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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。它的好壞直接關系到礦井能否安全生產(chǎn)，涌水量大和水文地質(zhì)條件復雜的礦井，突然涌水，有可能淹沒礦井，導致礦井停產(chǎn)，造成重大的經(jīng)濟損失。排水設備所消耗的電能，一般居全礦之首，占整個礦井生產(chǎn)電耗的15％～20％，涌水量大的礦井甚至在30％以上。傳統(tǒng)的排水是靠人工測水位、停開泵、開關閘閥的控制方法，具有設備運轉效率低、耗電大、人工消耗大，對機械設備磨損、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、計算機技術建立安全、節(jié)能、先進的排水控制系統(tǒng)，對于安全生產(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)場層（遠程IO），控制層（PLC）和管理層（工業(yè)計算機）組成的三級控制系統(tǒng)來實現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動控制。工業(yè)計算機利用友好人機界面實現(xiàn)人機對話和遠程監(jiān)控功能，PLC 作為控制器完成邏輯處理和控制任務，遠程IO 實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和上傳?；赑LC 的礦井主排水控制系統(tǒng)由PLC （可編程邏輯控制器）、觸摸屏、檢測部分（模擬量和開關量采集）和執(zhí)行部分等組成。

    2 PLC 的主要特點
    （1）靈活、通用
    PLC 是通過在存儲器中的程序?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PLC 還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實現(xiàn)不同控制的控制要求。
（2）可靠性高、抗干擾能力強
    PLC 具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會出現(xiàn)繼電器—接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應惡劣工業(yè)環(huán)境而設計的計算機”。
    （3）編程簡單、使用方便
    PLC 采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。
    （4）接線簡單
    PLC 只需將輸入設備（如按鈕、開關等）與輸入端子聯(lián)接，將輸出設備（如接觸器、電磁閥等）與輸出端子聯(lián)接。接線極其簡單、工作量極少。
    （5）功能強
    PLC 不僅具有條件控制、定時、計數(shù)、步進等控制功能，而且還能完成A／D．D／A 轉換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。
    （6）體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化PLC 具有體積小、重量輕、功耗低等特點。由于PLC 是專為工業(yè)控制而設計的專用計算機，其結構緊湊、堅固耐用，以及有很強的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機械設備內(nèi)部。3 系統(tǒng)功能
    3．1 數(shù)據(jù)自動采集
    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。實現(xiàn)水倉水位、變頻器輸入側母線電壓、水泵離壓啟動柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動閥的工作狀態(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、電機電流，水泵軸溫、電機溫度、排水管流量等參數(shù)的自動實時采集。PLC 模擬量輸入模塊通過傳感器連續(xù)檢測水倉水位，將水位變化信號進行轉換處理，計算出單位時間內(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)持水泵的轉速達到調(diào)節(jié)排水量的目的。變頻器輸入側母線電壓、水泵高壓啟動柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動閥的工作狀態(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、電機電流、水泵軸溫、電機溫度、排水管流量等傳感器與變送器，主要用于監(jiān)測供電電源、水泵、電機的運行狀況，實現(xiàn)停電、設備故障、電機溫度及水位超限報警，以避免水泵和電機損壞影響安全生產(chǎn)。
    3．2 自動控制功能
    為了防止因備用泵及其電氣設備或備用管路長期不用而使電機和電氣設備受潮或其他故障未經(jīng)及時發(fā)現(xiàn)，當工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時，而不能及時投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)設有水泵自動控制功能，實現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖啟動，對水泵運行中的各種參數(shù)進行實時監(jiān)控，通過接口向上傳送數(shù)據(jù)。
（1）地面計算機統(tǒng)計出每天礦井的用電負荷情況，確定用電高峰、低谷時間，并將參數(shù)傳給本機；或在本機上根據(jù)統(tǒng)計出的時間進行設定。
    （2）每臺水泵設置遠控、自動、手動和檢修四種工作方式，工作方式可直接在本機上設定或由地面主機設定。當水位達到高位或不在高位而處在用電低谷時間內(nèi)，將自動啟動運行泵，當達到低位或不在高位而處在用電高峰時間內(nèi)時自動停泵。當水位達到上限水位時，自動啟動“運行泵”及“備用泵”，直到水位低于高位時停止“備用泵”只運行“運行泵”，當達到低位或不在高位而處在用電高峰時間內(nèi)時自動停泵。
    （3）將本機工作方式轉為“地面控制”時，各水泵由地面主機控制。
    （4）當運行的水泵出現(xiàn)軸承超溫、開關柜故障、流量不夠時自動停止運行，并提示、報警。
    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”時間段工作，盡量避免在“峰段”啟動。要實現(xiàn)“避峰填谷”，需調(diào)度各水泵在用電的“谷段”和“平段”時間段，將水倉的水位排至設定的低位，以便水倉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水泵。
    3．4 系統(tǒng)保護功能
    超溫保護：水泵長期運行，當軸承溫度或定子溫度超出允許值時，通過溫度保護裝置及PLC 實現(xiàn)超限報警。流量保護：當水泵啟動后或正常運行時，如流量達不到正常值，通過流量保護裝置使本臺水泵停車，自動轉換為啟動另一臺水泵。
    電動機故障：利用PLC 及觸摸屏監(jiān)視水泵電機過電流、漏電、低電壓等電氣故障，并參與控制。
    電動閘閥故障：由電動機綜保監(jiān)視閘閥電機的過載、短路、漏電、斷相等故障，參與水泵的聯(lián)鎖控制。
    3．5 圖形動態(tài)顯示
    系統(tǒng)通過圖形動態(tài)顯示水泵、真空泵、電動閘閥和電動球閥的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警。直觀地顯示電磁閥和電動閥的開閉位置，實時顯示水泵抽真空情況和壓力值。
    用圖形填充以及趨勢圖、棒狀圖方式和數(shù)字形式準確實時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預告信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警，用不同音響形式提醒工作人員注意。
    采用圖形、趨勢圖和數(shù)字形式直觀地顯示管路的瞬時流量及累計流量，對井下用電負荷的監(jiān)測量、電機電流和水泵瞬時負荷及累計負荷量、水泵軸溫、電機溫度等進行動態(tài)顯示、超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數(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)可在觸摸屏上設置），以提醒工作人員及時檢修，避免水泵和電機損壞。
    3．6 實時報警／報警記錄
    在現(xiàn)場PLC 控制器上可漢字顯示各故障信息并報警，在地面控制站上可顯示現(xiàn)場單元當前的報警信息以及保存的報警記錄。
4 結論
    總之，礦井主排水控制系統(tǒng)投入運行后，使泵房排水系統(tǒng)運行更加安全可靠、操作更加方便簡潔，并有效地延長水泵使用壽命，提高礦井排水能力，降低事故率，減少故障處理時間，延長設備使用壽命，提高礦井經(jīng)濟效益與社會效益，從而為礦井的安全生產(chǎn)提供了保障。

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