基于PLC的煤矿井下自供水系统的设计与应用.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 3 -r第3 期 总第1 1 4 期 基于 P L C的煤矿井下 自供水系统的设计与应用 梁敬敬 ， 朱庆峰 兖州煤业股份有限公司 济宁三号煤矿 。 山东 济宁 2 7 2 0 6 9 摘要针对传统排水系统将煤矿井下涌水提升到地面， 存在排水及水处理费用高、 易 造成环境 污染等 问题 ， 开发设计了一套井下水处理、 供 水系统， 可将矿井涌水循环利 用。 本 系 统采用欧姆龙 P L C作为整个控制 系统的核心， P L C将传感器采集到的数据通过 以太环 网传 输到地 面监控 中心上位机 ， 同时 P L C接收上位机发 出的控制命令 ， 对 系统开关量进行 开停 控制， 实现了自 供水系统运行参数的在线监测和远程控制。节省了人力物力， 提高了煤矿的 经济效益。 关键词煤矿 ； 排水； P L C；自动化 ； 组态王 中图分类号 T D 7 4 4 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 3 0 3 0 0 7 0 0 3 1 P L C的优势 P L C为可编程逻辑控制器[2 1 ， 是 以微处理器为基 础， 综合计算 机技术 、 自动控制技术 和通讯技术而发 展起来的一种通用的工业 自动控制装置。它将传统 的继电器控制技术和现代计算机信息处理两者的优 点结合起来 ， 面向控制过程 、 面向用户 、 适应工业环 境 、 操作方便、 可靠性高。P L C其它控制器相比有着 无法 比拟 的特点 1 结构灵活 、 通用性强。P L C是通过在存储器 中的程序实现控制功能， 若控制功能需要改变， 只需 修改程序及少量接线即可。 而且， 同一台P L C还可用 于不 同控制对象 ，通过改变软件则可实现不同控制 的控制要求 。 2 可靠性高，抗干扰能力强。 P L C在硬件上采用 光电耦合隔离和 R c滤波器防止电磁干扰，采用内 部电磁屏蔽防止辐射干扰 ， 采用多级滤波防止电源线 引人的干扰 ； 软件上具有警戒时钟 、 故障诊断、 自动恢 复等功能； 具有后备电池， 可对程序和数据进行保护。 3 编程简单 、 使用方便。P L C主要采用梯形 图 和语句表编写程序，使得工程技术人员更容易学习和 理解 。 4 功能强， 可扩展 。P L C既可对开关量进行控 制， 又可对模拟量进行控制。 其硬件配置相当灵活，根 据控制要求的改变， 可 以随时变动特殊功能单元的种 类和个数， 再相应修改用户程序就可以达到变换和增 加控制功能 的目的， 扩展极为方便 。 2 井下水 处理供水 系统流程 井下水处理供水系统 由 自然沉淀场 、曝气氧化 池、 互冲接触过滤器组、 供水系统四大部分组成。矿 井涌水首先汇集到 5 3 0 7采空 区 自然沉淀场进行初 步沉淀除浊 ； 矿井涌水经沉淀 除浊后 ， 利用水平位置 高低压力差通过管道进入 6 3 0 5曝气氧化池进行曝 气处理；然后开启提升泵将曝气氧化池内的矿井水 提升进入互冲接触过滤器组 ，经过滤器处理 的清水 进入 5 3 0 7清水池 ，然后经供水 卧泵打人供水管 网， 为矿井井下提供生产用水 。水处理供水 系统流程图 如图 1 所示 自然沉淀场 氯化●气池 互冲接■过滤嚣组 供水量统 图 1 水处理供水系统流程图 控制 ， 不仅可 以实现负载 自适应 的调速控 制 ， 使能量 消耗率达到最小， 而且会使设备使用寿命大大延长， 并减少维修情况， 经济效益显著。 该设计针对杨村煤 矿皮带输送 系统空载及少载情况仍全 速运行情况 ， 综合运用现代集成生产和先进控制技术 ，对杨村煤 矿皮带输送系统东二皮带实施完全负荷自适应调速 自动化， 可大幅节约能源， 有效延长设备使用率 ， 节 约人员浪费和时间浪费， 具有显著的社会效益。 本设 计的应用可在皮带输送系统行业的节能 自动化技术 与应用方面起到领先示范作用。 7 0 参考文献 [ 1 】周建洪． 自动配料控制系统的研制工控 自动化． 鞍山科技大 学， 2 0 0 3 ． [ 2 ]任双艳 ， 边春园， 李艳杰， 等． s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C原理与实用开 发指 南． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 8 2 - 1 0 ． [ 3 】屠恒昌． 电子皮带称物料标定技术及其应用．华中电力 1 9 9 1 5 ． 江西 江西省电力局 生技 处 ， 1 9 9 1 1 0 7 一 l 1 1 ． 收稿 日期 2 0 1 2 1 2 3 煤矿 现代化 2 0 1 3 年第3 期 总第1 1 4 期 3 自动化监控系统硬件组成 3 ． 1 系统主要装置及结构方案 自动化监控系统主要 由现场信号采集设备、 欧 姆龙 P L C、 以太 网交换机 、 以太环网和上位机组成[ 3 1 。 液位 、 流量 、 压力等传感器采集到的信号传输到井下 欧姆龙 P L C ，然后通过 以太 网交换机进入井下 以太 环网 ， 经由以太环网[4 1 传输至监控 中心上位机 。采用 组态王作为上位机组态软件 ，传输至上位机 中的信 号通过组态王界面的工艺流程 图进行实时显示 。同 时 P L C接收上位机发 出的控制命令 ，对 系统开关量 进行开停控制 。5 3 0 7自供水 自动化监控 系统硬件结 构图如图 2所示 I 上位机 I t l 地霹棱心受援机 t 』 以太搠交换帆 ／ ／ ， ＼ I班太霸变换机 I f ＼ ＼ ＼ 以 太 P “ l 数字量输入模块l l 横拟量输入模块 数字量输出模块 土 _ - 上 土 ． - 土 土 滤 限 水 就 流 压 液 ■ 电 水 问 荼 地 量 力 位 翘 动 豢 声 捌 开 控 传 幢 幢 门 闸 开 光 位 停 制 感 蓐 蓐 开 闷 停 报 信 信 龠 罄 嚣 嚣 停 控 控 警 号 号 令 控 制 制 制 ____一一 图 2 自供水 自动化监控 系统硬件 结构 图 3 ． 2系统主要装置设计 3 ． 2 ． 1 欧姆龙 P L C 由于 P L C [5 1 具有结构灵活 、 可靠性高 、 编程简单 、 耗 电量小 、 功能强大和设计周期短等特点 ， 并且非 常 适应井下恶劣 的生产环境 ，因此我们选择矿用 P L C 控制箱作为整个控制系统的核心部件 ，本系统所用 P L C为 O MR ON公司的 C 2 0 0 HE 。 欧姆龙 P L C基本构 成框图如图 3所示 器罪 孽 基 本 单 元 I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯J 一 图 3 欧姆龙 P L C基 本构成框 图 P L C对整个系统进 行管理 ，通过可编程控制 器 的输入模块采集各个传感器的信号并传输到地 面监 控中心上位机，同时接受地面控制中心上位机发出 的控制命令 ，实现了控制设备与地面控制 中心上位 机之间的指令传递。 P L C主要控制水泵开停 、电动阀门开关以及互 冲洗滤罐阀门的开关 。根据液位 的高低对电动 阀门 进行开关控制 ， 当 6 3 0 5曝气氧化池液位达到高警戒 水位 时，打开 电动阀门 ，当液位下 降到低警戒水位 时 ， 关 闭电动阀门 ； 根据 5 3 0 7清水 池液位 以及供水 流量综合判断并决定 6 3 0 5 提水泵的开停情况， 开启 一 台或 同时开启两台提水泵 ，并根据 时间让 3台提 水泵轮流运行；互冲洗滤罐在 P L C的控制下定时进 行反 冲洗 ， 每个滤罐反 冲洗时间为 1 0 m i n ， 一组 5个 滤罐 ， 共 5 0多 mi n ， 因此第一组滤罐与第二组滤罐设 定的反 冲洗时间间隔为 1 h 。 3 ． 2 ． 2 液位传 感器 由于煤矿井下排水 系统 的重要性 ，而液位传感 器是整个排水系统合理运行的关键所在，一旦液位 传感器失灵 ， 上位机软件设置无法 响应 ， 因而与之相 关的排水硬件也无法运行 。 所 以 ， 选择合适的液位传 感器是非常重要的。 考虑到以下几个方面的内容 1 稳定性要好 ， 能够长期稳定运行 ； 2 井下空气中悬浮的粉尘较多 ； 3 传感器制造成本 ； 4 水池高 1 ．8 m， 传感器量程无需太大。 综合 以上条件 ， 我们选择稳定性好 、 制造成本较 低、 量程在 5 ～1 0 m的投入式液位传感器。投入式液 位传感器是一种测量液位的压力传感器 ， 将传感器的 探头投入到水池中， 基于所测液体静压与该液体的高 度成 比例的原理 ， 采用国外先进的隔离型扩散硅敏感 元件或陶瓷电容压力敏感传感器， 将静压转换为电信 号， 再经过温度补偿和线性修正， 转化成标准电信号。 投入式液位传感器功能模块图如图4 所示。 图 4 液位传 感器功能模块图 4 自动化监控系统软件设计 本系统软件设计主要是根据 自供水系统的控制 要求制定的具体的实施方案，主要包括 P L C软件程 序设计和组态软件程序设计两部分。 4 ． 1 P L C软件程序设计 71