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礦井排水系統(tǒng)在煤炭生產(chǎn)中占有重要地位，其核心設(shè)備排水泵的電耗在噸煤成本中占有很大的比例。它的好壞直接關(guān)系到礦井能否安全生產(chǎn)，涌水量大和水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，突然涌水，有可能淹沒(méi)礦井，導(dǎo)致礦井停產(chǎn)，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。排水設(shè)備所消耗的電能，一般居全礦之首，占整個(gè)礦井生產(chǎn)電耗的15％～20％，涌水量大的礦井甚至在30％以上。傳統(tǒng)的排水是靠人工測(cè)水位、停開泵、開關(guān)閘閥的控制方法，具有設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率低、耗電大、人工消耗大，對(duì)機(jī)械設(shè)備磨損、沖擊大，污染電網(wǎng)，影響供電質(zhì)量等弊端。利用現(xiàn)代電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)建立安全、節(jié)能、先進(jìn)的排水控制系統(tǒng)，對(duì)于安全生產(chǎn)和降低噸煤成本具有重要的意義。
    1 礦井主排水控制系統(tǒng)的組成
    系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)層（遠(yuǎn)程IO），控制層（PLC）和管理層（工業(yè)計(jì)算機(jī)）組成的三級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。工業(yè)計(jì)算機(jī)利用友好人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，PLC 作為控制器完成邏輯處理和控制任務(wù)，遠(yuǎn)程IO 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和上傳。基于PLC 的礦井主排水控制系統(tǒng)由PLC （可編程邏輯控制器）、觸摸屏、檢測(cè)部分（模擬量和開關(guān)量采集）和執(zhí)行部分等組成。

    2 PLC 的主要特點(diǎn)
    （1）靈活、通用
    PLC 是通過(guò)在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。同一臺(tái)PLC 還可用于不同控制對(duì)象，通過(guò)改變軟件則可實(shí)現(xiàn)不同控制的控制要求。
（2）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)
    PLC 具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會(huì)出現(xiàn)繼電器—接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。
    （3）編程簡(jiǎn)單、使用方便
    PLC 采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，容易掌握。
    （4）接線簡(jiǎn)單
    PLC 只需將輸入設(shè)備（如按鈕、開關(guān)等）與輸入端子聯(lián)接，將輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥等）與輸出端子聯(lián)接。接線極其簡(jiǎn)單、工作量極少。
    （5）功能強(qiáng)
    PLC 不僅具有條件控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)等控制功能，而且還能完成A／D．D／A 轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等。
    （6）體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化PLC 具有體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn)。由于PLC 是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用，以及有很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部。3 系統(tǒng)功能
    3．1 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集
    數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由可編程邏輯控制器（PLC）和各種傳感器組成。實(shí)現(xiàn)水倉(cāng)水位、變頻器輸入側(cè)母線電壓、水泵離壓?jiǎn)?dòng)柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動(dòng)閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、水泵吸水管其空度及水泵出水口壓力、閘閥開度、電機(jī)電流，水泵軸溫、電機(jī)溫度、排水管流量等參數(shù)的自動(dòng)實(shí)時(shí)采集。PLC 模擬量輸入模塊通過(guò)傳感器連續(xù)檢測(cè)水倉(cāng)水位，將水位變化信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，控制變頻系統(tǒng)中的變頻控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而調(diào)節(jié)持水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)排水量的目的。變頻器輸入側(cè)母線電壓、水泵高壓?jiǎn)?dòng)柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動(dòng)閥的工作狀態(tài)與啟閉位里、真空泵工作狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力、閘閥開度、電機(jī)電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、排水管流量等傳感器與變送器，主要用于監(jiān)測(cè)供電電源、水泵、電機(jī)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)停電、設(shè)備故障、電機(jī)溫度及水位超限報(bào)警，以避免水泵和電機(jī)損壞影響安全生產(chǎn)。
    3．2 自動(dòng)控制功能
    為了防止因備用泵及其電氣設(shè)備或備用管路長(zhǎng)期不用而使電機(jī)和電氣設(shè)備受潮或其他故障未經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時(shí)，而不能及時(shí)投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)設(shè)有水泵自動(dòng)控制功能，實(shí)現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖啟動(dòng)，對(duì)水泵運(yùn)行中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)接口向上傳送數(shù)據(jù)。
（1）地面計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)出每天礦井的用電負(fù)荷情況，確定用電高峰、低谷時(shí)間，并將參數(shù)傳給本機(jī)；或在本機(jī)上根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。
    （2）每臺(tái)水泵設(shè)置遠(yuǎn)控、自動(dòng)、手動(dòng)和檢修四種工作方式，工作方式可直接在本機(jī)上設(shè)定或由地面主機(jī)設(shè)定。當(dāng)水位達(dá)到高位或不在高位而處在用電低谷時(shí)間內(nèi)，將自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行泵，當(dāng)達(dá)到低位或不在高位而處在用電高峰時(shí)間內(nèi)時(shí)自動(dòng)停泵。當(dāng)水位達(dá)到上限水位時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)“運(yùn)行泵”及“備用泵”，直到水位低于高位時(shí)停止“備用泵”只運(yùn)行“運(yùn)行泵”，當(dāng)達(dá)到低位或不在高位而處在用電高峰時(shí)間內(nèi)時(shí)自動(dòng)停泵。
    （3）將本機(jī)工作方式轉(zhuǎn)為“地面控制”時(shí)，各水泵由地面主機(jī)控制。
    （4）當(dāng)運(yùn)行的水泵出現(xiàn)軸承超溫、開關(guān)柜故障、流量不夠時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行，并提示、報(bào)警。
    3．3“避峰填谷”
    所謂“避峰填谷”，是指調(diào)度水泵在用電的“谷段”和“平段”時(shí)間段工作，盡量避免在“峰段”啟動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)“避峰填谷”，需調(diào)度各水泵在用電的“谷段”和“平段”時(shí)間段，將水倉(cāng)的水位排至設(shè)定的低位，以便水倉(cāng)能夠騰出盡可能大的容積，使其在“峰段”容納更多的礦井涌水而不用啟動(dòng)水泵。
    3．4 系統(tǒng)保護(hù)功能
    超溫保護(hù)：水泵長(zhǎng)期運(yùn)行，當(dāng)軸承溫度或定子溫度超出允許值時(shí)，通過(guò)溫度保護(hù)裝置及PLC 實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警。流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行時(shí)，如流量達(dá)不到正常值，通過(guò)流量保護(hù)裝置使本臺(tái)水泵停車，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。
    電動(dòng)機(jī)故障：利用PLC 及觸摸屏監(jiān)視水泵電機(jī)過(guò)電流、漏電、低電壓等電氣故障，并參與控制。
    電動(dòng)閘閥故障：由電動(dòng)機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電機(jī)的過(guò)載、短路、漏電、斷相等故障，參與水泵的聯(lián)鎖控制。
    3．5 圖形動(dòng)態(tài)顯示
    系統(tǒng)通過(guò)圖形動(dòng)態(tài)顯示水泵、真空泵、電動(dòng)閘閥和電動(dòng)球閥的運(yùn)行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進(jìn)行事故報(bào)警。直觀地顯示電磁閥和電動(dòng)閥的開閉位置，實(shí)時(shí)顯示水泵抽真空情況和壓力值。
    用圖形填充以及趨勢(shì)圖、棒狀圖方式和數(shù)字形式準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地顯示水倉(cāng)水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號(hào)和低段、超低段、高段、超高段水位分段報(bào)警，用不同音響形式提醒工作人員注意。
    采用圖形、趨勢(shì)圖和數(shù)字形式直觀地顯示管路的瞬時(shí)流量及累計(jì)流量，對(duì)井下用電負(fù)荷的監(jiān)測(cè)量、電機(jī)電流和水泵瞬時(shí)負(fù)荷及累計(jì)負(fù)荷量、水泵軸溫、電機(jī)溫度等進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示、超限報(bào)警，自動(dòng)記錄故障類型、時(shí)間等歷史數(shù)據(jù)，并在屏幕下端循環(huán)顯示最新出現(xiàn)的故障（故障顯示條數(shù)可在觸摸屏上設(shè)置），以提醒工作人員及時(shí)檢修，避免水泵和電機(jī)損壞。
    3．6 實(shí)時(shí)報(bào)警／報(bào)警記錄
    在現(xiàn)場(chǎng)PLC 控制器上可漢字顯示各故障信息并報(bào)警，在地面控制站上可顯示現(xiàn)場(chǎng)單元當(dāng)前的報(bào)警信息以及保存的報(bào)警記錄。
4 結(jié)論
    總之，礦井主排水控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，使泵房排水系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠、操作更加方便簡(jiǎn)潔，并有效地延長(zhǎng)水泵使用壽命，提高礦井排水能力，降低事故率，減少故障處理時(shí)間，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，從而為礦井的安全生產(chǎn)提供了保障。

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