陈其晖

（福建省永安煤业有限责任公司仙亭煤矿，福建 大田 366102）

摘  要：为了使煤矿井下自动化排水控制系统适应矿井的实际情况，通过运行设置实现了排水系统自动运行功能。设置多个启动水位、警戒水位和停机水位，可实现水泵单台或多台自动启动运行及自动停机；采用记录水泵累计运行时长的方法，优先开启累计时长最短的水泵，可实现轮机运行；设置警戒水位和水泵优先运行时间，可实现水泵避峰就谷运行。

关键词：煤矿井下排水；自动化控制系统；运行设置

中图分类号：TD63⁺6             文献标识码：B             文章编号：1006-2572（2019）04-0000-00

1  概述

仙亭煤矿位于大田县城北西方向280°，1989年10月投产，年产量0.30 Mt，斜井开拓，水文地质等级中等；矿井采用二级排水方式，其中一水平+500 m水平最大涌水量566.0 m³/h，正常涌水量295.0 m³/h；二水平+300 m水平最大涌水量121.8 m³/h，正常涌水量94.7 m³/h。一水平中央水泵房共有5台D500-57×4型水泵，排水管路配备3趟Φ325×9.5 mm无缝钢管，额定扬程228 m，单台额定流量500 m³/h，配备电机功率500 kW,日常排水为2台运行、2台备用、1台检修，通过水仓水位调节实现避峰就谷、多机交替运行，因水量变化较大，水泵运行台数通常为1台到3台，雨季部分时段运行数量可达4台。该泵房通过自动化排水改造实现无人值守，主要由内置西门子S7-300系列PLC的隔爆型控制主站、就地控制箱、上位机、电动闸阀、真空检测装置、超声波水位传感器、温度传感器、智能型电表、以太网交换机、变送器、耦合器、通讯装置等设备，配套WCC组态软件建设人机界面，组成自动化排水系统^[1]。水泵自动运行流程，见图1。

图1  水泵启动流程

改造过程中，根据实际需要在自动开停机功能的基础上，该泵房无人值守系统需要增加根据水位控制开机数量、避峰填谷、轮机运行、运行参数监控等功能，以确保矿井可以在水量变化大的情况下，自动监测监控设备状况、水泵运行情况，出现异常自动报警，实现安全、经济、可靠排水。本文以西门子S7-300系列PLC和SIMATIC WINCC视窗监视中心为例，浅析自动化排水改造过程中遇到的问题，以及如何通过PLC及相关组态软件，更改相关参数设置，改变控制方式实现相应功能。 

2  自动化排水控制系统运行设置

泵房无人值守需要通过一系列自动监测、预警、启停、故障报警功能以实现自动化运行，主要的参数有水位、水位增长情况、实时时间、水泵累计开机时间等，改造过程中，我们遇到了多台水泵如何轮替运行、水位上涨较快时如何使多台水泵自动运行，如何避峰就谷等问题，利用相关参数比对、设置，可实现水泵根据水位自动开停、根据水位控制开机数量、轮机运行、避峰填谷等功能。

2.1  水位及多机运行设置

井下水泵的开停主要根据水仓水位高低来控制，当水仓水位达到某个高度时，水泵开启或停止。实际运行时，会遇到水位上涨较快的情况，需要开启多台水泵。经研究，自动排水系统要实现自动增加运行水泵台数的功能，可利用水位高差来实现，在单台水泵排水时，水位依然升高至某一个设置水位时，第二台泵开启，两台水泵运行水位依然升高至更高的设置水位，则第三台水泵开启。因此需要设置多个水位，水位到达设定的第一个水位，开启一台水泵，到达第二个水位，开启第二台水泵，以此类推；需要同时开启两台水泵时，第一、第二水位设置数值一样。另外设置警戒水位，设定警戒水位差值，在超过警戒水位差值时，无论是否处在峰谷时段，均启动相应水位台数的水泵。设置水泵停机水位，水仓水位低于该水位，所有水泵停机。图2中：夜间单泵水位、双泵水位设定启动水位一致，水仓水位到达1.25 m，开启两台水泵；日间水位设置单泵启动水位1.4 m，电网平谷段开机，高峰段不开机，若设定警戒水位为1.6 m，到达警戒水位时，即使处在电网高峰时段，仍然开启水泵排水；水位低于0.3 m，所有水泵停机。

图2  多泵运行水位设置

2.2  水泵轮机运行设置

排水系统要实现水泵轮机运行，使每台水泵运转时间相当，以保证排水系统可靠运行。要实现轮机运行，可以采用记录水泵累计运行时长的方法，优先开启累计时长最短的水泵。

首先通过1S脉冲信号，在水泵运行时计算上升沿，并用递增计数器累计运行秒数，用于记录水泵运行时间，水泵开机时利用运行信号开始累计，停机时接收到运行信号中断停止计时，见图3。

图3  运行秒数梯形

通过DI_R指令转换为实数,除以3600S得出累计运行小时数，最后利用CMP<R比较指令多次比较后，使累计运行时间的最短水泵运行。当某台水泵时间需要清零时，利用实数传送指令MOV_R清零^[2]，见图4。

图4  水泵运行时间清零梯形