井下排水自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用

摘 要：本文結(jié)合井下工作實際，針對井下排水自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定的主要影響因素進行了較深入地分析，并提出了井下排水自動控制系統(tǒng)應(yīng)采取的抗干擾措施，對于井下自動控制排水系統(tǒng)的應(yīng)用具有一定參考價值。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制；自動控制；排水

1 前言

地下水在煤礦生產(chǎn)過程中會流進工作面或巷道而形成礦井水，其形成原因通常是因巷道揭露或采空區(qū)塌陷影響到水源而造成的，水源主要涉及地表水、斷層水、大氣降水、含水層水以及采空區(qū)水等幾種。由于采礦活動會在一定程度上破壞采動區(qū)域及其相鄰區(qū)域的水文地質(zhì)隔水構(gòu)造，也會改變水徑流途徑與方向，而匯集到采動區(qū)域或采空區(qū)，并因物化作用與時間效應(yīng)污染交替性差的水體。

2 井下排水的意義

在國內(nèi)煤礦生產(chǎn)中，每年平均有三四十億立米的地下水被抽至地面且絕大部分被排放。但其抽排的地下水一般是在煤炭開采中而受到污染，本身并不是嚴重污染的水。因此，在國內(nèi)水資源不足的情況下，浪費這些水比較可惜，在水質(zhì)較好的區(qū)域，適當處理井下水，就能使其達到工業(yè)生活用水標準。此外，井下水對礦井有很大危害，瓦斯爆炸與水災害是煤礦安全事故中最頻繁和嚴重的。若礦井水不能順暢排放，在井下就會造成水災，甚至導致設(shè)備財產(chǎn)損失，人員傷亡等嚴重后果。

國內(nèi)近年來在排水優(yōu)化、排水設(shè)備改造及巷道合理分布等方面開展了較多研究，但監(jiān)測手段和檢測技術(shù)還在摸索中。隨著不斷提高的煤礦安全要求，井下水的檢控要求也會逐漸提高。目前井下水主要通過人工方式排放，效率低、勞動量大。所以，在井下排水中運用自動控制系統(tǒng)就具有十分重要的意義。

3 井下排水自動控制系統(tǒng)

3.1 PLC技術(shù)

可編程控制器（PLC）作為數(shù)字運算操作的一種電子系統(tǒng)，可以使非專業(yè)人員也可以很容易地使用自然語言進行編程。PLC的控制功能是通過存儲器中程序?qū)崿F(xiàn)的，同一PLC可用于控制不同對象，通過軟件程序的改變實現(xiàn)不同控制要求，通用性和靈活性都很高。PLC通常采用光電耦合器在輸入輸出電路傳輸信號，能夠有效避免外部干擾源對其的影響，抗干擾性強、可靠性高。另外，其I/O接口還能與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備直接連接。

3.2 PLC控制系統(tǒng)正常運行的影響因素

PLC作為一種工控裝置，具有自動化程度高、配置靈活的優(yōu)點。由于其具有的高可靠性，而逐漸得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用環(huán)境越復雜就會受到越多的干擾。I/O端口是PLC控制系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，現(xiàn)場設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾、電源波形畸變、輸入元件觸點抖動等不同形式的干擾，都會對系統(tǒng)正常工作造成不利影響。因此，研究PLC控制系統(tǒng)正常運行的影響因素，對于提高其抗干擾能力與可靠性具有十分重要的作用。

干擾PLC運行的因素主要有三個，一是電源引入干擾，如大型設(shè)備啟停、開關(guān)操作、雷電沖擊等都可能會對系統(tǒng)正常運行造成影響，使PLC系統(tǒng)發(fā)生故障。二是I/O信號線引入干擾，PLC控制系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，通常要與很多設(shè)備及通信線路進行連接，這就可能會出現(xiàn)各種形式的電磁干擾環(huán)境，使PLC系統(tǒng)的正常運行受到影響。三是接地線引入干擾。如果在接地線出現(xiàn)混亂或電線中電位分布不均快會影響電路正常運行，使傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生部分丟失而造成信號失真。

3.3 PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施

PLC控制系統(tǒng)主要有上述三方面因素可產(chǎn)生干擾，因此可針對這三方面因素采取相應(yīng)措施以提高系統(tǒng)的抗干擾性。一是盡最大可能對干擾源進行抑制。對電源系統(tǒng)的抗干擾措施是為避免電網(wǎng)電壓波動對系統(tǒng)電源造成的干擾，一般可使用低通濾波器或隔離變壓器進行解決。此外，還能使用交流穩(wěn)壓電源以使抗干擾能力增大或在PLC控制系統(tǒng)中使用在線不間斷供式電源作為理想電源。二是對衰減干擾信號或耦合通道進行抑制。當感性負載位于輸入端時，根據(jù)信號類型的不同分別采取不同措施，如是交流信號就要將RC浪涌吸收器或壓敏電阻RV并聯(lián)在其輸入負載兩端；如是直流信號就要將續(xù)流二極管VD或穩(wěn)壓二極管VX等并聯(lián)在直流信號負載兩端。特別要注意的是多芯信號電纜在使用中I/O線與其它控制線要避免共用同一電纜。三是使系統(tǒng)對電磁噪聲的靈敏度降低，以使自身抗干擾能力得到提高。

4 PLC井下排水自動控制系統(tǒng)設(shè)計

在PLC井下排水自動控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，為使排水自動控制功能更加完善，要特別注意幾方面內(nèi)容：第一，電器控制系統(tǒng)的設(shè)計要采用PLC控制系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。第二，在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，要選取性能可靠的控制器及相關(guān)元器件，提高其對井下環(huán)境的適應(yīng)性。不僅要符合礦用設(shè)備安全標準，還要滿足井下實際情況需要，使自動控制系統(tǒng)的操作更加便捷，功能更加完善。第三，系統(tǒng)設(shè)計要結(jié)合排水控制實際需要，設(shè)計PLC系統(tǒng)的硬件與軟件結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)其自動工作，提高水泵房節(jié)能高效的目標。第四，在煤泥水水位測量中可以采用感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器，在設(shè)計中采用新型電量監(jiān)測模塊以實現(xiàn)對水泵電機電源輸入工作狀況的實時監(jiān)測，為PLC與該模塊之間建立通信連接，通過PLC系統(tǒng)得到的電量監(jiān)測數(shù)據(jù)對各水泵電機的運行狀態(tài)進行判定，可以及時發(fā)現(xiàn)故障并進行有效處理。

PLC由于其具有完善的可靠性以及強抗干擾性能，而備受關(guān)注。但工控一直是個比較特殊的領(lǐng)域，其應(yīng)用環(huán)境比較復雜，稍有疏忽就可能導致嚴重的經(jīng)濟損失，甚至出現(xiàn)人員傷亡等安全事故。因此，在實際應(yīng)用中，要結(jié)合應(yīng)用環(huán)境實際制定適宜的設(shè)計方案，以提高系統(tǒng)的可靠性，從而為相關(guān)設(shè)備及人員安全提供重要保障。

5 結(jié)束語

綜上所述，井下排水技術(shù)對于煤礦開采過程十分重要，關(guān)系到煤礦生產(chǎn)過程中的安全。井下水資源的缺乏利用以及井下排水系統(tǒng)人工控制的弊端就非常需要井下排水自動控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。基于PLC技術(shù)的煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)就是結(jié)合目前成熟的工控技術(shù)而研發(fā)完成的，具有傳統(tǒng)控制系統(tǒng)不能實現(xiàn)的完善功能，具有廣泛的應(yīng)用價值及發(fā)展空間。但PLC技術(shù)在井下排水自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用還存在不足需要不斷進行完善和實踐，才能發(fā)揮出它應(yīng)有的價值，為煤礦生產(chǎn)安全起到重要保障作用。

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