礦井排水係統在煤炭生產中占有重要地位，其核心設備排水泵的電耗在噸煤成本中占有很大的比例。它的好壞直接關係到礦井能否安全生產，湧水量大和水文地質條件複雜的礦井，突然湧水，有可能淹沒礦井，導致礦井停產，造成重大的經濟損失。排水設備所消耗的電能，一般居全礦之首，占整個礦井生產電耗的15％～20％，湧水量大的礦井甚至在30％以上。傳統的排水是靠人工測水位、停開泵、開關閘閥的控製方法，具有設備運轉效率低、耗電大、人工消耗大，對機械設備磨損、衝擊大，汙染電網，影響供電質量等弊端。利用現代電力電子、微電子、計算機技術建立安全、節能、先進的排水控製係統，對於安全生產和降低噸煤成本具有重要的意義。
    1 礦井主排水控製係統的組成
    係統采用現場層（遠程IO），控製層（PLC）和管理層（工業計算機）組成的三級控製係統來實現排水係統的自動控製。工業計算機利用友好人機界麵實現人機對話和遠程監控功能，PLC 作為控製器完成邏輯處理和控製任務，遠程IO 實現現場數據的采集和上傳。基於PLC 的礦井主排水控製係統由PLC （可編程邏輯控製器）、觸摸屏、檢測部分（模擬量和開關量采集）和執行部分等組成。

    2 PLC 的主要特點
    （1）靈活、通用
    PLC 是通過在存儲器中的程序實現控製功能，若控製功能需要改變，隻需修改程序及少量接線即可。同一台PLC 還可用於不同控製對象，通過改變軟件則可實現不同控製的控製要求。
（2）可靠性高、抗幹擾能力強
    PLC 具有很高的可靠性和抗幹擾能力，不會出現繼電器—接觸器控製係統中接線老化、脫焊、觸點電弧等現象，故被稱為“專為適應惡劣工業環境而設計的計算機”。
    （3）編程簡單、使用方便
    PLC 采用麵向控製過程、麵向問題的“自然語言”編程，容易掌握。
    （4）接線簡單
    PLC 隻需將輸入設備（如按鈕、開關等）與輸入端子聯接，將輸出設備（如接觸器、電磁閥等）與輸出端子聯接。接線極其簡單、工作量極少。
    （5）功能強
    PLC 不僅具有條件控製、定時、計數、步進等控製功能，而且還能完成A／D．D／A 轉換、數字運算和數據處理以及通信聯網、生產過程監控等。
    （6）體積小、重量輕、易於實現機電一體化PLC 具有體積小、重量輕、功耗低等特點。由於PLC 是專為工業控製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幹擾能力，易於嵌入機械設備內部。3 係統功能
    3．1 數據自動采集
    數據采集係統主要由可編程邏輯控製器（PLC）和各種傳感器組成。實現水倉水位、變頻器輸入側母線電壓、水泵離壓啟動櫃真空斷路器和電抗器櫃真空接觸器的狀態、電動閥的工作狀態與啟閉位置、真空泵工作狀態、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K8凯发登录入口等參數的自動實時采集。PLC 模擬量輸入模塊通過傳感器連續檢測水倉水位，將水位變化信號進行轉換處理，計算出單位時間內不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的湧水量，控製變頻係統中的變頻控製器調節變頻器的輸出頻率，從而調節持水泵的轉速達到調節排水量的目的。變頻器輸入側母線電壓、水泵高壓啟動櫃真空斷路器和電抗器櫃真空接觸器的狀態、電動閥的工作狀態與啟閉位裏、真空泵工作狀態、電磁閥狀態、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K8凯发登录入口等傳感器與變送器，主要用於監測供電電源、水泵、電機的運行狀況，實現停電、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。
    3．2 自動控製功能
    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及時發現，當工作泵出現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，本係統設有水泵自動控製功能，實現泵閥的聯鎖啟動，對水泵運行中的各種參數進行實時監控，通過接口向上傳送數據。
（1）地麵計算機統計出每天礦井的用電負荷情況，確定用電高峰、低穀時間，並將參數傳給本機；或在本機上根據統計出的時間進行設定。
    （2）每台水泵設置遠控、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麵主機設定。當水位達到高位或不在高位而處在用電低穀時間內，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”，直到水位低於高位時停止“備用泵”隻運行“運行泵”，當達到低位或不在高位而處在用電高峰時間內時自動停泵。
    （3）將本機工作方式轉為“地麵控製”時，各水泵由地麵主機控製。
    （4）當運行的水泵出現軸承超溫、開關櫃故障、K8凯发登录入口不夠時自動停止運行，並提示、報警。
    3．3“避峰填穀”
    所謂“避峰填穀”，是指調度水泵在用電的“穀段”和“平段”時間段工作，盡量避免在“峰段”啟動。要實現“避峰填穀”，需調度各水泵在用電的“穀段”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”容納更多的礦井湧水而不用啟動水泵。
    3．4 係統保護功能
    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 實現超限報警。K8凯发登录入口保護：當水泵啟動後或正常運行時，如K8凯发登录入口達不到正常值，通過K8凯发登录入口保護裝置使本台水泵停車，自動轉換為啟動另一台水泵。
    電動機故障：利用PLC 及觸摸屏監視水泵電機過電流、漏電、低電壓等電氣故障，並參與控製。
    電動閘閥故障：由電動機綜保監視閘閥電機的過載、短路、漏電、斷相等故障，參與水泵的聯鎖控製。
    3．5 圖形動態顯示
    係統通過圖形動態顯示水泵、真空泵、電動閘閥和電動球閥的運行狀態，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、棒狀圖方式和數字形式準確實時地顯示水倉水位，並在啟停水泵的水位段發出預告信號和低段、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、趨勢圖和數字形式直觀地顯示管路的瞬時K8凯发登录入口及累計K8凯发登录入口，對井下用電負荷的監測量、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顯示、超限報警，自動記錄故障類型、時間等曆史數據，並在屏幕下端循環顯示最新出現的故障（故障顯示條數可在觸摸屏上設置），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
    在現場PLC 控製器上可漢字顯示各故障信息並報警，在地麵控製站上可顯示現場單元當前的報警信息以及保存的報警記錄。
4 結論
    總之，礦井主排水控製係統投入運行後，使泵房排水係統運行更加安全可靠、操作更加方便簡潔，並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，提高礦井經濟效益與社會效益，從而為礦井的安全生產提供了保障。

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