鄭德生++蒲創(chuàng)++代雪峰++朱承杰

摘 要：目前，如何提高礦井中排水系統(tǒng)的使用效率以及提高排水設(shè)備的穩(wěn)定性方面做出了大量的研究。隨著對(duì)于礦山井下安全生產(chǎn)要求的提高，對(duì)于井下排水系統(tǒng)的安全性與可靠的重視程度也得到了提高。本文針對(duì)井下排水系統(tǒng)人工管理的不當(dāng)之處，提出了基于三菱PLC的煤礦礦井井下排水系統(tǒng)。本文描述了系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、硬件組成和基本功能，從硬件軟件兩方面詳細(xì)論述了排水系統(tǒng)引水方式、水位監(jiān)測(cè)、控制功能、報(bào)警與故障保護(hù)功能等關(guān)鍵要素的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：PLC；煤礦礦井；自動(dòng)排水

中圖分類號(hào)：TH139 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

新疆地形特殊，干旱少雨，礦井開采深度較淺井型較小且涌水量少，新疆礦井排水時(shí)間及排水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于內(nèi)地，使內(nèi)地智能排水控制系統(tǒng)很難符合新疆礦井排水系統(tǒng)要求，故設(shè)計(jì)出符合新疆礦井特點(diǎn)的智能排水控制系統(tǒng)具有重大意義。

目前隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)與變頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，煤礦自動(dòng)排水系統(tǒng)也多以PLC作為控制核心，通過(guò)PLC采集外圍傳感器和水泵的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，對(duì)水泵中的設(shè)備進(jìn)行合理地調(diào)度和控制，并且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于水泵房的“遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)”的目的。

本文采用三菱PLC作為主控制器，采用變頻器作為控制水泵的核心設(shè)備，采用數(shù)字式的流量計(jì)與數(shù)字式液位傳感器，數(shù)字式流量傳感器作為傳感采集單元，通過(guò)對(duì)水位的觀察與觀測(cè)，獲取相關(guān)的信息，達(dá)到多級(jí)響應(yīng)控制的方法。

1.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)

礦井下主排水系統(tǒng)的主設(shè)計(jì)圖采用了雙排水管系統(tǒng)，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了排水和排空兩套管路，其中排水管路分為1#主排水管路和2#副排水管路。由于一般情況下，礦井下的環(huán)境相對(duì)比較復(fù)雜，為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了3臺(tái)水泵作為排水設(shè)備。正常情況下一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，一臺(tái)檢修。此外，為保證水泵中形成足夠的負(fù)壓，采用了止回閥阻止水泵腔體中流回到水倉(cāng)中，也能夠有效防止水錘現(xiàn)象。

如圖1所示為系統(tǒng)的功能模塊圖，其中采用的主控制器為FX3U-48MR作為主控制器，采用FX3U-485_BD作為PLC與多個(gè)傳感器之間的聯(lián)系的方法。而傳感器均選用具有RS485收發(fā)功能的傳感器。壓力傳感器主要是作為測(cè)量水位的傳感器，其中選用為星儀公司的CYYZ11壓力傳感器，可以根據(jù)當(dāng)前水位的變化，選擇合適的量程，其精度范圍一般為0.5%。功率傳感器選用的是浙江立新公司的多功能電度表。該功能模塊具備良好的特性，器功耗僅僅為1W，測(cè)量范圍為32A，7000W，能滿足小型系統(tǒng)的基本需求。流量模塊采用的是威爾太生產(chǎn)的LWGY（脈沖信號(hào)輸出）智能渦輪流量傳感器和上海威爾太儀表WL-LK801智能五位流量積算儀。流量積算儀可以作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，能在現(xiàn)場(chǎng)顯示出流量的大小，而智能渦輪流量傳感器能比較快地反應(yīng)出現(xiàn)場(chǎng)流量的變化。變頻器采用的是模擬量輸入的方法，該方法建檔方便，只需要進(jìn)行基本的設(shè)定，就能開始工作。

2.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)不僅需要完成相應(yīng)的功能，而且需要保證系統(tǒng)工作在合理的范圍內(nèi)，確保整個(gè)系統(tǒng)耗費(fèi)的功耗最低，這是滿足當(dāng)前節(jié)能的國(guó)情的。本系統(tǒng)以研究泵效最優(yōu)問(wèn)題為目標(biāo)，構(gòu)建相應(yīng)的方案，即系統(tǒng)在運(yùn)行后，根據(jù)水位的情況，從而進(jìn)行相應(yīng)的響應(yīng)流程，如圖2所示。

對(duì)于水泵功率的控制的方法一般采用的有兩種，一種是變閥門的，一種是變水泵速度的方法，本項(xiàng)目選定了變速度的方法，作為控制的手段。根據(jù)泵效的公式：

η=Pe/P

其中P為泵的功率通常指輸入功率，即原動(dòng)機(jī)傳到泵軸上的功率，故又稱軸功率，Pe為有效功率，即泵的揚(yáng)程和質(zhì)量流量及重力加速度的乘積。

Pe=ρgQH（W）或Pe=γQH/1000（kW）

但是考慮到現(xiàn)實(shí)的情況，本系統(tǒng)中，考慮泵效的最優(yōu)，考慮的時(shí)候泵的控制系統(tǒng)所占的功耗。系統(tǒng)中在變頻器前安裝了功率測(cè)量?jī)x，作為變頻器和水泵的總功效。于是對(duì)于本系統(tǒng)有η=Pe/P=ρgQH/PC

此時(shí)：PC為測(cè)量的功率。由于抽的是水，為1.0× 103kg/m2，重力加速度g也為定值。其H在固定水位的時(shí)候，高度不變，只有在水位發(fā)送變化的時(shí)候，水位有所改變，為此，本系統(tǒng)主要測(cè)量流量Q與H乘積與功率之間的比值，就可以獲得其效率的最大值。

結(jié)語(yǔ)

煤礦自動(dòng)排水系統(tǒng)以PLC控制器為核心、RS485總線作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠脚_(tái)，配置帶有RS485協(xié)議格式的流量傳感器、水位傳感器以及功率傳感器和電動(dòng)閥門為探測(cè)執(zhí)行器，采用自動(dòng)控制技術(shù)和HMI人機(jī)界面技術(shù)對(duì)煤礦井下排水系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，可實(shí)現(xiàn)井下排水的無(wú)人值守和自動(dòng)運(yùn)行，有效降低排水系統(tǒng)運(yùn)行成本，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高煤礦自動(dòng)化水平和運(yùn)營(yíng)管理水平。

參考文獻(xiàn)

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