基于PLC矿井智能化主排水泵的研究
该文简单介绍了矿井智能化主排水泵的工作原理。矿井智能化主排水泵可以实现智能化控制水泵的开启和停止、远程实时监控主排水泵的工作状况，并且可以根据水位自动确定需同时运行的主排水泵的台数，从而实现主排水泵高效经济的运行。
国内煤矿约90% 都是地下开采，煤矿生产过程中会产生废水，包括井下自然涌水、生产废水等。为保证矿井的安全生产，必须将井下的废水排到地面，即矿井废水的安全排放是保证矿井安全生产的必要条件。一个简单的排水系统必须包括污水水源、水泵、排水管路和排放地点。就煤矿而言，水从井下中央水泵房经过主排水泵，从主排水管道排到地面沟渠中。
1、自动控制
自动控制是指完全以PLC 设定程序自动执行一系列操作，完成排水工作，不需要人为干涉，通过检测水仓水位、电力波峰段和其它参数，时启动水泵，合理调度水泵运行的台数，从而提高水泵的工作效率和安全性。下面以水仓水位为例来说明水泵自动控制的全过程。
假设，原矿井每小时排出废水的流量为Q1，中央水泵房的水位为H1，由于矿井正常生产，矿井水位在Q1的排放流量下，水位变成了H2，此时通过水位监测传感器，将实时水位H2传输给PLC 控制台，因为PLC控制台设有程序，该程序内设有选择语句，设有m 个临界值，分别为m1、m2…mm，此时可以通过程序控制，当H2 < m1时，PLC 会控制关闭所有排水泵，当H2在m1和m2之间时，PLC 控制开启1 台水泵，当H2在mk和mn之间时，PLC 会控制a 台排水泵开启进行排水，这些数据根据每个矿井废水水位和涌入量的不同可以自己设定。这样可以实时自动控制，既节省人力又经济高效。其控制流程图如图1 所示。
图1 水位控制水泵台数工作原理示意图
2、远程监控
所谓远程监控，就是在地面上就可以对主排水泵进行性能监测和控制。通过光缆以及相应信号交换设备，将井下PLC 与井上的计算机相连，采用WINCC 自动化监控软件建立综合自动化网络平台，可实现远程自动、半自动控制，实时显示、记录各泵组运行情况和相关参数，支持历史数据查询。同时，井下装设防爆型网络摄像机，通过光纤将图像传送到地面系统，地面调度中心通过硬盘录像机将画面发送到地面工业电视上。主排水泵控制系统如图2 所示。
图2 主排水泵控制系统
3、实施维护
3.1、水泵轮换工作
水泵轮换是排水设备综合自动化控制系统的中心环节。它由PLC、中间继电器、接触器等组成，以上环节最终都要与本环节配合，根据水位情况自动开停水泵。为了防止因备用泵长期不用而使电机受潮或有其它故障而未被发现，当紧急情况需要投入而不能投入以至影响矿井安全，系统根据水泵的开启次数自动按一定顺序轮换开启水泵。当某台或其所属阀门故障或检修时，该泵退出轮换，其余各泵仍按轮换工作制运行。
3.2、障碍报修
不论是原始的手动控制，还是采用PLC 实现的智能控制，都无法避免主排水泵出现，如主排水泵发生汽蚀损伤、主排水泵平衡盘异常磨损、主排水泵叶轮空蚀磨损、电动机短路等。这些问题都会导致主排水泵工作异常。这些异常可以通过相应的传感器，将数据传输给PLC 控制台，然后PLC 控制台对数据进行分析处理，将有问题的主排水泵组传输给地面计算机，由计算机发出报警信号。这样检修人员可以及时的采取措施。
3.3、管路监测
因为矿井废水的排放，主要通过管路由主排水泵排至地面，所以管路出现问题也会引起排水系统的崩溃，因为排水管路较长，不可能每处都设监测站，所以，矿井一般都有备用管路，当一个管路出现问题，PLC 控制台会发出命令，自动切换到另一条管路，不用停机切换。
4、结语
(1) 本文通过介绍水泵的工作原理，对水泵进行了分类，并对单级、单吸离心式水泵具体工作原理做了说明。
(2) 针对矿井开采这一行业的特殊性，描述了矿井主排水系统，并绘制了矿井主排水系统示意图。
(3) 阐述了以PLC 为核心的水泵自动控制系统，通过合理的程序设计，实现了根据水仓水位的高度自动启动水泵进行排水，减轻工人劳动强度，增强井下排水的可靠性。同时也实现了水泵运行的合理调度，提高设备利用率，节能增效。
(4) 通过PLC 与地面计算机相连接，实现对井下主排水泵的远程监控和实时维护功能。
