PLC技術在礦井排水系統全自動控制中的應用

高大平

摘要：隨著現代科技的發展，對于煤礦企業或礦井應用企業，一種基于PLC技術的全自動控制礦井排水系統得到了廣泛應用。文章從礦井排水的主要特點、全自動控制礦井排水系統的組成及控制原理、全自動控制礦井排水系統應用原則以及全自動控制礦井排水系統功能應用注意事項等方面進行闡述，希望給該系統的應用帶來幫助。

關鍵詞：礦井排水系統；PLC技術；全自動控制；排水設備；煤礦企業 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD534 文章編號：1009-2374（2015）09-0061-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0786

礦井下的水主要來自于大氣降水、地表水、斷層水、老空積水以及涌入礦井的一些廢水。礦井排水系統是指在礦井內敷設排水溝或排水管道，通過排水設施把礦井水匯集流入水倉，再通過排水設備將水排到地面或者指定排水地點的作業，良好而又可靠的礦井排水系統是礦井安全生產的重要保障。隨著自動化水平的不斷提高，基于PLC技術的全自動控制礦井排水系統在提高安全運行的可靠性，提升設備自動化程度方面發揮了巨大作用，研究和應用好該技術對于保障礦井排水系統安全以及煤礦安全生產具有重要意義。

1 礦井排水的主要特點

礦井下水受其流動性的影響，在流動過程中溶解了許多礦物質、煤屑以及流砂等雜質。因此，礦井含有較多的雜質，特別是懸浮狀態的顆粒容易磨損水泵零件。此外，礦井水中還含有游離酸，酸性強度較大，對水泵及管路的腐蝕有一定的影響。礦井排水系統是煤礦安全生產的必備環節之一，除具備正常生產外，還必須滿足洪澇災害的防治和應急功能。礦井排水可以分為常規礦井系統以及抗災排水系統，其中常規排水是指在礦井排水量規定的范圍內能夠按照規定時間進行排水的系統，抗災排水是一種超出預定在緊急時間內完成排水的一種排水系統。針對以上特點，通過科學合理配置減少礦井水對排水設備的腐蝕和危害，通過應急預警系統滿足抗災排水的需求，建立一種全自動化控制系統對于礦井排水十分重要。

2 全自動控制礦井排水系統的組成及控制原理

2.1 系統組成

基于PLC技術的全自動控制礦井排水系統是利用PLC系統內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶指令的可編程邏輯控制器，進而通過數字或模擬式輸入/輸出控制礦井排水系統的各個設備，從而實現對礦井排水系統的全自動控制。該系統主要由可編程控制器、變頻器、傳感器、監控主機以及各種聲光報警設備、通信電纜、通信及數據處理軟件組成。

2.2 控制原理

由于PLC系統信息采集和可編程控制原理，全自動控制礦井排水系統根據礦井排水設施、通信線路以及傳感器將必要的現場工藝數據采集并輸入儲存到PLC系統當中，然后再根據系統數據所采集的礦井涌水量、供電電源、排水系統參數以及人工設計的編制程序，對礦井排水的排水泵以及其他附屬設備開、關以及調速等功能進行控制，并自動調整泵組的運行臺數，完成礦井排水的閉環控制。根據礦井涌水量變化實時調整各系統不僅實現安全運行，同時還實現經濟運行。

3 全自動控制礦井排水系統應用原則

3.1 安全可靠性

全自動控制礦井排水系統的控制方式有遠端控制和就地控制兩種，若出現斷電以及其他方式使集中控制柜與遠端監控平臺通信中斷時，其自動控制將自動轉為就地控制方式，而就地控制方式又有就地集中控制和就地手動控制兩種。因此應用該系統首先要考慮控制系統的安全性和可靠性，通過技術手段全方位監控電機、水泵、真空系統等各環節，對系統出現的異常進行提前報警以及連鎖設置。通過技術手段加強控制柜電源以及傳輸線路的穩定性及可靠性，加強對各項控制系統的維護，選擇安全可靠的系統產品。

3.2 先進性

全自動控制礦井排水系統要根據現代科技變化同步應用先進技術，進而提高系統的功能性及高效性。一般現代應用技術可采用光纖環網通信技術取代總線傳輸技術，采用組態軟件制技術取代傳統編程技術，先進技術的應用不僅可以使系統數據傳輸更加快捷可靠，而且使程序更具有通用性，便于系統二次開發更具規范性和可延展性。此外控制系統的應用還必須遵循信息系統標準化、接口規范化，以便數據共享和升級改造。

3.3 經濟性

全自動控制礦井排水系統的投入和應用還必須滿足經濟性，在實際應用中，可以將電價的“躲峰填谷”原則引入水泵系統啟動程序當中，使水泵電機耗能處于經濟合理狀態。可以將水泵運行累計臺時、運行參數等引入水泵啟動控制系統當中，以最恰當的方式采用水泵的啟動選擇，進而實現水泵的均勻磨損，避免疲勞磨損以及水質引起的設備故障。此外還可以通過對水井的警械水位、超限水位、啟動水位、停機水位進行設定，以保證水泵合理有效的啟停，避免過度作業帶來的成本

浪費。

4 全自動控制礦井排水系統功能應用注意事項

4.1 可靠的監測系統

可靠的監視系統對于礦井排水系統的安全運行十分重要，在現場就地設備的信息監視上應做好各水泵系統就地控制箱上的顯示燈、高壓柜合閘、電動閥開、關位、電動閥過轉矩以及真空度等信號的數據監視工作。對于PLC柜上的信息監視主要做好對PLC控制系統的各種工作狀態和運行數據的可靠性監視，同時也要注意與其配套的傳感器的安全可靠性，進而實現操作人員和管理人員不論是在現場還是在室內操作平臺都可以準確了解礦井排水系統運行信息，為系統的安全性、可靠性提供技術支持。

4.2 可靠的控制系統

可靠的控制系統是全自動控制礦井排水系統的核心。該系統必須滿足對水泵運行狀態進行實時監測和控制，并且安全可靠，PLC控制系統應盡可能在使用現有設備情況下與礦井其他綜合自動化系統保持有效和可靠的銜接。通過控制系統可靠地控制排水閥門、配電磁閥、液壓站等排水輔助設備，各部位傳感器應能向其準確地傳送，使控制系統對排水泵進行適時控制和保護。此外，自動控制系統可按照安全經濟運行原則，合理調整水泵，準確發出啟、停水泵的命令，控制管路上的電動閥門，控制整個排水系統運行。

4.3 多重保護手段

聯鎖保護是實現全自動控制礦井排水系統安全運行的主要手段。當水泵在啟動或運行中出現電流、壓力、溫度異常等情況時，可根據故障反饋信號進行聯鎖保護，停止運行泵，啟動備用泵；聯鎖保護還可以根據警戒水位的到達及時發出報警并自動啟動排水泵；聯鎖保護可利用觸摸屏監視水泵電機過電流、漏電、低電壓等故障并參與控制；聯鎖保護還可以利用電動機綜保監視電機的過載、短路、漏電、斷相等故障，并與水泵聯鎖控制。

5 結語

綜上所述，基于PLC技術的全自動控制礦井排水系統對煤礦企業或礦井應用企業安全、穩定、經濟運行具有十分重要的意義。但該系統受其閉環控制原理的影響，在使用上應從安全可靠性、先進性以及經濟性原則考慮，并在實際使用過程中注意對其可靠的監視系統、控制其系統以及多從保護手段等方面的應用及維護，進而實現全自動礦井排水系統在企業中的有效應用。

參考文獻

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（責任編輯：秦遜玉）