井下排水ＰＬＣ自动控制系统的研究
发布时间：2015-07-06 10:57
[摘要]井下自动控制排水系统在开采的过程和水资源的利用方面具有重要的意义，plc可编程控制系统技术在自动控制中具有广泛的应用，本文以煤矿井下作业为例，从影响井下排水自动控制系统的稳定的主要因素出发，提出了抗干扰的措施，阐述plc技术在井下排水自动控制的设计原理。
[关键词]自动控制 排水 plc
在煤矿生产过程中，地下水流入巷道或工作面，形成矿井水。矿井水的形成一般是由于巷道揭露和采空区塌陷波及到水源所致，水源主要是大气降水、地表水、断层水、含水层水和采空区水。采矿活动造成采动区域及其周边区域水文地质系统和单元隔水构造的破坏，改变了水径流方向和途径，最终在采空区或采动场所汇集，并在汇集过程中因物化作用与时间效应遭受污染的，交替性差的水体。
一、井下排水的重要性
在煤矿的原煤开采中，我国平均每年将有20～40亿立方米的地下水被抽排到地面且绝大部分被排放掉。但是，煤矿生产抽排的地下水是在煤炭开采过程中才被污染的，而并非本身就是污染严重的水。所以，在我国水资源不足的环境中，这些水被浪费掉实在是有点可惜，如果在水质较好的地方，对井下水进行适当的处理，就完全可以达到 工业 和生活用水标准。另外，井下水对矿井的危害很大，在发生的煤矿安全事故中，以瓦斯爆炸和水灾害最为频繁和严重。如果矿井水排放不畅，水在井下放任自流，将势必造成水灾，更严重的造成设备财产损失，人员伤亡，矿井坍塌等灾难性的后果。
我国在优化排水方案、改造排水设备及巷道合理布置方面也做了大量的研究，但是，监测技术和手段还处在摸索阶段。随着煤矿安全问题的要求的提高，井下水的检控要求也随之提高。目前井下水的排放主要的人工管理的方式，具有低效率、高劳动量，且容易造成高劳动量的弊端。因此，采用自动控制系统具有重要的意义。
二、plc井下排水自动控制系统
1. plc井下排水自动控制系统的技术
可编程控制器(plc)，是一种数字运算操作的 电子 系统，向用户的“ 自然 语言”编程，使不熟悉 计算 机的人也能方便地使用。plc是通过在存储器中的程序实现控制功能，且同一台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，具有很大的灵活性和通用性。plc的输入、输出电路一般用光电祸合器来传递信号，有效地抑制了外部干扰源对plc的影响，具有可靠性高、抗干扰性强的特点。此外，plc的i/o接口可直接与控制现场的用户设备联接。
2.影响plc控制系统稳定的干扰因素
plc作为一种自动化程度高、配置灵活的工业生产过程控制装置。因为其本身的高可靠性，它的应用场合越来越广，环境越来越复杂，所受到的干扰也越来越多。在plc控制系统中，就plc本身来说，其薄弱环节在i/o端口。来自电源波形的畸变、现场设备所产生的电磁干扰、接地电阻的祸合、输入元件触点的抖动等各种形式的干扰，都可能使系统不能正常工作。研究影响plc控制系统的干扰因素，对于提高plc控制系统的抗干扰能力和可靠性具有重要作用。
对plc的干扰的产生过程主要有三个因素组成：(1)电源引入的干扰。雷电冲击、开关操作、大型电力设备启停等，都有可能会影响系统的正常运行，造成plc系统故障。(2)i/o信号线引入的干扰。在使用plc组成控制系统时，要连接大小设备和各种通信线路，这样就有可能会发生各种个样的电磁干扰环境，影响plc系统的运行。(3)接地线引入的干扰。若接地线处理混乱或是电线上的电位分布不等，则会电路的正常运行，有可能在成数据换乱，信号失真。
控制系统的抗干扰措施
对plc的干扰的产生过程主要有三个因素组成，相应地对抑制所有电磁干扰的方法也从这三个要素着手解决。(1)最大限度地抑制干扰源。电源系统的抗干扰措施是为了抑制电网电压的波动及畸变对系统电源产生的干扰，可采用使用隔离变压器或者使用低通滤波器的措施来解决。另外，也可以使用交流稳压电源来增大抗干扰能力或使用在线式不间断供电源(ups)来作为plc控制系统的理想电源。(2)阻隔祸合通道或衰减干扰信号。输入端有感性负载时，在交流信号输入负载两端并联rc浪涌吸收器或压敏电阻rv；在直流信号负载两端并联续流二极管vd或压敏电阻rv或稳压二极管vx或rc浪涌吸收器等。在使用多芯信号电缆时，要避免i/o线和其它控制线共用同一电缆。(3)降低系统本身对电磁噪声的灵敏度，提高自身抗干扰能力。
三、plc井下排水自动控制系统的设计原理分析
在plc井下排水自动控制系统的开发中，为了更好地实现自动控制，应该注重以下几点：
(1)需要开发电器控制系统，用plc(可编程逻辑控制器)控制系统代替传统继电器控制系统。
(2)在开发plc控制系统的同时，还要选择可靠的控制器及附属电气元件，以更好地适应井下环境。在符合矿用设备的安全标准的同时，还要在设计和开发时能充分考虑和利用井下的条件，使控制简便可行。
(3)在设计的同时要从实际出发，根据排水控制的要求，进行plc硬件和软件的设计，以达到自动轮换工作，使水泵房工作更加高效节能的目标。
(4)还可以把感应式数字水位传感器用于煤泥水水位的测量，在开发中使用新型的电量监测模块对水泵电机的电源输入进行监测，并建立plc与该模块之间的通信，可以使plc根据各个水泵电机的电量监测数据判断它们的运行状态，做到有故障及时发现及时处理。
可编程控制器本身就有很完善的可靠性设计，具有很强的抗干扰性能。但是， 工业 控制是一个很特殊的领域，稍有不慎，就有可能造成极大的 经济 损失，甚至人员伤亡。所以还应该从整个系统的角度进行可靠性设计，以更加有效的保障工业控制的安全。
四、结论
井下排水技术在煤矿的开采中的重要性和井下水资源的缺乏利用以及人工控制井下排水系统的种种弊端决定了井下排水自动控制系统研究的重要性。基于可编程控制技术的煤矿井下排水自动控制系统是利用当前优秀的工业控制技术精心研究与开发而成的，它具有许多传统控制系统无法比拟的优点，plc控制系统得到了广泛的应用和具有广大的 发展 前景，但是plc系统在井下排水自动控制系统中的应用还存在着一些问题需要，这需要我们做进一步的研究和实践，并最终解决问题。
参考 文献 ：
[1]付铁斌，王洪林.矿井主排水系统监测装置的研制[j].煤矿安全，2004，35(5)，17-19.
[2]李胜旺，吉贵堂，赵晓旭.矿井主排水自动化控制系统[j].工矿自动化，2002.
[3]王孝颖，张丰敏，张学松.plc在煤矿井下主排水控制系统中的应用[j].
[关键词]自动控制 排水 plc
在煤矿生产过程中，地下水流入巷道或工作面，形成矿井水。矿井水的形成一般是由于巷道揭露和采空区塌陷波及到水源所致，水源主要是大气降水、地表水、断层水、含水层水和采空区水。采矿活动造成采动区域及其周边区域水文地质系统和单元隔水构造的破坏，改变了水径流方向和途径，最终在采空区或采动场所汇集，并在汇集过程中因物化作用与时间效应遭受污染的，交替性差的水体。
一、井下排水的重要性
在煤矿的原煤开采中，我国平均每年将有20～40亿立方米的地下水被抽排到地面且绝大部分被排放掉。但是，煤矿生产抽排的地下水是在煤炭开采过程中才被污染的，而并非本身就是污染严重的水。所以，在我国水资源不足的环境中，这些水被浪费掉实在是有点可惜，如果在水质较好的地方，对井下水进行适当的处理，就完全可以达到 工业 和生活用水标准。另外，井下水对矿井的危害很大，在发生的煤矿安全事故中，以瓦斯爆炸和水灾害最为频繁和严重。如果矿井水排放不畅，水在井下放任自流，将势必造成水灾，更严重的造成设备财产损失，人员伤亡，矿井坍塌等灾难性的后果。
我国在优化排水方案、改造排水设备及巷道合理布置方面也做了大量的研究，但是，监测技术和手段还处在摸索阶段。随着煤矿安全问题的要求的提高，井下水的检控要求也随之提高。目前井下水的排放主要的人工管理的方式，具有低效率、高劳动量，且容易造成高劳动量的弊端。因此，采用自动控制系统具有重要的意义。
二、plc井下排水自动控制系统
1. plc井下排水自动控制系统的技术
可编程控制器(plc)，是一种数字运算操作的 电子 系统，向用户的“ 自然 语言”编程，使不熟悉 计算 机的人也能方便地使用。plc是通过在存储器中的程序实现控制功能，且同一台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，具有很大的灵活性和通用性。plc的输入、输出电路一般用光电祸合器来传递信号，有效地抑制了外部干扰源对plc的影响，具有可靠性高、抗干扰性强的特点。此外，plc的i/o接口可直接与控制现场的用户设备联接。
2.影响plc控制系统稳定的干扰因素
plc作为一种自动化程度高、配置灵活的工业生产过程控制装置。因为其本身的高可靠性，它的应用场合越来越广，环境越来越复杂，所受到的干扰也越来越多。在plc控制系统中，就plc本身来说，其薄弱环节在i/o端口。来自电源波形的畸变、现场设备所产生的电磁干扰、接地电阻的祸合、输入元件触点的抖动等各种形式的干扰，都可能使系统不能正常工作。研究影响plc控制系统的干扰因素，对于提高plc控制系统的抗干扰能力和可靠性具有重要作用。
对plc的干扰的产生过程主要有三个因素组成：(1)电源引入的干扰。雷电冲击、开关操作、大型电力设备启停等，都有可能会影响系统的正常运行，造成plc系统故障。(2)i/o信号线引入的干扰。在使用plc组成控制系统时，要连接大小设备和各种通信线路，这样就有可能会发生各种个样的电磁干扰环境，影响plc系统的运行。(3)接地线引入的干扰。若接地线处理混乱或是电线上的电位分布不等，则会电路的正常运行，有可能在成数据换乱，信号失真。
对plc的干扰的产生过程主要有三个因素组成，相应地对抑制所有电磁干扰的方法也从这三个要素着手解决。(1)最大限度地抑制干扰源。电源系统的抗干扰措施是为了抑制电网电压的波动及畸变对系统电源产生的干扰，可采用使用隔离变压器或者使用低通滤波器的措施来解决。另外，也可以使用交流稳压电源来增大抗干扰能力或使用在线式不间断供电源(ups)来作为plc控制系统的理想电源。(2)阻隔祸合通道或衰减干扰信号。输入端有感性负载时，在交流信号输入负载两端并联rc浪涌吸收器或压敏电阻rv；在直流信号负载两端并联续流二极管vd或压敏电阻rv或稳压二极管vx或rc浪涌吸收器等。在使用多芯信号电缆时，要避免i/o线和其它控制线共用同一电缆。(3)降低系统本身对电磁噪声的灵敏度，提高自身抗干扰能力。
三、plc井下排水自动控制系统的设计原理分析
在plc井下排水自动控制系统的开发中，为了更好地实现自动控制，应该注重以下几点：
(1)需要开发电器控制系统，用plc(可编程逻辑控制器)控制系统代替传统继电器控制系统。
(2)在开发plc控制系统的同时，还要选择可靠的控制器及附属电气元件，以更好地适应井下环境。在符合矿用设备的安全标准的同时，还要在设计和开发时能充分考虑和利用井下的条件，使控制简便可行。
(3)在设计的同时要从实际出发，根据排水控制的要求，进行plc硬件和软件的设计，以达到自动轮换工作，使水泵房工作更加高效节能的目标。
(4)还可以把感应式数字水位传感器用于煤泥水水位的测量，在开发中使用新型的电量监测模块对水泵电机的电源输入进行监测，并建立plc与该模块之间的通信，可以使plc根据各个水泵电机的电量监测数据判断它们的运行状态，做到有故障及时发现及时处理。
可编程控制器本身就有很完善的可靠性设计，具有很强的抗干扰性能。但是， 工业 控制是一个很特殊的领域，稍有不慎，就有可能造成极大的 经济 损失，甚至人员伤亡。所以还应该从整个系统的角度进行可靠性设计，以更加有效的保障工业控制的安全。
四、结论
井下排水技术在煤矿的开采中的重要性和井下水资源的缺乏利用以及人工控制井下排水系统的种种弊端决定了井下排水自动控制系统研究的重要性。基于可编程控制技术的煤矿井下排水自动控制系统是利用当前优秀的工业控制技术精心研究与开发而成的，它具有许多传统控制系统无法比拟的优点，plc控制系统得到了广泛的应用和具有广大的 发展 前景，但是plc系统在井下排水自动控制系统中的应用还存在着一些问题需要，这需要我们做进一步的研究和实践，并最终解决问题。
参考 文献 ：
[1]付铁斌，王洪林.矿井主排水系统监测装置的研制[j].煤矿安全，2004，35(5)，17-19.
[2]李胜旺，吉贵堂，赵晓旭.矿井主排水自动化控制系统[j].工矿自动化，2002.
[3]王孝颖，张丰敏，张学松.plc在煤矿井下主排水控制系统中的应用[j].
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