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煤矿井下排水自动控制系统关键技术分析 摘要作为煤矿生产中的主要工作系统之一的煤矿井下排水系统在煤矿安全问题中十分重要。对煤矿井下排水自动控制系统关键技术进行相关分析。 关键词 矿井;PLC;排水系统;系统控制 1 可编程控制器技术概况 可编程控制器Programmable Logic Controller,简称PLC,是一种数字运算操作的电子系统,是在世纪年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。它采用可编程序的存储器,其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。PLC具有灵活、通用,可靠性高、抗干扰能力强,编程简单、使用方便,以及控制系统的设计、安装、调试和维修方便等的主要特点。PLC是应用面很广,发展非常迅速的工业自动化装置,在工厂自动化和计算机集成制造系统CIMS内占重要地位。今天的PLC功能,远不仅是替代传统的继电器逻辑。PLC系统一般由以下基本功能构成多种控制功能;数据采集、存储与处理功能;通信联网功能;输入/输出接口调理功能;人机界面功能;编程、调试功能。 2 离心式水泵排水系统工作原理 离心式水泵排水系统主要由离心式水泵、电动机、起动设备、仪表、管路及管路附件等组成。水泵房排水设备一般安置在水井液面以上,所以水泵启动前的灌水一般采用吸入式。为了减小井水吸入阻力,提高泵站运行效率,吸水管路不宜设置底阀。无底阀吸入式灌水,要采用专门的引水设备,对水泵排水腔和吸水管路进行抽真空,使水泵运行前充满水。引水设备一般为真空泵或射流泵。真空泵运行效率高,水泵启动快,但需要提供专门的驱动设备。射流泵结构简单,操作方便,根据矿井的地下环境和条件,射流泵的应用更为普遍。其结构包括喷嘴、吸入室、混合管、扩散管。射流泵的工作原理是水射流时的“虹吸现象”。射流泵工作时要有高压水源,使喷嘴处产生高速水流,通过虹吸现象使吸入室产生真空,将低处的水吸入水泵内,再启动水泵。射流泵应连接于水泵的最高处。在开启射流泵前,要把水泵排水管上的闸阀关闭。射流泵具有结构简单、占地少、安装容易、工作可靠、维护方便等优点,是一种常用的引水设备,适合井下排水设备使用。 3 煤矿井下排水系统的总体方案设计 本系统中设计有五台离心式排水泵和三条排水管路进行排水,并且每一个排水泵都和两个排水管路相连接,这是为了当其中一个管路故障时,可以继续用另外一个管路排水,而不至于排水中断。五台排水泵两台工作,两台备用,一台检修,因而三条排水管路有两条工作,一条备用或检修。每一个排水泵和与它相连的两个排水管路之间都要用电动阀连接,可以方便的用PLC选择其中一条管路。每一个排水管通路上都有两个排水电动阀,鉴于离心式水泵独有的启闭特性,它们的打开和关闭是有先后顺序的。 在该系统中,选用作为中心控制器,它的模拟量输入信号包括水仓水位,水泵入水口真空度,水泵出水口压力,排水管流量,水泵轴温,电机温度;它的数字量输入信号包括水泵电机的开关状态反馈信号,排水管电动阀的开关状态和过转矩反馈信号,射流泵电磁阀的开关状态反馈信号,控制方式选择开关信号,半自动方式下各台水泵的开关按钮输入信号,各台水泵的禁止启动开关信号,急停,故障复位;它的数字量输出信号包括各台水泵电机的开关信号,射流泵电磁阀的开关信号,排水管电动阀的开关信号,警铃开关信号。 4 可编程控制器模块选型 本系统选用三菱的FX2N系列可编程控制器作为中心控制器,系列是模块化结构设计,各种单独模块之间可以进行广泛组合和扩展。其主要组成部分有导轨、PLC中心模块、模拟量模块、扩展模块、通信模块等。它可以通过通信模块与计算机进行通讯,再加上其全面的诊断功能和完善的自我保护技术,使其具有极高的可靠性,极其适合本系统的需求。