井下排水自動控制系統的應用

摘 要：本文結合井下工作實際，針對井下排水自動控制系統穩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應采取的抗干擾措施，對于井下自動控制排水系統的應用具有一定參考價值。

關鍵詞：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水等幾種。由于采礦活動會在一定程度上破壞采動區域及其相鄰區域的水文地質隔水構造，也會改變水徑流途徑與方向，而匯集到采動區域或采空區，并因物化作用與時間效應污染交替性差的水體。

2 井下排水的意義

在國內煤礦生產中，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，在國內水資源不足的情況下，浪費這些水比較可惜，在水質較好的區域，適當處理井下水，就能使其達到工業生活用水標準。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，甚至導致設備財產損失，人員傷亡等嚴重后果。

國內近年來在排水優化、排水設備改造及巷道合理分布等方面開展了較多研究，但監測手段和檢測技術還在摸索中。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就具有十分重要的意義。

3 井下排水自動控制系統

3.1 PLC技術

可編程控制器（PLC）作為數字運算操作的一種電子系統，可以使非專業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實現的，同一PLC可用于控制不同對象，通過軟件程序的改變實現不同控制要求，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接口還能與控制現場的用戶設備直接連接。

3.2 PLC控制系統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、配置靈活的優點。由于其具有的高可靠性，而逐漸得到廣泛應用，應用環境越復雜就會受到越多的干擾。I/O端口是PLC控制系統中的薄弱環節，現場設備產生的電磁干擾、電源波形畸變、輸入元件觸點抖動等不同形式的干擾，都會對系統正常工作造成不利影響。因此，研究PLC控制系統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，如大型設備啟停、開關操作、雷電沖擊等都可能會對系統正常運行造成影響，使PLC系統發生故障。二是I/O信號線引入干擾，PLC控制系統在應用過程中，通常要與很多設備及通信線路進行連接，這就可能會出現各種形式的電磁干擾環境，使PLC系統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，使傳輸數據發生部分丟失而造成信號失真。

3.3 PLC控制系統抗干擾措施

PLC控制系統主要有上述三方面因素可產生干擾，因此可針對這三方面因素采取相應措施以提高系統的抗干擾性。一是盡最大可能對干擾源進行抑制。對電源系統的抗干擾措施是為避免電網電壓波動對系統電源造成的干擾，一般可使用低通濾波器或隔離變壓器進行解決。此外，還能使用交流穩壓電源以使抗干擾能力增大或在PLC控制系統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并聯在其輸入負載兩端；如是直流信號就要將續流二極管VD或穩壓二極管VX等并聯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設計

在PLC井下排水自動控制系統的設計過程中，為使排水自動控制功能更加完善，要特別注意幾方面內容：第一，電器控制系統的設計要采用PLC控制系統替代傳統的繼電器控制系統。第二，在PLC控制系統設計過程中，要選取性能可靠的控制器及相關元器件，提高其對井下環境的適應性。不僅要符合礦用設備安全標準，還要滿足井下實際情況需要，使自動控制系統的操作更加便捷，功能更加完善。第三，系統設計要結合排水控制實際需要，設計PLC系統的硬件與軟件結構，實現其自動工作，提高水泵房節能高效的目標。第四，在煤泥水水位測量中可以采用感應式數字水位傳感器，在設計中采用新型電量監測模塊以實現對水泵電機電源輸入工作狀況的實時監測，為PLC與該模塊之間建立通信連接，通過PLC系統得到的電量監測數據對各水泵電機的運行狀態進行判定，可以及時發現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，而備受關注。但工控一直是個比較特殊的領域，其應用環境比較復雜，稍有疏忽就可能導致嚴重的經濟損失，甚至出現人員傷亡等安全事故。因此，在實際應用中，要結合應用環境實際制定適宜的設計方案，以提高系統的可靠性，從而為相關設備及人員安全提供重要保障。

5 結束語

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

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