基于PLC的矿井供排水网络自动化系统.pdf

煤 炭 科 技 COAL S CI ENCE TECHNOLOGY MAGAZI NE 2 0 1 2年第 2期 No ．2 2 01 2 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 2 0 2 一 O O 4 4 0 2 基于 C的矿井供排水网络自动化系统 梁 蕾 徐州矿务集团有限公司 贵州能源公 司容光煤矿， 贵州 桐梓5 6 3 2 1 6 摘要 矿井供排水系统的安全可靠运行关系着矿井的安全生产和生活用水的保障。对基 于可编 程控制器 的网络化供排水 自动控制系统进行 了研究 ， 介 绍 了供排水 系统的结构及 其 控制系统组成， 提 出了对控制系统的要求 ， 重点对 网络化系统结构 、 检 测原理和控制运行方 法等进行 了阐述 ， 说 明了与矿 井数 字化 网络 的接 口， 最后 总结 了采用 自动化 系统 的必要性 和重要性。 关键词 可编程控制器 ； 网络化 自动控制； 供排水系统 中图分类号 T D 6 3 6 文献标志码 B 贵州能源公司容光煤矿供水系统承担矿井生 产、 生活用水任务 。 由于系统采用河流水和经过净化 的井下水两种水源 ， 并采用多级供水 的方式 ， 各环节 之间配合是否顺畅、及时对系统的可靠运行起着关 键的作用。采用 自 动化控制可以在很大程度上提高 系统的可靠性 ，同时也可作为数字化矿 山建设的一 个子系统。 1 系统组成及功能 供排水系统主要包括潜水泵组、 井下泵房、 净水 站 、 污水池和清水池五大部分 。 控制系统主要具备以 下功能 1 判断河口水库枯水期，自动启动河流水和 井下排水两路水源向清水池供水。 2 正常情况下由河 口水库供水 ， 清水池水位 由超声流量计进行检测 。 低水位时进行补水 ， 高水 位时关闭对应阀门， 高、 低水位值可调。当河口水 库处于枯水期时，通过两台潜水泵将矿井水排入 井下水仓， 由井下泵房将水提升到污水池 ， 通过净 水站进行净化后打人净化水池 ，净 化水通过水泵 提升到清水池 。 3 紧急情况下可 由井下泵房直接向清水池供 水。 4 潜水泵采用一用一备 、轮换运行 的工作方 式 。 5 井下泵房的三 台水泵做到均衡使用 ，即轮 换启动运行 。 6 系统具有水池水位保护功能 ，即无论在任 何情况下 ， 水池水位均应保证在设定的范 围内。 7 考虑矿 山企业 电价“ 避 峰填谷” 的原则 ， 尽 量减少在高电价时间段运行 。 2 网络化 自动控制系统 系统由集中控制平台， 光缆数据传输， 泵房的自 动化控制单元，水位监测单元及电机的启动单元组 成。 2 ． 1 集 中控 制平台 主要 由 s 7 3 0 0 P L C主站和工业控制计算机组 成 ，编程软件采 用西 门子公 司的 S T E P 7 V 5 ． 4 S P 3 C N， 组态平 台软件为西 门子 WI N C C 6 ． 2 。该平台具 有以下功能 1 实时与泵房控制单元 P L C数据通信，采集 现场的检测参数。 2 实时记录、 显示现场运行数据。 3 在远程控制允许的方式下 ，实现对各水泵 的启停运行控制。 4 实时监测每台电动机启动柜的运行状态及 故障状态 。 5 具有水泵房的工艺画面的动态模拟。 6 具有操作人员的登录管理功能 ，可有效防 2 0 1 2年第 2期 梁 蕾 基于P L C 的矿井供排水网络自 动化系统 4 5 止非法操作和误操作。 7 对井下设备的启停控制实时记 录，便 于对 设备的操作查询管理。 8 可 以查询设备实时运行数据及历史运行数 据 。 9 具有实时动作状态变化报警提示。 2 ． 2 光纤数据传输单元 数据传输环节是将现场采集的数据及现场设备 与调度 、 监控 中心连接的关键环节 ， 对整个 自动化控 制系统的可靠性 、 准确性 、 实时性起着至关重要的作 用。数据传输单元采用 P R O F I B U S D P 光纤环网技 术传输， 保证数据的实时可靠传输。 每台控制柜配有 西门子单模光纤模块。光缆采用 6 芯矿用铠装单模 阻燃光缆。 2 ． 3 泵房的自动化控制单元 泵房 自动化控制部 分是 以西 门子 S 7 2 0 0 P L C 为控制核心的系统。井下泵房配置一套操作台和防 爆控制箱 ， 地面泵房配置 P L C控制柜。 2 ． 4 水位检 测单元 水位检测单元就是一个液位控制的闭环反馈控 制系统 。 对位于山顶的生活水池、 净化水池及水源地 水池均采用可以提供连续水位信号的超声波水位 计 ，配 以能够提供可靠的开关量输出信号的浮球开 关， 作为水位检测信号。 超声波水位计输出信号为4～ 2 0 m A， 该信号对 应的水位值保持在一定的范 围内。在误差允许 的范 围内， 其最高反馈值不应大于水池的最大高度， 最低 反馈值不应低于水池的停机水位。如果 P L C检测到 反馈的水位值连续几次在正常范围以外 ，则认为该 超声波水位计出现了故障，而采用开关量输出的浮 球开关提供的信号。 同时系统报警， 通知检修人员进 行检修 。 2 ． 5电动机的启动单元 电动机启动单元为现场已具备的系统，每台电 动机配置一 台启动柜及 微机综合保 护装置 ， 4台微 机综保通过总线与后台联接 ，可以对 电动机运行的 状态、 电流、 电压、 功率、 功率因数等电量参数进行监 视。 每台启动柜具有远程控制端子， 可以通过无源触 点接受远程泵房 自动化控制单元的控制，同时也可 将每台启动柜的运行状态、故障状态通过开关量的 方式反馈给泵房 自动化控制单元 。 3 系统运行模式 系统采用 自动 、 手动、 就地手动 3种工作模式 。 3 ． 1 自动工作模式 在此种工作模式下，系统首先检测各泵组状态 参数是否正确。 如果正确， 将自动运行指令下发至各 分站 ， 各分站 P L C将水池 的实时水位与设定 的水位 进行比较 ， 自动控制水泵的启 、 停 。 开启 、 停止后对应 的水位 、 压力 、 流量 、 电量参数的变化也会在 D C S平 台上进行显示。 同时也可以对温度等参数进行检测 、 报警。 3 ． 2 手动 工作模式 在此种工作模式下，系统将各级泵站现场的水 位、 电量、 压力、 阀状态等信息显示在操作平台上， 由 人工操作来决定每一级泵站 的开启或停止 。但每一 级泵站开启 、 停止 的控制还是 由本站 的 P L C来完成 的。手动开启 、 停止后对应的水位 、 压力 、 流量 、 电量 参数的变化也会在 WI N C C平台上进行显示。同时 也可以对温度等参数进行检测、 报警。 手动工作模式又包括两种操作方式，一种是由 控制 中心通过 WI NC C组态平 台手动操作 ，另一种 是通过操作就地控制柜的人机界面触摸屏进行手动 操作。 3 ． 3 就地 手动模 式 此种 工作模式 的切换 只有在各 级分泵站的就 地控制柜上才能够进行 。 进入此种工作模式后 ， 本级 泵站水泵的启动、 停止将不接受 WI N C C平台及 P L C 的控制 ，本级泵站的每一个动作环节都将由人工操 作完成。但所有 的状态参数仍然 由 P L C上传到 WI N C C平台， 以便进行监控。 4结语 基 于 P L C的矿井供排水 网络 自动化控制 系统 不但能最大限度地利用河口水库正压供水，有效地 保障矿井生产、 生活用水， 使供水系统各环节之间可 靠运行 ， 还可节约提水费用 5 0 余万元。 作者简介 梁蕾 1 9 6 7 一 ， 男， 2 0 0 2年毕业于 中国矿业 大学机电设备管理专业， 徐州矿务集团有限公司贵州能源公 司容光煤矿工程师。 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 1 6