矿井排水系统在煤炭生产中占有重要地位，其核心设备排水泵的电耗在吨煤成本中占有很大的比例。它的好坏直接关系到矿井能否安全生产，涌水量大和水文地质条件复杂的矿井，突然涌水，有可能淹没矿井，导致矿井停产，造成重大的经济损失。排水设备所消耗的电能，一般居全矿之首，占整个矿井生产电耗的15％～20％，涌水量大的矿井甚至在30％以上。传统的排水是靠人工测水位、停开泵、开关闸阀的控制方法，具有设备运转效率低、耗电大、人工消耗大，对机械设备磨损、冲击大，污染电网，影响供电质量等弊端。利用现代电力电子、微电子、计算机技术建立安全、节能、先进的排水控制系统，对于安全生产和降低吨煤成本具有重要的意义。
    1 矿井主排水控制系统的组成
    系统采用现场层（远程IO），控制层（PLC）和管理层（工业计算机）组成的三级控制系统来实现排水系统的自动控制。工业计算机利用友好人机界面实现人机对话和远程监控功能，PLC 作为控制器完成逻辑处理和控制任务，远程IO 实现现场数据的采集和上传。基于PLC 的矿井主排水控制系统由PLC （可编程逻辑控制器）、触摸屏、检测部分（模拟量和开关量采集）和执行部分等组成。

    2 PLC 的主要特点
    （1）灵活、通用
    PLC 是通过在存储器中的程序实现控制功能，若控制功能需要改变，只需修改程序及少量接线即可。同一台PLC 还可用于不同控制对象，通过改变软件则可实现不同控制的控制要求。
（2）可靠性高、抗干扰能力强
    PLC 具有很高的可靠性和抗干扰能力，不会出现继电器—接触器控制系统中接线老化、脱焊、触点电弧等现象，故被称为“专为适应恶劣工业环境而设计的计算机”。
    （3）编程简单、使用方便
    PLC 采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。
    （4）接线简单
    PLC 只需将输入设备（如按钮、开关等）与输入端子联接，将输出设备（如接触器、电磁阀等）与输出端子联接。接线极其简单、工作量极少。
    （5）功能强
    PLC 不仅具有条件控制、定时、计数、步进等控制功能，而且还能完成A／D．D／A 转换、数字运算和数据处理以及通信联网、生产过程监控等。
    （6）体积小、重量轻、易于实现机电一体化PLC 具有体积小、重量轻、功耗低等特点。由于PLC 是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用，以及有很强的可靠性和抗干扰能力，易于嵌入机械设备内部。3 系统功能
    3．1 数据自动采集
    数据采集系统主要由可编程逻辑控制器（PLC）和各种传感器组成。实现水仓水位、变频器输入侧母线电压、水泵离压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、水泵吸水管其空度及水泵出水口压力、闸阀开度、电机电流，水泵轴温、电机温度、排水管流量等参数的自动实时采集。PLC 模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，将水位变化信号进行转换处理，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，控制变频系统中的变频控制器调节变频器的输出频率，从而调节持水泵的转速达到调节排水量的目的。变频器输入侧母线电压、水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动阀的工作状态与启闭位里、真空泵工作状态、电磁阀状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力、闸阀开度、电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测供电电源、水泵、电机的运行状况，实现停电、设备故障、电机温度及水位超限报警，以避免水泵和电机损坏影响安全生产。
    3．2 自动控制功能
    为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统设有水泵自动控制功能，实现泵阀的联锁启动，对水泵运行中的各种参数进行实时监控，通过接口向上传送数据。
（1）地面计算机统计出每天矿井的用电负荷情况，确定用电高峰、低谷时间，并将参数传给本机；或在本机上根据统计出的时间进行设定。
    （2）每台水泵设置远控、自动、手动和检修四种工作方式，工作方式可直接在本机上设定或由地面主机设定。当水位达到高位或不在高位而处在用电低谷时间内，将自动启动运行泵，当达到低位或不在高位而处在用电高峰时间内时自动停泵。当水位达到上限水位时，自动启动“运行泵”及“备用泵”，直到水位低于高位时停止“备用泵”只运行“运行泵”，当达到低位或不在高位而处在用电高峰时间内时自动停泵。
    （3）将本机工作方式转为“地面控制”时，各水泵由地面主机控制。
    （4）当运行的水泵出现轴承超温、开关柜故障、流量不够时自动停止运行，并提示、报警。
    3．3“避峰填谷”
    所谓“避峰填谷”，是指调度水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段工作，尽量避免在“峰段”启动。要实现“避峰填谷”，需调度各水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段，将水仓的水位排至设定的低位，以便水仓能够腾出尽可能大的容积，使其在“峰段”容纳更多的矿井涌水而不用启动水泵。
    3．4 系统保护功能
    超温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC 实现超限报警。流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本台水泵停车，自动转换为启动另一台水泵。
    电动机故障：利用PLC 及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障，并参与控制。
    电动闸阀故障：由电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相等故障，参与水泵的联锁控制。
    3．5 图形动态显示
    系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电动闸阀和电动球阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。直观地显示电磁阀和电动阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和压力值。
    用图形填充以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。
    采用图形、趋势图和数字形式直观地显示管路的瞬时流量及累计流量，对井下用电负荷的监测量、电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕下端循环显示最新出现的故障（故障显示条数可在触摸屏上设置），以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。
    3．6 实时报警／报警记录
    在现场PLC 控制器上可汉字显示各故障信息并报警，在地面控制站上可显示现场单元当前的报警信息以及保存的报警记录。
4 结论
    总之，矿井主排水控制系统投入运行后，使泵房排水系统运行更加安全可靠、操作更加方便简洁，并有效地延长水泵使用寿命，提高矿井排水能力，降低事故率，减少故障处理时间，延长设备使用寿命，提高矿井经济效益与社会效益，从而为矿井的安全生产提供了保障。

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