主頁 > 技術文章 > 井下排水ＰＬＣ自動控制系統(tǒng)的研究 2024-10-19

井下排水ＰＬＣ自動控制系統(tǒng)的研究

摘要：井下自動控制排水系統(tǒng)在開采的過程和水資源的利用方面具有重要的意義，PLC可編程控制系統(tǒng)技術在自動控制中具有廣泛的應用，本文以煤礦井下作業(yè)為例，從影響井下排水自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定的主要因素出發(fā)，提出了抗干擾的措施，闡述PLC技術在井下排水自動控制的設計原理。
　　在煤礦生產過程中，地下水流入巷道或工作面，形成礦井水。礦井水的形成一般是由于巷道揭露和采空區(qū)塌陷波及到水源所致，水源主要是大氣降水、地表水、斷層水、含水層水和采空區(qū)水。采礦活動造成采動區(qū)域及其周邊區(qū)域水文地質系統(tǒng)和單元隔水構造的破壞，改變了水徑流方向和途徑，最終在采空區(qū)或采動場所匯集，并在匯集過程中因物化作用與時間效應遭受污染的，交替性差的水體。
一、井下排水的重要性：
　　在煤礦的原煤開采中，我國平均每年將有20～40億立方米的地下水被抽排到地面且絕大部分被排放掉。但是，煤礦生產抽排的地下水是在煤炭開采過程中才被污染的，而并非本身就是污染嚴重的水。所以，在我國水資源不足的環(huán)境中，這些水被浪費掉實在是有點可惜，如果在水質較好的地方，對井下水進行適當?shù)奶幚�，就完全可以達到工業(yè)和生活用水標準。另外，井下水對礦井的危害很大，在發(fā)生的煤礦安全事故中，以瓦斯爆炸和水災害最為頻繁和嚴重。如果礦井水排放不暢，水在井下放任自流，將勢必造成水災，更嚴重的造成設備財產損失，人員傷亡，礦井坍塌等災難性的后果。
　　我國在優(yōu)化排水方案、改造排水設備及巷道合理布置方面也做了大量的研究，但是，監(jiān)測技術和手段還處在摸索階段。隨著煤礦安全問題的要求的提高，井下水的檢控要求也隨之提高。目前井下水的排放主要的人工管理的方式，具有低效率、高勞動量，且容易造成高勞動量的弊端。因此，采用自動控制系統(tǒng)具有重要的意義。
二、PLC井下排水自動控制系統(tǒng)：
　　1. PLC井下排水自動控制系統(tǒng)的技術
　　PLC可編程控制器，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，向用戶的“自然語言”編程，使不熟悉計算機的人也能方便地使用。PLC是通過在存儲器中的程序實現(xiàn)控制功能，且同一臺PLC還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實現(xiàn)不同控制的控制要求，具有很大的靈活性和通用性。PLC的輸入、輸出電路一般用光電禍合器來傳遞信號，有效地抑制了外部干擾源對PLC的影響，具有可靠性高、抗干擾性強的特點。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現(xiàn)場的用戶設備聯(lián)接。
　　2.影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素
　　PLC作為一種自動化程度高、配置靈活的工業(yè)生產過程控制裝置。因為其本身的高可靠性，它的應用場合越來越廣，環(huán)境越來越復雜，所受到的干擾也越來越多。在PLC控制系統(tǒng)中，就PLC本身來說，其薄弱環(huán)節(jié)在I/O端口。來自電源波形的畸變、現(xiàn)場設備所產生的電磁干擾、接地電阻的禍合、輸入元件觸點的抖動等各種形式的干擾，都可能使系統(tǒng)不能正常工作。研究影響PLC控制系統(tǒng)的干擾因素，對于提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性具有重要作用。
對PLC可編程的干擾的產生過程主要有三個因素組成：(1)電源引入的干擾。雷電沖擊、開關操作、大型電力設備啟停等，都有可能會影響系統(tǒng)的正常運行，造成PLC系統(tǒng)故障。(2)I/O信號線引入的干擾。在使用PLC組成控制系統(tǒng)時，要連接大小設備和各種通信線路，這樣就有可能會發(fā)生各種個樣的電磁干擾環(huán)境，影響PLC系統(tǒng)的運行。(3)接地線引入的干擾。若接地線處理混亂或是電線上的電位分布不等，則會電路的正常運行，有可能在成數(shù)據(jù)換亂，信號失真。
3.PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施
　　對PLC的干擾的產生過程主要有三個因素組成，相應地對抑制所有電磁干擾的方法也從這三個要素著手解決。(1)最大限度地抑制干擾源。電源系統(tǒng)的抗干擾措施是為了抑制電網(wǎng)電壓的波動及畸變對系統(tǒng)電源產生的干擾，可采用使用隔離變壓器或者使用低通濾波器的措施來解決。另外，也可以使用交流穩(wěn)壓電源來增大抗干擾能力或使用在線式不間斷供電源(UPS)來作為PLC控制系統(tǒng)的理想電源。(2)阻隔禍合通道或衰減干擾信號。輸入端有感性負載時，在交流信號輸入負載兩端并聯(lián)RC浪涌吸收器或壓敏電阻RV；在直流信號負載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管VD或壓敏電阻RV或穩(wěn)壓二極管VX或RC浪涌吸收器等。在使用多芯信號電纜時，要避免I/O線和其它控制線共用同一電纜。(3)降低系統(tǒng)本身對電磁噪聲的靈敏度，提高自身抗干擾能力。
三、PLC井下排水自動控制系統(tǒng)的設計原理分析：
　　在PLC井下排水自動控制系統(tǒng)的開發(fā)中，為了更好地實現(xiàn)自動控制，應該注重以下幾點：
　　(1)需要開發(fā)電器控制系統(tǒng)，用PLC可編程邏輯控制器,控制系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)。
　　(2)在開發(fā)PLC控制系統(tǒng)的同時，還要選擇可靠的控制器及附屬電氣元件，以更好地適應井下環(huán)境。在符合礦用設備的安全標準的同時，還要在設計和開發(fā)時能充分考慮和利用井下的條件，使控制簡便可行。
　　(3)在設計的同時要從實際出發(fā)，根據(jù)排水控制的要求，進行PLC硬件和軟件的設計，以達到自動輪換工作，使水泵房工作更加高效節(jié)能的目標。
　　(4)還可以把感應式數(shù)字水位傳感器用于煤泥水水位的測量，在開發(fā)中使用新型的電量監(jiān)測模塊對水泵電機的電源輸入進行監(jiān)測，并建立PLC與該模塊之間的通信，可以使PLC根據(jù)各個水泵電機的電量監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷它們的運行狀態(tài)，做到有故障及時發(fā)現(xiàn)及時處理。
　　可編程控制器本身就有很完善的可靠性設計，具有很強的抗干擾性能。但是，工業(yè)控制是一個很特殊的領域，稍有不慎，就有可能造成極大的經濟損失，甚至人員傷亡。所以還應該從整個系統(tǒng)的角度進行可靠性設計，以更加有效的保障工業(yè)控制的安全。
四、結論：
井下排水技術在煤礦的開采中的重要性和井下水資源的缺乏利用以及人工控制井下排水系統(tǒng)的種種弊端決定了井下排水自動控制系統(tǒng)研究的重要性�；诳删幊炭刂萍夹g的煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)是利用當前優(yōu)秀的工業(yè)控制技術精心研究與開發(fā)而成的，它具有許多傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，PLC可編程控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用和具有廣大的發(fā)展前景，但是PLC系統(tǒng)在井下排水自動控制系統(tǒng)中的應用還存在著一些問題需要，這需要我們做進一步的研究和實踐，并最終解決問題。

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