0引言
井下生产作业时，随煤层开采，地层结构会发生一定改变，从而导致采区贯通地下储水层，使地下水大量涌入，若无法及时将涌水通过排水系统排出，就会诱发透水事故，威胁生产安全，甚至引发人员伤亡。因此，井下排水系统作为煤矿生产的主要系统之一，长期以来一直发挥着不可替代的作用，而研发现代化排水泵自动控制系统也成为众多煤矿企业的共同需求[1]。
1井下主排水泵自动控制系统概述
伴随现代科技不断进步，计算机控制手段逐渐被应用到生产生活各个方面，并为各个领域发展提供巨大的推动力。而可编程控制器（PLC）作为一种全新的高效自控装置，逐渐替代了传统继电器并在各个领域得到推广应用，其中在煤矿井下排水系统中的应用极具代表性。传统井下排水系统依靠继电器控制，主排水泵的一些动作必须由工人手动控制完成，这种方式相较于新型PLC控制技术存在着一定劣势。将PLC技术应用到井下主排水泵控制中可通过控制中心显示器实现对水泵运行的水位、流量、温度等一系列参数的实时监控，并依据实际需求通过通讯设施和控制主机实现对主排水泵的远程操控，整个系统不仅灵活方便且安全性能优越，能够有力保障井下生产安全。
2煤矿主排水泵自动控制设计
2.1控制系统构成分析
整个控制系统由五大部分构成，分别为信息采集模块、自动轮换模块、自动控制模块、数据显示模块、故障报警与通讯模块，整个系统结构示意如图2。
2.1.1信息采集模块
该模块包括模拟量检测采集与数字量检测采集两部分，其中前者主要针对水泵水位、水流量、电机电流大小及各机械装置工作温度等信息进行采集；后者主要用于对各机器工作状态信息检测采集，例如启动柜断路器高压工作状态、真空泵工作状态、电抗器工作状态等。
2.1.2自动轮换模块
在矿井生产建设中，为避免主排水泵因为意外状况故障停机而引起危险，在主泵房内通常会配备备用排水泵及相关配套电器。不过备用泵若长期不启动运行，则会由于受潮等原因造成自身工作性能降低，进而可能导致工作泵发生意外停运后，备用泵无法发挥应有功效而对井下生产安全造成严重威胁。针对这一情况，PLC系统自动轮换模块可依据以往运行参数按照一定顺序依次自动开启和关停工作水泵与备用水泵，如此一来就保证了两台水泵及相关管路平均使用。
2.1.3自动控制模块
对于自动控制模块而言，其功能实现的关键在于能否准确检测井下水文情况。为此，整套系统中布设了多套传感装置，包括多台水文传感器、开关量传感器和模拟量传感器。这些传感装置均布设在排水仓内，实时监控水文变化并将检测信息传输到PLC中，而PLC则会依据接收的信息将水文信号划分为多个时段，分别计算不同时段内的水文增长速率，从而对矿井真实的涌水情况进行判定，并以此为依据控制水泵开闭，进而实现“避峰填谷”的目标及减少能耗。PLC系统在实际应用中关键在于合理选择PLC机型，具体而言应当依据实际要控制电路功能、继电器、接触器等电器元件相关参数，并考量可具体投入的资金总量一级后续控制功能扩展需求等综合选择PLC。
2.1.4显示模块
系统显示模块选用国外最先进的触摸式显示技术，能够在显示屏上实现对主排水泵各组成部分工作状态相关数据的实时、准确、动态显示，并根据显示图像色彩变化和闪烁标识等对设备故障或其它意外情况实施报警。
2.1.5通讯模块
整个PLC系统能够实现实时双向通讯，所谓双向通讯是指既可以让操作人员借由控制端将操作指令实时传递到PLC控制系统中，从而实现对排水泵远程操作，也可以由PLC系统将监控设备运行状态信息通过显示屏展示给控制中心的工作人员。这一功能是通过通讯接口、通讯协议及触摸屏相互合作共同达成的。
2.2控制系统程序组成
PLC系统控制程序包含命令程序与数据处理程序两部分，其中前者主要用于控制命令发布与处理，例如记录打印、数据查询等；后者主要用于数据文件创建，包括打印故障数据信息、打印运行日志并对数据长期存储等。
3井下主排水泵PLC应用分析
3.1PLC系统程序设计
主排水泵PLC控制程序通过STEP7软件编制而成，该软件是西门子系列专用的标准编程软件，主要用于PLC控制程序编写，即可编制功能模块与语句表，还能进行逻辑图的编制。STEP7软件构成包括一个供电单元、一个CPU及输入、输出模块。程序编辑时，第一步为硬件的组态，即模拟生成一个同实际控制系统完全相同的模拟系统，并在生成的系统中配置应有的机架、模块及其对应参数，也就是所谓的参数赋值。
3.2系统具备的功能
a)整个控制系统选用模块化结构进行组合，使系统能够依据实际使用需求对各模块功能进行分时、分段运行调试或维护，从而确保程序操作快速、精准；b)系统具备通讯模块，能够实现控制显示屏与地面管理人员的实时通讯，为井上、井下信息沟通提供了便利，使系统具备远程操控功能；c)系统能够依据水位改变或其它运行参数的改变，适时自动轮换水泵，有助于延长水泵使用期限；d)系统能够实时自动监测排水仓水位，并对水位增长速率进行计算分析，从而有针对性地开闭水泵，实现能耗最优化；e)系统具备良好的自我保护功能，主要包括流量保护、高温保护、电机故障保护、电动阀故障保护等；f)系统具备自动、半自动和手动三种操控模式，实际使用时系统可依据具体情况在自动与半自动两种模式间自动切换。
4结语
以西门子S7型PLC系统为核心的水泵自动控制系统在井下排水系统控制领域有广阔的应用前景，通过有效、合理设计，整个系统能够自动依据水位变化、流量变化等参数变化进行自我调节，不仅有助于提升矿井排水的安全性，更能大幅降低能耗，实现经济效益增长，并借由通讯模块实现对井下设备远程操控。在可见的未来，这一系统必将在煤矿井下排水中大放光彩，为矿井生产安全提供积极保障。
作者：夏希武 单位：山西大同同煤集团挖金湾煤业公司
