云南先锋煤业开发有限公司 655211
摘要：本文是本人长期以来在露天煤矿从事机电工作实践中，积累设计出的一露天矿水位预警装置，该装置具有水位自动预警提醒值班人员，在此基础上增加相关模块，可进一步开发实现水位预警GPRS通讯模块以短信息方式将以手机短信方式通知相关人员，也可以通过控制接口或组态软件实现水位预警时自动控制水泵或集中控制。
露天煤矿主排水泵站是煤矿一级负荷，承担着整个露天采场的排水工作。泵站能否安全、可靠运行，直接影响到煤矿安全生产，而一但泵站被淹没，在煤炭系统内将被定性为重大事故，将给企业、社会带来负面影响。由于泵站额定排水能力取决于设计，是个常量，泵站的负荷（排水量）取决于露天坑的汇水面积和降雨量,是一个未知变量。当泵站排水能力确定后，泵站是否存在有淹没危险除取决于降雨量外，还与泵站缓冲水仓容量有关，因为水仓水位的上升速度直接取决于降水量大小和缓冲水仓的容量。降雨时，泵站值班人员巡查水仓水位，确定是否启泵排水，是很正常的工作，但也是很危险的，由其是夜间雷暴雨交织时，巡视工作更为危险。
综合上述，为确保值班人员在夜间降雨时巡查水仓水位的人身安全，如果有这么一套装置安装在值班室，能将泵站缓冲水仓实时水位传送到值班室并显示报警，值班人员在下雨时足不出门就能从该装置上了解水仓实时水位是十分必要的。本论文就是本人在长期从事露天煤矿防排水工作中，为全面降低泵站值员在雷雨时检查水仓水带来的不安全因素，由本人设计制作并在先锋露天煤矿使用的主排水泵站水仓水位预警装置。该装置能够实现水位自动预警，降雨时，值班人员不必再到水仓巡视，通过安装在值班室的水位声光预警装置发出的声光报警信号，便能在值班室准确的掌握水仓水位，彻底的解决了值班人员因降雨时巡视水仓水位带来的安全风险。该装置如在进一步开发，增加一些模块，就能实现主排水泵自动控制，也可以利用组态软件实现远程集中监控，如增加GPRS通讯模块，即能实现水位预警时，以手机短信方式发送到管理人员和相关人员手机上，让值班领导和相关人员不论在何地，只要有手机信号的地方都能实时掌握水仓水位情况。
图3是本系统水位预警控制装置的工作原理图。从图可以看出，该装置主要由核心部件是PLC可编程控制器；输入输出回路试验按钮，室内声光报警器件组和GPRS通讯模块组成。图中虚线框内是水位预警控制及报警部分，是本论文论述的重点，虚线框外的部分需二次开发扩展，主要实现各台主排水泵远程手动控制，自动控制和水位预警时发短信息功能，我矿目前没对这些功能扩展，也不是本论文的重点，其工作原理不作详细介绍。
1、水仓水位预警工作原理
（1）蓝色预警 当水仓水位从安全区越过安全水位时，蓝色水位预警传感器7浮球随水位上移，触发内部常开触点（图3）1YG1闭合（图1中的编号7与图3中1YG1是同一只液位传感器），当PLC检测到1YG1闭合后，PLC按事先设定好的程序对该事件进行响应，为防止水仓波浪引发的假动作，在编写程序时候，该事件延时4S后PLC才对事件进行响应，也就是说，只有当浮球触发1YG1闭合4S以上，PLC才按设定程序进行处理，如果在4S内1YG1有断开现象，PLC视1YG1为假动作。当浮球触发1YG1闭合时间连续超过4S时，PLC按设定程序进行响应，从Y1输出信号使输出继电器2KA、5KA吸合动作，1KA断开（水位处安全区内时，1KA是处于吸合动作状态）。2KA吸合动作，室内外蓝色预警灯同时点亮发出蓝色预警信号提醒工作人员，此时水位距地平线2米；同时5KA吸合动作，室内声光预警信号DY工作，声光信号告诉值班人员水位有预警，声信号叫醒值班人员，以防止值班人员睡觉不知道有水位预警信号发生；1KA断开后，室内外绿灯熄灭，说明水位已超出安全区。
（2）黄色预警 当水位继续上升，黄色水位预警传感器8浮球随水位上移，触发内部常开触点（图3）1YG2闭合，当PLC检测到1YG2闭合后，PLC按事先设定好的程序对该事件进行响应，其响应过程与蓝色预警过程相同，3KA动作，室内外黄色预警灯同时点亮，发出黄色预警信号提醒工作人员，此时水位距地平线1.5米，5KA动作，室内声光预警信号DY工作发出声光信号叫醒值班人员，2KA断开，蓝色预警灯熄灭。
（3）红色预警 当水位继续上升，红色水位预警传感器9浮球随水位上移，触发内部常开触点（图3）1YG3闭合，当PLC检测到1YG3闭合后，PLC按事先设定好的程序对该事件进行响应，其响应过程与蓝色预警过程相同，4KA动作，室内外红色预警灯同时点亮，发出红色预警信号提醒工作人员，此时水位距地平线1米，5KA动作，室内声光预警信号DY工作发出声光信号叫醒值班人员，3KA断开，蓝色预警灯熄灭。
在图3中，按钮1SB1-1SB3分别人蓝色、黄色、红色预警试验按钮，用来判断系统运行是否正常，2SB为声光预警DY信号复位按钮，当DY报警时，按下2SB即可复位解除。
水位下降预警解除过程与水位上升过程相反。
从上面水位预警工作过程可以看出，泵站值班人员不用出门，在值班室就能清楚的知道水仓水位情况，大大的提高了工作人员在暴雨期间及夜间外出观察水仓水位带来的安全风险。
本装置中的PLC，图中采用三菱FX1N系列PLC,也可西门子S7-200 SMART PLC,使用西门子SMART系列时，具有扩张模块比较齐全，如上提到的GPRS通信均有配套模块，程序上载到PLC只需使用普通以太网线通过PLC以太网通信端口即可上载和下载程序，节省了专用电缆和软件。
本装置采用三菱FX系列PLC,其编程采用专用编程软件GX Developer梯形图编程，也可利用三菱FX-20P手持编程器指令编程，下面就本装置完成上面水位预警功能介绍梯形图和指令表程序如图4所示。
在运用远程手动控制和水位预警自动控制时，要充分考虑闭锁问题，如当开关打在就地控控制时，远程和自动功能将失效，或将开关转换在自动控制时，远程和就地将失效，总之，转换开关在任何位置，只能一个功能有效，同时还应设检修开关，以防在检修过程中电机自动起动或误操作带来安全事故。还要考虑设备安全问题，在设计程序时一定要将图1中泵液位传感器编进去(在图3中是2YG-6YG),那台泵上的YG触点闭合，说明该泵内空气已经排完，才允许起动，以避免不具备起动条件的泵自动起动损坏设备。
（3）GPRS短信报警服务
GPRS通讯模块又称工业手机，是借助中国移动平台进行通讯的，目前国内有多上厂商生产，西门子公司司也在生产，主要用于工业或远距离控制，控制距离不受地域限制，只要有中国移信号的地方都能控制。由于借助中国移平台，因此该模块在使用前需要到当地移动公司办理SIM移动手机卡插入后都能使用，因此也会产生服务费。
GPRS通讯模块可通过485端口与PC机或笔记本电脑通讯进行设置，如短信内容和接收短信的手机号码及输入端口信号识别等。在PLC程序设计时，设计蓝色声光预警的同时，程序设计从PLC输出端Y15口输出开关量信号（或脉冲信号均可）触发GPRS通讯模块，通信模块将按事先设定好的手机号码发送设定好的蓝色预警短信。同理，当黄色、红色声光预警时，PLC输出端Y16、Y17也将输出开关量信号（或脉冲信号均可）触发GPRS通讯模块，通信模块将按事先设定好的手机号码发送设定好的黄色或红色预警短信。
论文作者:李长寿
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/21
标签：水位论文; 泵站论文; 声光论文; 模块论文; 装置论文; 信号论文; 值班人员论文; 《建筑学研究前沿》2017年第34期论文;