| 标题 | 基于三菱PLC的煤矿矿井自动排水系统的设计与实现 |
| 范文 | 郑德生++蒲创++代雪峰++朱承杰 摘 要：目前，如何提高矿井中排水系统的使用效率以及提高排水设备的稳定性方面做出了大量的研究。随着对于矿山井下安全生产要求的提高，对于井下排水系统的安全性与可靠的重视程度也得到了提高。本文针对井下排水系统人工管理的不当之处，提出了基于三菱PLC的煤矿矿井井下排水系统。本文描述了系统的组网结构、硬件组成和基本功能，从硬件软件两方面详细论述了排水系统引水方式、水位监测、控制功能、报警与故障保护功能等关键要素的设计思路和实现方法。 关键词：PLC；煤矿矿井；自动排水 中图分类号：TH139 文献标识码：A 0.引言 新疆地形特殊，干旱少雨，矿井开采深度较浅井型较小且涌水量少，新疆矿井排水时间及排水量远远低于内地，使内地智能排水控制系统很难符合新疆矿井排水系统要求，故设计出符合新疆矿井特点的智能排水控制系统具有重大意义。 目前随着计算机技术和自动控制技术的发展，PLC技术与变频技术被广泛应用于各个领域，煤矿自动排水系统也多以PLC作为控制核心，通过PLC采集外围传感器和水泵的运行状态和参数，对水泵中的设备进行合理地调度和控制，并且通过现场总线技术，实现对于水泵房的“遥测、遥信、遥控、遥调”的目的。 本文采用三菱PLC作为主控制器，采用变频器作为控制水泵的核心设备，采用数字式的流量计与数字式液位传感器，数字式流量传感器作为传感采集单元，通过对水位的观察与观测，获取相关的信息，达到多级响应控制的方法。 1.系统硬件结构及设计 矿井下主排水系统的主设计图采用了双排水管系统，系统中设计了排水和排空两套管路，其中排水管路分为1#主排水管路和2#副排水管路。由于一般情况下，矿井下的环境相对比较复杂，为了确保系统的稳定性，采用了3台水泵作为排水设备。正常情况下一台工作，一台备用，一台检修。此外，为保证水泵中形成足够的负压，采用了止回阀阻止水泵腔体中流回到水仓中，也能够有效防止水锤现象。 如图1所示为系统的功能模块图，其中采用的主控制器为FX3U-48MR作为主控制器，采用FX3U-485_BD作为PLC与多个传感器之间的联系的方法。而传感器均选用具有RS485收发功能的传感器。压力传感器主要是作为测量水位的传感器，其中选用为星仪公司的CYYZ11压力传感器，可以根据当前水位的变化，选择合适的量程，其精度范围一般为0.5%。功率传感器选用的是浙江立新公司的多功能电度表。该功能模块具备良好的特性，器功耗仅仅为1W，测量范围为32A，7000W，能满足小型系统的基本需求。流量模块采用的是威尔太生产的LWGY（脉冲信号输出）智能涡轮流量传感器和上海威尔太仪表WL-LK801智能五位流量积算仪。流量积算仪可以作为现场设备，能在现场显示出流量的大小，而智能涡轮流量传感器能比较快地反应出现场流量的变化。变频器采用的是模拟量输入的方法，该方法建档方便，只需要进行基本的设定，就能开始工作。 2.系统功能设计 系统不仅需要完成相应的功能，而且需要保证系统工作在合理的范围内，确保整个系统耗费的功耗最低，这是满足当前节能的国情的。本系统以研究泵效最优问题为目标，构建相应的方案，即系统在运行后，根据水位的情况，从而进行相应的响应流程，如图2所示。 对于水泵功率的控制的方法一般采用的有两种，一种是变阀门的，一种是变水泵速度的方法，本项目选定了变速度的方法，作为控制的手段。根据泵效的公式： η=Pe/P 其中P为泵的功率通常指输入功率，即原動机传到泵轴上的功率，故又称轴功率，Pe为有效功率，即泵的扬程和质量流量及重力加速度的乘积。 Pe=ρgQH（W）或Pe=γQH/1000（kW） 但是考虑到现实的情况，本系统中，考虑泵效的最优，考虑的时候泵的控制系统所占的功耗。系统中在变频器前安装了功率测量仪，作为变频器和水泵的总功效。于是对于本系统有η=Pe/P=ρgQH/PC 此时：PC为测量的功率。由于抽的是水，为1.0× 103kg/m2，重力加速度g也为定值。其H在固定水位的时候，高度不变，只有在水位发送变化的时候，水位有所改变，为此，本系统主要测量流量Q与H乘积与功率之间的比值，就可以获得其效率的最大值。 结语 煤矿自动排水系统以PLC控制器为核心、RS485总线作为数据传输的平台，配置带有RS485协议格式的流量传感器、水位传感器以及功率传感器和电动阀门为探测执行器，采用自动控制技术和HMI人机界面技术对煤矿井下排水系统进行实时监测与控制，可实现井下排水的无人值守和自动运行，有效降低排水系统运行成本，减轻工作人员劳动强度，提高煤矿自动化水平和运营管理水平。 参考文献 [1]张喜萍，谭一川，程玉龙.煤矿排水自动控制系统的设计与研究[J].自动化仪表，2013（6）：45-47. [2]植海深，卢德明，张应红，等.矿井自动排水系统综述[J].大众科技，2012（6）：120-122. |
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