全自动矿井排水控制系统设计.pdf

Q 墼 Sci e nce an d Techn OI Ogy I nn ovat i on Her al d 全 自动矿井排水控制系统设计 高迎凯 李娟 河北省 冀中能 源峰峰集 团薛村 矿机 电区 河北邯 郸0 5 6 2 01 工业 技术 摘要 随 着科 学技 术的 飞速发展 ， 以P L c 为控 制核心的技 术应 用越来越 广， 本文就P L c 在矿 井排水控 制系统中的应 用做 了分析 ， 并提 出了 系统的 设计 方案和 硬件 软件 组成 。 关键 词 排水 控 制系统P L C 中图 分 类号 T D6 3 文 献标 识 码 A 文章 编号 1 6 7 4 0 9 8 X 2 0 1 0 1 1 b 一0 0 6 2 --0 1 引言 在 矿 井 建 设 和 生 产 过 程 中 ， 从 各 种 渠 道 来 的 水 源 源 不 断地 涌 入 矿 井 ， 如 果 不 及 时 排 除 ， 必 将 影 响 煤 矿 的 安 全 和 生 产 。 如 何提 高排 水 系统 运行 效率 ， 节能 降耗 ， 对 降低生产成本 ， 提高企业 经济效益有着十 分 重 要 的 作 用 。目前 ， 煤 矿 井 下 主 排 水 系 统仍多采用继 电器控 制， 水泵的开停及选 择切换均 由人 工完成 ， 还 做不到根据水位 或其它参数 自动开停水 泵 ， 这将严重影响 井下 主排水 泵房 的管理 水平 和经 济效益 的提 高。 随着 计算机 控制技 术的发 展 ， 以 可 编 程 控 制 器 P LC 为控 制 核 心 的 系统 正 普 遍 运 用 到 各 行 各 业 的 自动 化 控 制 领 域 ， 煤 炭 行 业 也 不 例 外 ， 本 文 就 以 PLC为 控 制 核心 ， 提 出了实现矿 井排 水系统优化运行 自动 控 制 系 统 的 基 本 功 能 和 一 种 可 行 的 实现方案 设计。 1设计方案 对 于 涌 水 量 大 的 矿 井 ， 矿 用 排 水 泵 属 要 害设 备 ， 为 确保 排 水 泵 工 作可 靠 、 运行 安 全， 对集中排水 的控制要求有 控制系统应 能 自动检测水位并 能够保证连续 工作 ， 在 正 常 水位 时 ， 各 台水 泵 应 能 自动 轮 换 工 作 ， 以 保 证 各 台水 泵都 能 得 到 正 常 的 维 修 。 这 就 要 求控 制 系 统 能 够 实现 水 泵 工 作 状 态 的 自动 选 择 和 确 定 ， 利 用 PLC的 逻辑 判 断 功 能 及 时 提 供 水 泵 的 故 障 信 号 ， 根 据 水泵 信 号 的 类 型决 定 水 泵 是 否进 入 检 修 和 轮 换状 态 ， 采 用 PLC和 上位 微 型 计 算 机 组 成 两 级 控 制 系统 来 实 现 排 水 系 统 的 自动 控 制 。 2系统硬件组成 2． 1 P L C选型 根据矿 井生产 的实际情 况 ， 本矿井 排 水 系 统 的 主 机 采 用 德 国 西 门 子 公 司 的 S I MATI C 5 7 3 0 0 系 IJ P LC进行 实 时控 制 和 数 据 采 集 及 预 处 理 等 。 主 机 与分 机 之 间 的 通 信 联 系 采 用 屏 蔽 电缆 进 行 长 线 传输 ， 由于 电流 比 电 压 更 利 于 远 距 离 传 送 信 息 ， 所 以 ， 为 了 实 现远 距离 不 失 真 侉输 ， 本 系 统 采 用 电流 环 通 信 技 术 。 2． 2传感器 用于监 测排水 系统的运 行状态 ， 放置 在井下 的各种 传感器 ， 可分 别将 排水系统 的水 仓水位 、 矿井 涌水量 、 水 泵机组 的振 动 、 温度、 转速等物理量转换成模拟 电信号 送 到 从 机 进 行 信 号 前 置 处 理 。 2 3串 口通 信 由 于 现 场 环 境 恶 劣 ， 通信 系 统 的抗 干 扰 能 力 较差 ， 为 此 ， 可 以采 用 光 电隔 离 的 方 法来 使 计 算机 与通 信 线路 隔离 来 消 除干 扰 的影 响 ， 完 成 TTL与 RS 2 3 2 之 间的 电平 转 换 。 为 了 解决 接 口之 间 信 号 电平 的 兼 容 问 题 ， 可采 用 DC／ DC电压 变换 电路 专 门提 供 土 l 2 V电源 。 在 电路 内部 使 用 了变 压 器 ， 使 输入与输出之 间相互绝缘 ， 因此， 这种电路 具有较 强的抗 干扰 能力 ， 可使系统 的数据 通 信 做 到 迅 速 可 靠 。 2． 4 A／D转换 先 对 采 样 信 号 进 行 放 大 后 ， 再 送 入 A／ D转换 器进 行 处 理 。 在 系 统 中 ， 采 用 了 1 2 位 A／D转 换 器把 模 拟 信 号 变成 数 字 信 号 ， 其 分辨 率 为 满 刻 度 值 的 l ／4 0 9 6， 这 对 于整 个 排 水 系 统 的过 程 动 态 控 制 ， 精 度 已完 全 满 足要 求 。 同 时 还 采 用 了双 端 共 模 输 人 的 方 式 ， 以 提 高 系 统 的 抗干 扰性 能 。 3系统软件组成 本系统采用以太 网与光纤传输 技术实 现PLC与 上 位 机 人 机 界 面 的 通 信 ， 在 主 柜 中配 备 了以 太 网 模块 CP3 4 l 以及 以 太 网 转 光纤 的 交 换 机 。 为 了 正 确 地 传 送 和 接 收 信 息 ， 必 须 有一 套 关 于信 息 传输 顺 序 、 信 息 格 式和 信息内容等的约定 ， 这一套约 定称 为 规约 或 协议 。 在 进 行通 信 程 序 设计 时 ， 采 用 模块 化编程的设计思想 ， 把程序分 成若干 程 序块 ， 各 程 序 块 分 别 含 有 一 些 设 备 和 任 务 的 程 序 指 令 ， 每 个 功 能 区被 分成 不 同 的 块进 行 编 程 ， 有 利 于 多 人 同时 编 程 ， 也有 利 于程序调试和 故障的查找 。 系统中P L C需 处 理 多 种 通 信 协 议 ， 单 独 编 制 每 种 协 议 的 处 理 程 序 ， 分 别放 在 不 同 的功 能 模 块 FC 中 。 在 P LC的 主 程 序 块 中 ， 通过 调 用语 句 ， 可依次执行这些协议 的处理 程序 ， 实现与 这些 综 合 装 置进 行 通 信 的 目 的 。 针 对 上 述 内 容 ， 矿 井 排 水 控 制 系 统 可 分为信号检测 、 逻辑 运算 、 控制输 出等 ， 这 些 过 程 均 由PLC自动 实 现 。 首 先 由各 种 传 感 器 检 测 出排 水 系统 的 各种 信 号 。 将 这 些 信 息输 入 I] PLC内部 ， 由P LC内CPU判断 ， 同时 根 据 控 制 输 入 的要 求 ， 依 照 编 定 的 程 序 ， 完 成 控 制 功 能 ， 实 现 启 动 预 告 、 设 备 运 行 和 系统 保 护 。 4系统实现功能 1 P LC 控制程序采用模块化结构 ， 系 统可按程序模块 分段调试 ， 分段运行 ， 该程 序结构具有清晰 、 简捷 、 易懂 ， 便于模拟调 试 ， 运 行 速 度快 等 特 点 。 系统 可 根 据 水位 可 自动 实 现 水 泵 的轮 换 T 作 ， 延 长 了 水 泵 的 6 2 科技创新 导报Sc i e n c e a n d Te c h n o l o gy I n n o v a t i o n He r a l d 使 用 寿 命 。 2 PLC通过 电极 式 水位 检 测 装 置 自动 检测 水 位 信号 ， 从 而 判 断矿 井 的 涌水 量 ， 自 动 投 入 和 退 出水 泵 运 行 的数 量 ， 合理 地 调 度水 泵 运 行 。 系统 具 有通 讯 接 口功 能 ， 触摸 屏 及地 而 监 测 监 控 主 机 通 讯 传送 数 据 ， 实 现 遥 测 遥 控 功 能 。 3 本系统主要有漏水保护， 流量、 压力 保护 ， 超温保护 ， 过流保护和低 电压、 漏电 保 护 五 大 部 分 的 保 护 措 施 ， 一般 是 在 需保 护装置 的线路中串接与所需保护 的装置相 对应 的 输 出 信 号 有关 的 辅 助 继 电 器的 常 闭 触 点 ， 正 常情 况下 ， 不 影 响 程 序 的 执 行 ， 出 现 故障 时 ， 其 常 闭触 点 打 开 ， 停 止 故障 部 分 的 运 行 并 且 声 光 报 警 。 4 系统 控 制 具 有 自动 、 半 自动 和 手 动 检 修3 种 工作 方 式 。自动 时 ， 由PLC检 测水 位 、 压 力及有 关信号 ， 自动 完成各泵 组运 行 ， 不需人工参与 ； 半 自动工作方式时 ， 由 工作人 员选择某 台或几台泵组投入 ， P L C 自动完成 已选泵组 的启停 和监控工作 ； 手 动 检 修 方 式 为 故 障 检 修 和 手 动 试 车 时 使 用 ， 当某 台 水泵 及 其 附 属 设备 发 生 故障 时 ， 该泵组将 自动退 出运 行 ， 不影响其它水泵 正 常 运 行 。 5结语 矿 井 自动 化 排 水 系 统 是 矿 井 生 产 自动 化 的 一 个 重要 组 成 部 分 ， 这 一 技 术 的 实 现 不 仅 可 以 为企 业 带 来 经 济 效 益 ， 而 且 可 减 少 人 为 的失 误 判 断 和 操 作 ， 实 现 井 下 不 同 水平 、 不 同泵房 的统 一调 度和统一 控制 ， 同 时 矿 井 调 度 中 心 可 直 接 了 解 井 下 各 排 水 泵 的 工 作状 况 ， 为 整 个 矿 井 的 安 全 生 产 提供保 障。 这 种排水控制系统的提 出和研 究 ， 有利 于 解 决 目前 普 遍 使 用 的 手动 排 水 系统存在 的安个性 、 可靠 性等 问题 ， 不仅 能提高 矿井生产的安全性 ， 而且 降低 了工 作 人 员 的 劳 动 强 度 ， 为 企 业 减 员增 效 提 供 了 有 效 途 径 。 参考文献 [ 1 】刘 生 建 ， 邱 晓 芬 ． 基 于 PLC矿 井 排 水 控 制系 统的 设计⋯ ． 矿 山机械 ， 2 0 0 6 ， 8 1 0 ． [ 2 】钟肇新编著 ． 可编程控制器原理及应用 【 M】 ． 广州 华南理工大学出版社， 2 0 0 2 ． [ 3 】王再英 ． 矿井排水 系统优化运行的控制 系统设计[ J 】 ． 煤矿机械 ， l 9 9 8 ， 9 3 ～4 ． 【 4 】温建军． 变频器在矿井排水设备 中的应 用研究【 J 】 ． 科技创新导报， 2 0 0 8 ， 8 9 2 ．