井下低洼点排水计算机控制系统的设计.pdf

第 6 期 2 0 0 5年 1 2月 工矿 自 动 化 I n dus t r y a nd M i n e Aut o ma t i on No ． 6 De c ．2 0 0 5 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 5 O 6 0 0 6 3 0 2 井下低洼点排水计算机控制系统的设计 雷汝海 ， 邵仲 明 1 ． 中国矿业 大学 信 电学 院 ， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 2 ． 大屯 煤 电公 司 ， 江苏 沛县2 2 1 6 1 1 摘要 文章以某矿为背景 ， 设计了一套井下低洼点排水计算机控制 系统 ， 提供 了井下主站 、 分站的硬件原 理 图及 系统 通信模 式 。 关键词 矿 井 ； 排 水 ； 计 算机 控 制 ； P L C 中 图分类 号 T D6 3 6； T P 2 7 3 文献标 识码 B De s i g n o f a Co mp u t e r Co n t r o l Sy s t e m Us e d i n Un d e r gr o un d Dr a i n a g e LEI Ru - h a i ， SHA O Zh on g - m i ng 。 1 ． Co l l e g e of I n f or ma t i on a n d El e c t r i c a l Eng i ne e r i n g of CUM T．，Xu z ho u 22 1 0 0 8，Chi n a ． 2 ． Da t u n Co mpa n y o f Co a l a nd El e c t r i c i t y，Pe i x i a n 2 21 6 1 1，Ch i na Ab s t r a c t Thi s a r t i c l e t o ok a c oa l mi n e a s b a c kgr ou nd t o d e s i gn a c o m p ut e r c o n t r ol s y s t e m f o r un de r gr oun d d r a i n a ge ． The pr i nc i pl e d i a gr a m o f ha r d wa r e o f ma i n s t a t i on a n d s ubs t a t i o n of t h e s y s t e m we r e of f e r e d．a n d t he c o m mun i c a t i on mo de l wa s a l s o de s i g ne d． Ke y wo r d s mi n e，dr a i n a g e，c o m p ut e r c o nt r o l ，PLC 0 引言 在 煤矿 井下各 种巷 道里 ， 存 在很 多低 洼点 ， 这些 低洼点 的水 无法 自然流 入井下 排水 的 主水 沟里 。如 果不能 及 时把低 洼点 处 的 水排 至 主 水 沟 ， 会 造成 局 部积水 ， 淹没 轨道 或 机 电设 备 ， 发 生 事 故 ， 影 响整 个 矿井 的正常 生产 。 目前 ， 多 数煤 矿 井 下低 洼 点 的排 水 技术 还 比较 落后 ， 即 在每个 低洼点 安排专 人负 责 ， 发 现水 多 了就 启开水泵把水抽 到主水沟里 ， 抽完 了就停泵 。这种 方法 一方 面需要 大量 的人力 ， 另一 方面 ， 靠人 工控制 是极不可靠的， 因此 ， 积水现象时有发生。 可见， 研制一套智能化低洼点排水系统对煤矿 的安全生产是非常有意义的。本文设计一套控制系 统 ， 利用 计算 机远程 监 控 技术 实 现 在 地 面 控制 井 下 各低 洼点 的排 水 。其 主要 功能 1 实现各低洼点水泵 的高水位 自动开启 、 低 水位 自动停止 ； 2 在地 面控 制 室 能 够 显示 每 个 低 洼 点 高 、 低 水位状 态和水 泵开停 情况 ； 收稿 日期 2 0 0 5 一O 9 1 3 3 具有故 障诊 断及报警功能 ， 当控制系统出 现 不正 常情 况时 给 出报警信 号并 显示故 障类 型 ； 4 记 录历 史数 据 。 1系统硬 件设计 该 井下 低洼 点排 水计算 机控 制 系统 是 为某矿 设 计 的 。该矿井下有 8处低洼点 ， 编 号分别为 1 ～8号 ， 在每个低洼 点 设 置一 个 分 站监 控 水位 的高低 。1台 P L C主站设 在副 井下 井 口， 监 控 上位 机设 在地 面 监 控室 。井 下各分 站 和 P L C主 站 与 上位 机采 用 双 绞 线连 接 ， 形 成标 准 的 MP I 总 线 网络 ， MP I 总 线 的物 理层为 R S 4 8 5标准 。图 1是井下低洼点排水计算 机控 制 系统硬 件示 意图 。 1 ． 1 井 下 P LC 主 站 井 下 P L C主站 负 责 向井 下 8个 分 站 下 达地 面 计算机监控命令 ， 并汇总井下 8个分站运行的实时 数据 ， 送 至地 面监控 上位 机 。井下 P L C主 站仅 起协 调作用 ， 不负责具体设备的控制。 井 下 P L C 主站 的硬 件 设 计 较 为 简 单 ， 主要 由 P L C电源 模块 、 C P U、 开关 量输 出模块 、 通 信 接 口及 显示部 分组 成 ， 图 2是 其 电路原 理 图 。其 中的 C P U 选 用 西 门子 S 7 3 0 0系 列 的 C P U3 1 4 。输 出模 块 选 维普资讯 6 4 工矿 自动化 2 0 0 5年 1 2月 用 S I M3 2 2 ， 用 以显示主站和 8个分站的通信状况。 不间断电源 蘑 。V ⋯ 。V 图 1 井下低洼点排水计 算机 控制 系统 硬件示意 图 S l M I 2 2 1 P S 3 0 7 5 A CP U3 1 4 2 3 4 5 6 7 8 一 l 】 一 一 _ 通 日 信 - [ 扫 口 L L一 图 2井 F P I C主 站 电 路 原 理 图 1 ． 2 井 下 分 站 井下设置 8个分站， 每个分站负责一个低洼点 的监控任 务 。各 分站 能够 独立地 实现 所负 责低洼 点 的自动排水任务， 同时也能接受监控上位机的指令， 控 制水 泵的启 停 。 8个 分站 的 内部 硬 件 是 相 同 的， 主 要 由西 门子 P L C C P U、 输入输 出模块 、 水位监测传感器和水泵 驱动等 元件 组成 ， 图 3 是 其 电路原理 图 。 分 站里 的 C P U 选用 C P U3 1 2 1 F M ， 其 有 6 KB R AM ， 装 载存 储器 为 内置 2 0 KB R AM 和 2 0 KB的 E E P R OM ， 指 令执 行速度 为 每执 行 1 0 0条指 令 需 时 0 ． 7 ms ， 并配有 专用 的 MP I 总线 接 口。 选用 S I M3 2 1作 为 开关 量 输 入 模块 ， 用 来 采集 水位传感器和水泵开停信号， 选用 S I M3 2 2开关量 输 出模 块用 于驱 动输 出继 电器 ， 以控 制水 泵 电机 开 关 的状 态 。系统 留有 足够 的裕量 ， 供 以后扩展 使用 。 S 1 M I 2 2 1 2 3 4 5 6 7 8 一 一 - _- 一 图 3 井下分站电路原理图 2 系统 通信 该 井下 低 洼 点 排 水 计 算 机 控 制 系统 采用 MP I 现场 总线 网 ， 总线 的物 理层 为 R S 4 8 5标 准 。各 井下 分站 之 间 、 井 下 P L C 主 站 和 井 下 分 站 之 间 、 井 下 P L C主 站和地 面监 控 上 位 机 之 间 通过 双 绞 线 连 接 成标 准 的 MP I 场 总 线 网 络 。通 信 数 据 流 程 如 图 4 所示 ， 包括 地 面监 控 上 位 机 和井 下 P L C 主 站 的 通 信、 井下 P L C主站和分站之间的通信 。 图 4系 统 通 信 数 据 流 程 地 面监控 上 位 机 通过 井 下 P L C主 站 向井 下 各 分站下达控制命令 ， 同时采集各分站的工作状态和 水 位状况 。井 下 P L C主站上 设计 了一 个计 数 器 ， 不 间断地工 作 ， 其通 过 现场 总 线 向 各井 下 分 站 下 发数 据 ， 各井 下分 站收 到 数据 后 再 次 通过 现 场 总 线 将数 据 返 回井 下 P L C 主 站 ， P L C 主 站 将 收 到 的数 据 组 织 汇 总并 与前 发送 数据 比较 ， 若相 等则 通信正 常 ， 否 则 通信 故 障 ， 报警 显示 。 3 结 语 在调试和试验过 程中， 该井下低洼点排水计算 机控 制 系统 实 现 了所 要求 的功 能。通 信距 离 在 1 0 0 0 1T I 之 内 ， 系 统 通信 状 况 良好 。当通 信 距 离 超 过 1 0 0 0 m 时需 要 增 设 中继 器 ， 以改善 整 个控 制 系 统运 行 的可靠性 。 维普资讯