基于PLC的矿井供排水网络自动化系统(1).pdf

Coal Mining Technology ︱336︱华东科技 基于基于基于基于 PLCPLCPLCPLC 的矿井供排水网络自动化系统的矿井供排水网络自动化系统的矿井供排水网络自动化系统的矿井供排水网络自动化系统 李 桩 （神华神东煤炭公司榆家梁煤矿，陕西 榆林 719300） 【摘 要】在矿井生产中，供排水糠统运行的安全性和可靠性 直接关糠着生产安全及生活用水，做好供排水糠统的合理设计和控 制，是非常必要的。在当前科学技术飞速发展的背景下，自动化技 术和智能化技术得到了广泛应用，矿井供排水糠统也逐渐实现了网 络自动化控制。本文对基于 PLC 的矿井供排水网络自动化糠统进行 了研究，对糠统的结构、控制要求、运行方式等进行了讨论。 【关键词】PLC；矿井供排水糠统；网络自动化 前言 通常情况下，为了保证生产的顺利进行，矿产企业都拥有自己 的供水系统，实现生产与生活用水的自给自足。供水系统的水源包 括了河流水及和经净化处理的净水，供水方式相对复杂，需要多个 阶层的相互配合，任一环节出现问题，都可能会影响整个供排水系 统的安全。因此，运用 PLC 技术，构建供排水网络自动化系统，实 现对于供排水的自动化控制， 是需要企业技术人员重点研究的课题。 1 PLC 概述 PLC 是 Programmable Logic Controller 的缩写，即可编程逻 辑控制器，采用一类可自主编程的存储器，用于内部存储程序，能 够执行逻辑运算、顺序控制、定时等面向用户的指令，可以通过数 字或者模拟式的输入输出，实现对各类机械设备及生产过程的有效 控制，能够有效解决传统控制系统中存在的接线复杂、灵活性差、 可靠性低以及能耗高等问题。 PLC 在实际应用中，具有非常鲜明的特点或者说优势，一是编 程简单，采用相对简明的梯形图、逻辑图等编程语言，不需要操作 人员具备专业的计算机知识，因此系统开发周期短，可以实现程序 的在线修改，在不影响硬件的情况下，对控制方案进行更改；二是 性价比高，在一个小型的 PLC 内，具有数百上千个编程单元可供使 用，能够实现复杂的控制功能，与相同功能的继电器系统相比，性 价比极高；三是抗干扰能力强，在 PLC 中，以软件代替中间继电器 和时间继电器，接线仅为传统继电器控制系统的 1-10，能够有效 减少接触不良故障，同时具备相应的软硬件抗干扰措施，能够直接 应用于干扰强烈的工业生产现场。 2 基于 PLC 的矿井供排水网络自动化系统 2.1 系统的组成和功能 以某矿井为例，供排水系统主要包括了潜水泵组、泵房、净水 站、污水池及清水池五部分，控制系统的主要功能体现在几个方面， 一是对河流枯水期进行判断，自动启动潜水泵，向清水池供水；二 是利用超声流量计，对清水池水位进行检测，水位偏高时关系对应 阀门，水位偏低时则进行补水；三是潜水泵采用一用一备，轮换运 行的工作方式，由控制系统进行控制；四是系统具有水池水位保护 功能，在任何情况下都能够保证水池水位不低于设定标准。 2.2 网络化自动控制系统 2.2.1 集中控制平台 在网络化自动控制系统中，集中控制平台是非常重要的组成部 分，主要由工业控制计算机以及 S7-300PLC 主站组成，采用西门子 公司生产的 STEP7V5.4SP3CN 作为编程软件，同样以该公司的 WINGC6.2 作为组态平台软件。集中控制平台的功能如下 （1）与泵房控制单元 PLC 进行实时数据通信，对现场的检测参 数进行采集； （2）对现场设备的各种运行参数进行实时记录和显示； （3）通过远程控制的方式，对各个水泵进行相应的启停运行控 制； （4）对每一台电动机启动柜的运行状态进行实时在线监测，能 够及时发现异常工况和故障信息； （5）具备相应的操作人员登录管理功能，能够在很大程度上减 少非法操作和误操作； （6）可以针对井下设备的启停控制信息进行实时记录，以方便 工作人员对于各类设备的操作查询管理； （7）可以实现对设备实时运行数据及历史数据的查询。 2.2.2 光线数据传输单元 数据传输主要是针对现场采集数据的传输，是连接现场设备与 监控调度中心的关键环节，直接影响着整个自动化控制系统的实时 性、准确性和可靠性。在该系统中，数据传输单元中采用的是 PROFIBUS-DP 光纤环网传输技术，可以切实保证数据的实时可靠传 输。在每一台控制柜中，都配备有西门子单模光纤模块，从安全性 和高效性方面考虑，光缆采用的是 6 芯矿用铠装单模阻燃光缆。 2.2.3 泵房自动控制单元 泵房自动控制采用的是西门子 S7-200PLC 控制核心，配备有一 套操作台及防爆控制箱，PLC 控制柜设置在地面泵房。 2.2.4 水位检测单元 自动控制系统中的水位检测单元，实际上就是一个液位控制的 闭环反馈控制系统，在生活水池、净化水池中，利用可以连续提供 水位信号的超声波水位计，结合能够提供开关量输出信号的浮球开 关，共同作为水位检测信号。超声波水位计输出信号为 4-20mA，信 号所对应的水位值保持在一定的范围内，在允许误差范围内，最高 反馈值应该在水池最大高度以下， 最低反馈值则不应低于停机水位。 若 PLC 连续数次检测到反馈值超出正常范围，则可能是超声波水位 计出现问题，应该采用浮球开关提供的信号，同时通报检修人员进 行故障检修。 2.2.5 电动机启动单元 电动机启动单元是供排水系统中已经存在的子系统，每一台电 动机都配置一台启动柜和微机综合保护装置，4 台微机综合保护装 置联合在一起，通过总线实现与后台控制系统的连接，从而方便工 作人员对电动机的运行状态及电流、电压、功率等电量参数进行监 测和控制。在每一台启动柜中，都设置有远程控制端子，可以通过 无源触点，接受来自远程泵房自动化控制单元的管理和控制，也可 以将启动柜自身的运行状态、故障状态等通过开关量信号的方式， 反馈给泵房自动化控制单元。 2.3 系统运行模式 在该供排水网络自动化系统中， 系统的工作模式分为以下三种 2.3.1 手动工作模式 在手动工作模式下，系统会将收集到的各级泵站的电量、压力、 水位及阀门状态等信息实时显示在相应的操作平台上，由操作人员 根据实际需求和自身的经验，决定每一级泵站的开启或者停止。不 过，操作人员仅仅是下达相应的指令，泵站的开启和停止控制仍是 依靠 PLC 完成。手动操作过程中，泵站参数的变化同样会在 WINGC 平台上显示出来。 2.3.2 自动工作模式 自动控制模式下，系统会首先检测各泵组参数的正确性，然后 将自动运行指令下发到各个分站，由分站 PLC 将水池中的实时水位 与设定水位进行对比，从而自动控制水泵的启动和停止，操作结束 后，对应的参数变化会在 DCS 平台上进行显示。 2.3.3 就地手动模式 就地手动模式只能在分泵站的就地控制柜上进行，在这种模式 下，泵站会脱离 PLC 的控制，每一个动作都必须由人工操作完成， 不过其状态参数会显示在 WINGC 平台，以方便进行监控。 3 结语 总之，基于 PLC 的矿井供排水网络自动化系统能够有效保障矿 井的生产生活用水，简化系统操作，节约相应的费用成本，具有良 好的实用性。 参考文献 [1]王晓冬.矿井供排水网络自动化糠统的 PLC 实现[J].煤炭技术,2013 11. [2]梁蕾.基于PLC的矿井供排水网络自动化糠统[J].煤炭科技,20122. [3]张大伟.基于 PLC 的网络化矿井主排水自动化糠统设计[J].机电技 术,201312. [4]梁蕾,岳彦博,李鹏,柳立群.基于 PLC 的矿井供排水网络自动化糠 统研究[J].煤矿机械,201211. [5]罗旭辉,郭楠.煤矿排水糠统自动控制技术的研究与应用[J].煤炭加 工与综合利用,201501. [6]车永军,王成真,杜利宏.煤矿井下中央水泵房自动化排水糠统研究 与应用[J].煤矿开采,201305.