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【摘要】本文主要从电控系统设备的组成、工作原理、硬件软件的的改进设计以及整体的改造建议加以阐述，着重强调了电控系统的PLC改造的重要性。
【关键词】煤矿 中央泵房 排水
一、前言
煤矿井下中央泵房的排水设备电控系统关系着整个煤矿的安全，根据我国以人为本的基本国策，必须对煤矿安全加大重视，电控系统的PLC改造就成为重中之重。
二、工程概况
井下水排放是关系煤矿安全的大事，必须要仔细研究相关问题，本着安全、高效、简单、节能的原则，适应煤矿生产的自动化趋势，利用先进的计算机技术以及成熟的PLC技术，对煤矿的自动排水系统进行科学设计，减少人为失误，降低生产成本，为煤矿水资源管理的规范化、统计化、实时化以及运筹化打好基础，为建立融合系统论、信息论、控制论以及灾害理论的煤矿水资源管理系统做好准备。该系统在敏东一矿煤矿自2012年1月份投入运行使用以来，运行稳定可靠，实现了对泵房的各个设备实现了集中控制，能在多种运行模式下运行，使用方便，维护量小。能够适应泵房的各种情况，可在煤矿大面积推广。
敏东一矿是大雁集团公司下属的一个煤矿，其中央水泵房位于该矿+340水平，主要包含10台MD450-60*7型主排水泵，采用天地（常州）自动化股份有限公司的KJ43型水泵监控系统。建设完毕后，实现了水泵的就地手动、就地自动、远程联动和无人值守多种控制。矿井水的排放在煤矿生产中意义重大，大部分煤矿都在优化排水方案、改造排水设备、合理配置巷道设施等方面加强了井下水的排放管理。同时为了实现对井下水的实时控制和自动监测， 矿用自动排水装置是根据煤矿井下的实际情况，在原来的设施基础上进行自动化改造，以使设备在无人职守的情况下自动运行和自我诊断的一套系统。通过工业计算机的决策控制，对设备的运行状态、运行过程进行自动检测、自动控制，使设备达到最佳工作状态，从而达到有效地节约能源、降低劳动强度、降低运行成本和延长设备使用寿，基于以上原因实现矿井排水自动化控制和地面远程监控： 1.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。 2.可减少看护人员，相应减少人工成本投入，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。 3.可以保证安全生产，改善工作环境，提高劳动生产率。 4.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。 5.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。
三、系统的组成和工作原理
1.系统的组成
水泵控制系统分为井上和井下两个主要部分，采用微机和单片机来实现分布式实时控制。上位机是设在中央变电所主控制室的80846DX4-S微型机，下位机是设在井下中央泵房的单片机MCS-51，两者通过调制解调器及数据线来实现数据传送。
2.上位机的结构组成
上位机的作用是接收并储存下位机发来的数据，输出各种报表及汇总数据，并向单片机发出各种控制命令，实现远程控制，单片机的作用是完成水泵的定时启动，低水位停机，测控水泵及电机的轴承温度，填料温度，定子温度，监视电压、电流、功率等参数，并接收上位机发来的控制信息，自动切换故障机组，对现场进行实时控制。上位机配打印机，软盘驱动器，显示器和调整解调器MODEM。
3.下位机的结构组成
下位机由MCS-51系列8031单片机构成，应用8255A作并行I/O扩展借口芯片，应用EPROM2764固化主控程序，应用6116作为RAM程序数据存储芯片。水位，电量，温度和流量等参数通过相应的传感器经过放大滤波，多路开关和采样保持器送入数模转换器ADC0809。系统有56路模拟量输入信号，每个泵有9个参数（3个电量，6个温度）2个水位和三个流量参数。由于ADC0809只有8位模拟量输入引脚，所以A/D转换板上采用了7个ADC0809及其译码电路。由于ADC0809具有数据锁存功能，其输出端口可直接与数据总线相连。
4.原理概述
执行机构、电磁阀、真空开关、电动阀门等开关量信号的输出，输入均通过光电藕荷器隔离后送出。用“0”“1”代表每个执行机构的开关状态。单片机补充输出的开关量用以控制继电器，接触器等执行机构动作。 显示面板有16个LED数码管组成。分别显示泵号，故障号，水仓号，水位值及其它的运行参数。显示面板有4个警报灯，指示欠压、过负荷、水位超越和温度越限。数据通讯采用半双工方式，通过RS-232标准接口与调制截调器相连，数据传输率为300BPS。
四、系统硬件、软件改进设计
1.系统硬件设计
该控制系统主要由五个模块组成：CPU 模块、模拟量输入输出模块、扩展 I/O 模块（输入输出 40 点型）、以太网模块、电源模块等。
井下中央水泵房的排水管路中，每台水泵均连接在主排水管路和副排水管路上，并在其支路上各装有排水阀，排空管路上各安装有一套主、副真空阀。主副排水管路上均装有流量传感器，每台水泵吸水口装有負压力传感器，可用于检测水泵的真空度，水泵出水口装有正压力传感器，在水泵电机上装有PT100 温度传感器，检测电机和水泵的轴温，传感器的信号电流大小范围为4mA～20mA。
水仓中装有两组液位传感器，一组为数字液位开关，为3套浮球液位开关，根据浮球的浮沉状况来设置4个液位高度，使系统能鉴别出水位的升降，自动控制水泵；另一组为超声波传感器，用来感应水仓水位的微小变化，可在上位机组态监控系统中显示具体的变化值，主要用于判断井下水位的升降趋势。
2.系统软件设计
本系统采用德国西门子公司的 S7-300 系列的 PLC，其编译环境为SIEMENS STEP7-Micro/WIN，该编程软件操作方便、实用，可在普通电脑Windows操作系统中运行，本系统采用STEP7-Micro/WIN V4.0 SP3 软件版本，通过软件提供的LAD梯形图语言进行编辑该系统程序。 主程序包含两个方面，分别为通电延时程序与子程序的调用。进行上电延时，是给PLC留有足够的启动时间，防止开机误操作，本系统设置了4S的延时时间，S7-300系列PLC 程序的运行是并行处理进行，所以子程序的调用就不必考虑先后顺序，CPU 进行周期性的连续不断的扫描主程序，扫描各子程序，子程序的调用。
五、整体改进措施
1.优化矿井供电网络。首先要以先进的技术支持为后盾，加强投入，组织专家对煤矿进行“专家会诊”，做好前期工作，找出供电系统、网络存在的主要问题。并听取专家的专业建议，制定科学合理的系统优化方案。
2.加强矿井设备的更新。煤矿井下机电设备容易老化，因为矿井作业环境恶劣、空气湿度大。井下供电设备故障率很高，所以应加强管理和维护保养设备，加快淘汰落后的设备。
3.对提升系统加强管理。提升系统是煤矿运输的重要环节，如果这个环节有问题出现，煤矿的生产以及矿区人员的安全都将受到影响，有时甚至导致人员伤亡。因此对提升绞车各个方面都要进行班班检查，例如连接装置、钢丝绳等都要定期检查，对于限速保护、松绳保护、过流保护、信号闭锁、润滑油保护、闸瓦磨损保护、深度指示器保护等也要做好事先的检查工作。
4.加大安全投入，提商装备水平。煤炭企业必须注意安全技术措施专项费用的制度，必须按照国家规定从产品销督额中提取安全技术措施专项费用，以提高矿井装备水平，保证可靠而且充足的资金投入。
5.加强标准化管理，健全规章制度。实践证明矿井质量标准化是煤矿安全的基础。对于矿井质量标准化工作的投入，能够促进了安全生产，最终往往能得到十几倍甚至几十倍的效益产出。
六、结束语
随着近年来煤矿事故的发生，各企业和施工单位都对安全问题更加重视，加强煤矿井下中央泵房的排水设备改造，可以使员工的安全以及工程整体的安全都得到保障，该项改造技术是利国利民的好技术。
参考文献：
[1]梁涛.煤矿井下水泵的自动排水技术探析.地球.2013年3月，第5期，152-157.
[2]田振业.浅议煤矿井下用电容易出现的安全问题及对策.科技与生活.2010年5月，第16期，210-213.
【关键词】煤矿 中央泵房 排水
一、前言
煤矿井下中央泵房的排水设备电控系统关系着整个煤矿的安全，根据我国以人为本的基本国策，必须对煤矿安全加大重视，电控系统的PLC改造就成为重中之重。
二、工程概况
井下水排放是关系煤矿安全的大事，必须要仔细研究相关问题，本着安全、高效、简单、节能的原则，适应煤矿生产的自动化趋势，利用先进的计算机技术以及成熟的PLC技术，对煤矿的自动排水系统进行科学设计，减少人为失误，降低生产成本，为煤矿水资源管理的规范化、统计化、实时化以及运筹化打好基础，为建立融合系统论、信息论、控制论以及灾害理论的煤矿水资源管理系统做好准备。该系统在敏东一矿煤矿自2012年1月份投入运行使用以来，运行稳定可靠，实现了对泵房的各个设备实现了集中控制，能在多种运行模式下运行，使用方便，维护量小。能够适应泵房的各种情况，可在煤矿大面积推广。
敏东一矿是大雁集团公司下属的一个煤矿，其中央水泵房位于该矿+340水平，主要包含10台MD450-60*7型主排水泵，采用天地（常州）自动化股份有限公司的KJ43型水泵监控系统。建设完毕后，实现了水泵的就地手动、就地自动、远程联动和无人值守多种控制。矿井水的排放在煤矿生产中意义重大，大部分煤矿都在优化排水方案、改造排水设备、合理配置巷道设施等方面加强了井下水的排放管理。同时为了实现对井下水的实时控制和自动监测， 矿用自动排水装置是根据煤矿井下的实际情况，在原来的设施基础上进行自动化改造，以使设备在无人职守的情况下自动运行和自我诊断的一套系统。通过工业计算机的决策控制，对设备的运行状态、运行过程进行自动检测、自动控制，使设备达到最佳工作状态，从而达到有效地节约能源、降低劳动强度、降低运行成本和延长设备使用寿，基于以上原因实现矿井排水自动化控制和地面远程监控： 1.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。 2.可减少看护人员，相应减少人工成本投入，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。 3.可以保证安全生产，改善工作环境，提高劳动生产率。 4.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。 5.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。
三、系统的组成和工作原理
1.系统的组成
水泵控制系统分为井上和井下两个主要部分，采用微机和单片机来实现分布式实时控制。上位机是设在中央变电所主控制室的80846DX4-S微型机，下位机是设在井下中央泵房的单片机MCS-51，两者通过调制解调器及数据线来实现数据传送。
2.上位机的结构组成
上位机的作用是接收并储存下位机发来的数据，输出各种报表及汇总数据，并向单片机发出各种控制命令，实现远程控制，单片机的作用是完成水泵的定时启动，低水位停机，测控水泵及电机的轴承温度，填料温度，定子温度，监视电压、电流、功率等参数，并接收上位机发来的控制信息，自动切换故障机组，对现场进行实时控制。上位机配打印机，软盘驱动器，显示器和调整解调器MODEM。
3.下位机的结构组成
下位机由MCS-51系列8031单片机构成，应用8255A作并行I/O扩展借口芯片，应用EPROM2764固化主控程序，应用6116作为RAM程序数据存储芯片。水位，电量，温度和流量等参数通过相应的传感器经过放大滤波，多路开关和采样保持器送入数模转换器ADC0809。系统有56路模拟量输入信号，每个泵有9个参数（3个电量，6个温度）2个水位和三个流量参数。由于ADC0809只有8位模拟量输入引脚，所以A/D转换板上采用了7个ADC0809及其译码电路。由于ADC0809具有数据锁存功能，其输出端口可直接与数据总线相连。
4.原理概述
执行机构、电磁阀、真空开关、电动阀门等开关量信号的输出，输入均通过光电藕荷器隔离后送出。用“0”“1”代表每个执行机构的开关状态。单片机补充输出的开关量用以控制继电器，接触器等执行机构动作。 显示面板有16个LED数码管组成。分别显示泵号，故障号，水仓号，水位值及其它的运行参数。显示面板有4个警报灯，指示欠压、过负荷、水位超越和温度越限。数据通讯采用半双工方式，通过RS-232标准接口与调制截调器相连，数据传输率为300BPS。
四、系统硬件、软件改进设计
1.系统硬件设计
该控制系统主要由五个模块组成：CPU 模块、模拟量输入输出模块、扩展 I/O 模块（输入输出 40 点型）、以太网模块、电源模块等。
井下中央水泵房的排水管路中，每台水泵均连接在主排水管路和副排水管路上，并在其支路上各装有排水阀，排空管路上各安装有一套主、副真空阀。主副排水管路上均装有流量传感器，每台水泵吸水口装有負压力传感器，可用于检测水泵的真空度，水泵出水口装有正压力传感器，在水泵电机上装有PT100 温度传感器，检测电机和水泵的轴温，传感器的信号电流大小范围为4mA～20mA。
水仓中装有两组液位传感器，一组为数字液位开关，为3套浮球液位开关，根据浮球的浮沉状况来设置4个液位高度，使系统能鉴别出水位的升降，自动控制水泵；另一组为超声波传感器，用来感应水仓水位的微小变化，可在上位机组态监控系统中显示具体的变化值，主要用于判断井下水位的升降趋势。
2.系统软件设计
本系统采用德国西门子公司的 S7-300 系列的 PLC，其编译环境为SIEMENS STEP7-Micro/WIN，该编程软件操作方便、实用，可在普通电脑Windows操作系统中运行，本系统采用STEP7-Micro/WIN V4.0 SP3 软件版本，通过软件提供的LAD梯形图语言进行编辑该系统程序。 主程序包含两个方面，分别为通电延时程序与子程序的调用。进行上电延时，是给PLC留有足够的启动时间，防止开机误操作，本系统设置了4S的延时时间，S7-300系列PLC 程序的运行是并行处理进行，所以子程序的调用就不必考虑先后顺序，CPU 进行周期性的连续不断的扫描主程序，扫描各子程序，子程序的调用。
五、整体改进措施
1.优化矿井供电网络。首先要以先进的技术支持为后盾，加强投入，组织专家对煤矿进行“专家会诊”，做好前期工作，找出供电系统、网络存在的主要问题。并听取专家的专业建议，制定科学合理的系统优化方案。
2.加强矿井设备的更新。煤矿井下机电设备容易老化，因为矿井作业环境恶劣、空气湿度大。井下供电设备故障率很高，所以应加强管理和维护保养设备，加快淘汰落后的设备。
3.对提升系统加强管理。提升系统是煤矿运输的重要环节，如果这个环节有问题出现，煤矿的生产以及矿区人员的安全都将受到影响，有时甚至导致人员伤亡。因此对提升绞车各个方面都要进行班班检查，例如连接装置、钢丝绳等都要定期检查，对于限速保护、松绳保护、过流保护、信号闭锁、润滑油保护、闸瓦磨损保护、深度指示器保护等也要做好事先的检查工作。
4.加大安全投入，提商装备水平。煤炭企业必须注意安全技术措施专项费用的制度，必须按照国家规定从产品销督额中提取安全技术措施专项费用，以提高矿井装备水平，保证可靠而且充足的资金投入。
5.加强标准化管理，健全规章制度。实践证明矿井质量标准化是煤矿安全的基础。对于矿井质量标准化工作的投入，能够促进了安全生产，最终往往能得到十几倍甚至几十倍的效益产出。
六、结束语
随着近年来煤矿事故的发生，各企业和施工单位都对安全问题更加重视，加强煤矿井下中央泵房的排水设备改造，可以使员工的安全以及工程整体的安全都得到保障，该项改造技术是利国利民的好技术。
参考文献：
[1]梁涛.煤矿井下水泵的自动排水技术探析.地球.2013年3月，第5期，152-157.
[2]田振业.浅议煤矿井下用电容易出现的安全问题及对策.科技与生活.2010年5月，第16期，210-213.