，这种设计方案无疑是当前2Mb带宽的最佳选择。该联网设计借助已知煤炭网的部分节点，经上级授权之后连接并登录视频管理服务端口，就可以轻松观看该服务器监控矿区的生产工作视频，且不会增加前端带宽负荷，可同时向多个用户提供共享图像信息。
3.4监控系统设计
为了和系统标准相符，井下与调度中心每一个都有操作终端。将终端设置在ＰＬＣ控制箱中，且相组合实现对井下的监控。适应能力较强，能够应对很多不良的环境，通过触屏利用直流电，风险率较低。相关技工需要过多工作量，程序将监督、控制和报警相结合，实现在显示屏中观察并控制水泵运行状态和观看问题数据，效率高且较为便利。
3.5故障诊断功能设计
当水泵启动的时候，首先开启的是射流泵，并对真空管管道中的压力进行实时监测，只有压力值达到相关的标准以后，才会将水泵电动机启动，在启动水泵电动机的同时还能够关闭真空管路的阀门。在水泵电动机启动以后，就会对排水管内的压力进行实时监测，当排水管内的压力达不到相关的标准时，控制系统就会将水泵电动机停止运行，并发出警报信号来提醒排水系统存在故障。控制阀门在打开或关闭的时候会将状态信息反馈给 PLC，随后 PLC 将反馈信息与之前发出的信号进行核对，当两者一致时，控制系统就会在上位机上出现相应的报警提示，让人们及时处理排水系统中所存在的故障。
结语：
通过PLC自动化排水系统的设计与实施，可以实现煤矿井下自动化排水，解决了靠人工检测难以达到煤矿经井下自动化设施升级改造要求的弊端。经过实践证明，基于PLC控制煤矿井下自动排水系统，能够自动启动水泵排水，启动过程以此为真空系统、真空度检测、水泵出水口压力，电动水泵出水口闸阀启动，最终进行整体的矿井排水系统的自动控制。
参考文献：
1.付勇．PLC技术下煤矿井下排水自动控制系统的设计与实现［J］．山东工业技术，2016(7):223．
2.汪顺民.井下排水自动化监控系统在矿山的应用[J].资源信息与工程，2015（4）：90-90.
3.季振华.基于PLC的煤矿井下排水自动控制系统设计研究[J].煤炭技术，2013（9）：86-87；88.