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摘 要：为了保证矿井当中水泵房当中自动排水系统有良好的质量，应认识到自动排水系统对于水泵房的重要性以及PLC技术的优势，并能结合矿井当中水泵房运行需要，制定科学的水泵房设计技术。本文以PLC技术为基础，对矿井水泵房当中自动排水系统的相应设计工作进行了分析。
关键词：矿井；PLC技术；水泵房；排水系统
水泵房是矿产开采方面关键的组成部分，对于保证矿产开采正常进行有着关键性的作用。但在矿产开采领域不断发展中，矿井水泵房已经逐渐不能满足矿产生产的需要，尤其是自动化方面以及节能方面，因此需要工作人员做好矿井水泵房当中的自动排水机械系统的设计。
1 案例矿业公司分析
在对PLC技术为基础的矿井水泵房当中自动类型排水系统进行设计的阶段中引入了某一真实案例，案例矿业企业当中共存在5个主要排水泵房，这些水泵房的实际作用也存在差异。在案例矿产开采公司不断发展中，采矿规模不断增大，矿业生产对于水泵实际排水功率的要求也在不断提升，目前正在使用的水泵电机功率最大已经达到了1600kW，并且受到采矿生产的需要，这些水泵设备会一直处在长期运行状态，从水泵设备的整体结构以及性能方面来看，这些水泵设备有着功率度偏高、整体管路结构较为复杂、各种生产设备更新速度慢的问题，这些问题的存在都直接矿井安全生产造成了较大威胁。
其次，过去的水泵设备由于设计理念落后、相应技术不完善，导致传统类型水泵的实际自动化程度偏低，在操控水泵设备的时候需要大量的人工辅助，在水泵设备运行阶段中付出的人工成本不断增加。因此也就需要工作人员能做好水泵设备的设计工作，让水泵设备能在实际运行中同时具有良好的运行效率以及良好的节能性。
2 水泵设备控制系统分析
案例矿区当中一个水泵设备通常状态下的用水量大小为每分钟1.27立方米，当水泵设备以最高功率运行的时候，其实际的最大用水量为每分钟1.72立方，因此在相应区域当中的12平米水泵房当中共有工作用水泵1台，备用类型水泵1台，检修类型水泵2台，出于对水泵设备运行性能以及功能方面的需要，在进行控制系统设计的时候应能保证其具有以下的功能。
首先，应保证泵房的实际运行情况能得到有效的监管、控制以及操作。在自动化系统运行的时候，这一自动化类型的系统能对各种时时信息数据进行采集、分析、传输，以保证信息系统有良好的运行稳定性，并结合信息数据变化情况制定科学的管理方案，而在对这些信息数据进行统计的同时还能完成相应信息数据的记录，以方便后续管理工作的开展。
其次，还应使控制系统具有远程类型的数据传输功能，能将一些水泵设备的关键运行数据上传到控制系统当中，让控制中心对各个水泵设备的运行情况有更加清晰的了解，这样也能方便控制中心及时对水泵设备的实际运行情况进行调整。
实现泵房的躲峰填谷，将一天的用电时间划分为峰段和谷段，在峰段时间尽可能的不启动或少启动水泵，避免对电网产生冲击，充分利用水仓的有效容积进行蓄水；在谷段时间统筹启动水泵进行集中排水。谷段时，实现轮流启动水泵排水，根据水位信号停止水泵？峰段时，通过程序控制确保泵房排水安全的前提下，盡量避免频繁启停水泵，造成水泵寿命的缩短。
3 系统控制功能的实现
3.1 系统硬件连接分析
本系统中央处理单元选用的是西门子S7-300PLC S7-300是模块化的PLC系统，提供了多种性能递增的CPU和丰富的I/O扩展模块，增加了系统扩展的灵活性。
3.2 系统主要结构组成分析
本系统主要由矿用隔爆兼本安型可编程控制器（PLC），本安型控制显示台，本安型液晶显示屏和各种传感器及电动球阀组成，可编程控制器是井下控制的核心设备，需要完成对井下实时数据信息的收集、分析和控制，同时与地面上位机进行信息通讯，将井下数据传递到地面显示。
3.3 系统软件设计分析
主程序设计以水位变化为主，结合躲峰填谷，在安全排水的前提下实现排水系统的整体节能降耗？泵房每天实际泵点大约5～6个，而且24h涌水量相对稳定，根据泵房的这一特点，每天设定4个排水时间段，每段大约排水1.5h，为了保证排水系统的安全运行，在非排水时间段内实时监测水仓水位变化，在到达设定危险水位时，优于时间设定选择开起水泵。
3.4 系统网络及接口分析
本系统拥有ProfiBUS-DP通讯，以太网通讯和MODBUS通讯3种通讯接口，其中防爆箱中CPU上集成的ProfiBUS-DP通讯接口作为主站与各个就地箱中的远程I/O模块进行ProfiBUS-DP通讯，防爆箱中的MODBUS-DP模块和流量采集箱中的流量模块进行MODBUS通讯，防爆箱中的交换机通过双绞线与井下矿方交换机进行连接，井下PLC上的以太网模块以及井上监控室的两台工控机通过RJ45接口分别连接到交换机上，通过以太网进行通讯。
4 系统故障防护分析
12水平泵房自动化排水系统可实现对水泵启？停的自动控制，过程的数据进行实时监测以及故障防护，实时监测过程中控制系统对水仓水位、流量、压力、温度、真空度以及各种阀门的状态量等实时参数进行在线监测，不断通过CPU进行运算处理和实时融合，运用模糊理论得出最终结果，从而对排水设备进行可靠的保护，促进水泵设备运行稳定性的提升。
5 系统运行效益分析
（1）降低事故率，实现自动化排水以后，不需要人工操作，减少了人为事故，降低了泵房事故率；（2）积累经验？本次泵房自动化改造这一成功案例，顺应了唐山矿科技兴矿的需要，为后续的自动化改造提供了成功的经验；（3）减少岗位操作人员，在实现自动化排水之前每天主要有2班，每班2个司机进行手动操作，在减少岗位操作人员方面，按节约4名司机计算，每年大约节约工资为：司机人数×司机月工资×12=4×3600×12=172800元。
6 结束语
本文以某一真实矿业公司为案例，对矿排水系统自动化水平低？耗能高以及应急能力差等问题，以S7-300及其扩展组建的控制体系为系统核心，设计了以节能降耗和安全排水为主要目的的矿井自动化排水系统？分析了系统控制要求，介绍了系统控制功能的实现和系统故障防护，最后阐述了系统运行效益，以期对同行业发展有推动作用。
参考文献
[1]刘保东，刘霖.基于PLC技术的矿井水泵房自动排水系统设计[J].中国煤炭，2017，43（1）：79-81.
[2]杜正威，刘羽.基于PLC的煤矿排水系统的自动控制系统设计[J].工程技术：全文版，2017（2）：00291-00291.
[3]王振华.矿井水泵房PLC自动化排水系统的设计与实践[J].内蒙古煤炭经济，2016（15）：135-136.
[4]霍云华.浅论煤矿井下主排水泵房自动化监控系统的设计与应用[J].工程技术：文摘版，2016（9）：00023-00023.
关键词：矿井；PLC技术；水泵房；排水系统
水泵房是矿产开采方面关键的组成部分，对于保证矿产开采正常进行有着关键性的作用。但在矿产开采领域不断发展中，矿井水泵房已经逐渐不能满足矿产生产的需要，尤其是自动化方面以及节能方面，因此需要工作人员做好矿井水泵房当中的自动排水机械系统的设计。
1 案例矿业公司分析
在对PLC技术为基础的矿井水泵房当中自动类型排水系统进行设计的阶段中引入了某一真实案例，案例矿业企业当中共存在5个主要排水泵房，这些水泵房的实际作用也存在差异。在案例矿产开采公司不断发展中，采矿规模不断增大，矿业生产对于水泵实际排水功率的要求也在不断提升，目前正在使用的水泵电机功率最大已经达到了1600kW，并且受到采矿生产的需要，这些水泵设备会一直处在长期运行状态，从水泵设备的整体结构以及性能方面来看，这些水泵设备有着功率度偏高、整体管路结构较为复杂、各种生产设备更新速度慢的问题，这些问题的存在都直接矿井安全生产造成了较大威胁。
其次，过去的水泵设备由于设计理念落后、相应技术不完善，导致传统类型水泵的实际自动化程度偏低，在操控水泵设备的时候需要大量的人工辅助，在水泵设备运行阶段中付出的人工成本不断增加。因此也就需要工作人员能做好水泵设备的设计工作，让水泵设备能在实际运行中同时具有良好的运行效率以及良好的节能性。
2 水泵设备控制系统分析
案例矿区当中一个水泵设备通常状态下的用水量大小为每分钟1.27立方米，当水泵设备以最高功率运行的时候，其实际的最大用水量为每分钟1.72立方，因此在相应区域当中的12平米水泵房当中共有工作用水泵1台，备用类型水泵1台，检修类型水泵2台，出于对水泵设备运行性能以及功能方面的需要，在进行控制系统设计的时候应能保证其具有以下的功能。
首先，应保证泵房的实际运行情况能得到有效的监管、控制以及操作。在自动化系统运行的时候，这一自动化类型的系统能对各种时时信息数据进行采集、分析、传输，以保证信息系统有良好的运行稳定性，并结合信息数据变化情况制定科学的管理方案，而在对这些信息数据进行统计的同时还能完成相应信息数据的记录，以方便后续管理工作的开展。
其次，还应使控制系统具有远程类型的数据传输功能，能将一些水泵设备的关键运行数据上传到控制系统当中，让控制中心对各个水泵设备的运行情况有更加清晰的了解，这样也能方便控制中心及时对水泵设备的实际运行情况进行调整。
实现泵房的躲峰填谷，将一天的用电时间划分为峰段和谷段，在峰段时间尽可能的不启动或少启动水泵，避免对电网产生冲击，充分利用水仓的有效容积进行蓄水；在谷段时间统筹启动水泵进行集中排水。谷段时，实现轮流启动水泵排水，根据水位信号停止水泵？峰段时，通过程序控制确保泵房排水安全的前提下，盡量避免频繁启停水泵，造成水泵寿命的缩短。
3 系统控制功能的实现
3.1 系统硬件连接分析
本系统中央处理单元选用的是西门子S7-300PLC S7-300是模块化的PLC系统，提供了多种性能递增的CPU和丰富的I/O扩展模块，增加了系统扩展的灵活性。
3.2 系统主要结构组成分析
本系统主要由矿用隔爆兼本安型可编程控制器（PLC），本安型控制显示台，本安型液晶显示屏和各种传感器及电动球阀组成，可编程控制器是井下控制的核心设备，需要完成对井下实时数据信息的收集、分析和控制，同时与地面上位机进行信息通讯，将井下数据传递到地面显示。
3.3 系统软件设计分析
主程序设计以水位变化为主，结合躲峰填谷，在安全排水的前提下实现排水系统的整体节能降耗？泵房每天实际泵点大约5～6个，而且24h涌水量相对稳定，根据泵房的这一特点，每天设定4个排水时间段，每段大约排水1.5h，为了保证排水系统的安全运行，在非排水时间段内实时监测水仓水位变化，在到达设定危险水位时，优于时间设定选择开起水泵。
3.4 系统网络及接口分析
本系统拥有ProfiBUS-DP通讯，以太网通讯和MODBUS通讯3种通讯接口，其中防爆箱中CPU上集成的ProfiBUS-DP通讯接口作为主站与各个就地箱中的远程I/O模块进行ProfiBUS-DP通讯，防爆箱中的MODBUS-DP模块和流量采集箱中的流量模块进行MODBUS通讯，防爆箱中的交换机通过双绞线与井下矿方交换机进行连接，井下PLC上的以太网模块以及井上监控室的两台工控机通过RJ45接口分别连接到交换机上，通过以太网进行通讯。
4 系统故障防护分析
12水平泵房自动化排水系统可实现对水泵启？停的自动控制，过程的数据进行实时监测以及故障防护，实时监测过程中控制系统对水仓水位、流量、压力、温度、真空度以及各种阀门的状态量等实时参数进行在线监测，不断通过CPU进行运算处理和实时融合，运用模糊理论得出最终结果，从而对排水设备进行可靠的保护，促进水泵设备运行稳定性的提升。
5 系统运行效益分析
（1）降低事故率，实现自动化排水以后，不需要人工操作，减少了人为事故，降低了泵房事故率；（2）积累经验？本次泵房自动化改造这一成功案例，顺应了唐山矿科技兴矿的需要，为后续的自动化改造提供了成功的经验；（3）减少岗位操作人员，在实现自动化排水之前每天主要有2班，每班2个司机进行手动操作，在减少岗位操作人员方面，按节约4名司机计算，每年大约节约工资为：司机人数×司机月工资×12=4×3600×12=172800元。
6 结束语
本文以某一真实矿业公司为案例，对矿排水系统自动化水平低？耗能高以及应急能力差等问题，以S7-300及其扩展组建的控制体系为系统核心，设计了以节能降耗和安全排水为主要目的的矿井自动化排水系统？分析了系统控制要求，介绍了系统控制功能的实现和系统故障防护，最后阐述了系统运行效益，以期对同行业发展有推动作用。
参考文献
[1]刘保东，刘霖.基于PLC技术的矿井水泵房自动排水系统设计[J].中国煤炭，2017，43（1）：79-81.
[2]杜正威，刘羽.基于PLC的煤矿排水系统的自动控制系统设计[J].工程技术：全文版，2017（2）：00291-00291.
[3]王振华.矿井水泵房PLC自动化排水系统的设计与实践[J].内蒙古煤炭经济，2016（15）：135-136.
[4]霍云华.浅论煤矿井下主排水泵房自动化监控系统的设计与应用[J].工程技术：文摘版，2016（9）：00023-00023.