基于PLC的煤矿井下排水自动控制系统.pdf

总第 1 4 6期 2 0 1 5年 第 4期 应 用技术 机 械 管 理 歼发 M ECH AN I CAI M AN AGEM ENT A ND DEVEI PM ENT Tot al of 1 46 NO．4 201 5 基于 P L C的煤矿 井下排水 自动控制 系统 张国峰 同煤 集 团晋 华 宫矿 ． 山西 大 同 O 3 7 l 6 摘要 对 P I C 自动排 水控 制 系统 加 以研 究 ，深 入 了解 系统 工 作原 理 和 组 成 ．分 别从 硬 件 和软 件进 行 设计 分析 ，建立 完善 的 P I C井 下排 水控制 体 系，提 高采矿安 全性 。 关键 词 P1 C；煤 矿 ；井 下排 水 ；自动控 制 中图分 类号 T D 6 3 5 文 献标 识码 A 文章 编 号 1 0 0 3 ． 7 7 3 X 2 0 1 5 0 4 ． 0 0 3 4 ． 0 3 DOI 1 0 ． 1 6 5 2 5 ／ i ． c n k i ． c n 1 4 1 1 3 4／ t h ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 1 2 引言 煤 矿井下 水对排 水系统 的要求 和工 作人 员 的 技 术考 验较 高 ， 排水 状况 对采 矿 lT作 及 生产 的安 全性 产生一定 的影 响。利 用 P I C技术 ， 能 够减轻 采矿 人员 的 工 作 压 力 ， 减 少 工 作 量 ， 降 低 成 本 支 出 ， 实现高效生 产 。基 于 P I C的 自动排 水 系统 主 要 南电动机 、 控 制箱 、 传 感器 等 构成 ， 对硬 件 和软 件以及 平 台建设 的要 求较 高 ， 通 过不 同技 术 和设 备的共 同配合和 T作 ， 实现排 水的 自动控制 。 提 高 生 产 效 率 ， 保 证 采 矿 安 全 。 1 系统原理和构成 1 ． 1 系统 娘 此 系 统 是 由 自动 和 人 工 动 两 种 功 能 互 相 更 换 组成 ， 无需 人 工 帮助也 可 。 自动控 制 主 要 足依 据 既定的 流 程保 证 对水 泵 等 相 关 机械 的控 制 开 、 关 ， 以使得 所有 机 械构 成 整体 ； 手动控 制 是指 相 关 技 工 依 照 示 要 求 。 依 据 同 定 的前 后 排 序 对 水 泵 和 其 他 设 备 的 开 关 加 以 控 制 ， 其 中单 台 泵 与 其 他 设 备没 有 连 锁 控 制 1。 此系统通过 P I C等设备技术对 井下 的一 系列 因数进 行 计 算 处理 如 真 空 度 、 U 值、 I值 、 水 位 等 ， 并实现 对水 泵 的全程监 督 ， 如 P I C得 到指挥 收 稿 日期 2 0 1 5 - 0 4 1 0 作 者 简 介 张 国 峰 1 9 8 1 一 。 男． 山 西 忻 州 人 ， 本科 。电 气工程 自动 化 专业 ．初 级 助 理 工 程 师．现 就职 于 同煤 集 团晋 华 宫矿 。 中心传达 出的指令 ， 则可 开 或 荇哭闭 设备 ， 且上 传现实状 态下 的信 息数 据 到上 位 机 ， 通 过 监督 与 管理 所有 的井下排水机械 ， 实现远距离监督 。 此 系统能 够保 证实 时监 督 和远 距 离 监督 ， 根 据水 位之 系列 参考 数据 的改 变实 现 Ii j i l 门 、 天 的 自动化 ， 并控制水泵 的状 态 ， 如 f l J 现相 关参 数状态 与标准状 态不符 ， 则会有报警能 力 j 。 1 ． 2 系统 构 成 此 系 统 构 成 为 交 换 机 一L位 机 、 光 缆 、 尔 操 作设 备 、 防爆摄像仪和 P I c控制箱 等， 足 f h 3个层 面组 成的 现场 、 控 制 、 管 理层 。 如 l可 P I C 排 水 自动 控 制 系 统 组 成 。 。 ⋯ ⋯ ⋯⋯ 一I I ⋯⋯⋯ ⋯ ⋯⋯⋯⋯ 真空度 图 1 PI C排 水 自动控 制 系统组 成 如图 1 可见 ， 综合调 度系统主要利用 以太网和 井下摄像仪进行信息传递 ， 并采用全程 监控技 术实 现对 井 下 水 的监 督 ， 此 调 度 系统 为管理 层 ， 主 要 是 由 上位机 、 工控机 、 打印机等组 成， 通过 f 1 1 问 的 P I 控 2 0 1 5年 第 4期 张 国峰 基 于 P L C的煤矿井下排水 自动控制 系统 制和交换机等实现与井下 的信 息沟通 ， 现场层 部分 的水泵和阀门等 因数能够 运送到管理层 ， 利用上位 机设备实 现远距 离 的监 控 。可 以将 摄影 机里 面 的 光纤 3芯 和 P L C控制 箱 中的光纤 2芯 相 连 ， 采 用另一个光缆 8芯 将 其连入 光纤盒 里面 ， 把信息 运送到地表 ， 实现 与上 面管 理和控 制层 的交 流Ⅲ 3 ] 。 控制层主要构成是 P L C技术设备 ， 是整个排 水系统 的重 中之重 ， 负责对信息 的搜集 ， 并 实现与不 同参数 T i c 泵 、 水位 、 阀门 等的共享 ， 与上层实现信息沟通 ， 并全程监督水泵 等设 备。现 场层是 由水泵 、 阀门等 组成 。且在水泵房里存在摄 影机 ， 负责监督设 备状 态 ， 如电动 阀门、 液位仪 、 流量计 、 检测仪等 。 2 硬 件设 计 2 ． 1 系统硬件设计总方 案 此系统的主要 宗 旨是保 证井 下排水 的无 人值 守 自动化 ， 可以进行 全程监督 、 自动工作 ， 保障安全 可靠 的系统运行 ， 降低风险 ， 可 以实现排水的优化处 理 ， 降低能源浪 费， 减少支出。井下 自动排水 系统主 要利用信息科学技术 ， 自动控制和检查设备 ， 实现 自 动排水 。同时， 延伸性能 ， 依照井下状况与标准选择 最优方案 ， 为监控 提供参考 因数 。此系统硬件 主要 采用 S I E ME NS 7 4 0 0作为中心设备。 2 ． 2 编程控制选型 此系统利用 S I E ME NS 7 4 0 0为核 心可编程 控 制设备 。S I E MENS 7 4 0 0设 备包 括很 多不 同 的 中 央处理器 及拓 展模 板 ， 可 以达到 不通 过 设备 的控 制标准| 4 ] 。S I E ME NS 7 4 0 0不仅具备 P L C基 础技 术 ， 还 能够实现繁多 的信息 交流能力 、 使用 方便 等 优点 。因此选择 了 S I EME NS 7 4 0 0作为核心 控制 器 。依 照 整 体 的 设 计 方 法 ， 即 可 计 算 出需 要 的 P L C技 术 的相 关 数 据 。 2 ． 3 参 数 传 感 器选 择 水位传感 器 并 给 和水 位接 触 ， 但 却 能 够感 受 和测量 水位 。利用 计算 机 控 制 ， 传送 和 接 收超 声 波 ， 依照超声波传送 的时间 t 对 传感器与被测对象 的距离 d ， 得知 超 声 波传 播 基础 上 ， 依 照 d 一 1 ／ 2 v t 得到 d 的值 ， 由于此传感器 的渠底 高度为不 变 的 d， 则能够得 出物位高度 d 。 一 d 。 2 ． 4 温 度 检 测 如要达到水 泵 全 程监 督 和保 护 的宗 旨， 则需 35 要 检查 电机轴 温度 ， 采用 AD5 9 0进行 监测 。利 用 放大器过滤 ， 并为传感 器提供 U， 得 到的温度 主要 被 ADS 9 0检查 出， 并为放大器提供 U 的信息 。 2 ． 5 水 管 流 量 检 测 主要利用继 电器 进行检查 。此设备 主要 由搜 集流量计信 息 方法 构成 ， 前者 设 置在水 泵 的 吸水 设备 中 ， 流 向与水流一 致 。随着水 流方 向 ， 产 生一 定 的负压 ， 使得橡皮受 力 凹陷， 弹簧 连带磁 芯高度 下 降 ， 且位移长短 能够体现水 流量 多少 。流 量多 ， 则位 移越 长 。 2 ． 6 阀门电路 闭合 阀门采用 Z D型设 备 ， 在关 闭 阀 门时 ， 会 使 得 电机停止 运 行 ， 电位 器 动触 头下 移 ， 体 现 关 闭 状 态 。当打开阀 门时 ， 电动机启 动 ， 电位器 动触 头上 移 ， 体 现出开启状 态 。 如 图 2为 P L C排水 自动控制 系统 的程序 。 图 2 P L C排 水 自动控 制 系统 程序 3 软 件 设 计 3 ． 1 程序设计 系统主要运 用 模块 化 组 织 ， 每 个处 理 环节 互 相包含 ， 能够 与监 控 标准 相 一致 。通 常监 控程 序 是 3方面组成 主轮询 程序 、 就地控制 和 自动 防水 控制 l 5 ] 。根据水泵设 备存 在 的不 足 ， 系统全 程监 控工作情 况 ， 如发 现 问题 ， 则 及 时加 以弥补 ， 制定 解决措施 ， 避免事故发生 。 3 ． 2 操作平 台 为 了和系统标 准 相 符 ， 井 下与 调 度 中心 每一 个都有操 作终端 。将 终端 设置在 P L C控 制 箱 中， 且相组合 实 现对 井下 的监控 。适应 能 力较 强 ， 能 够应对很 多不 良的环境 ， 通过 触屏利用 直流 电 ， 风 险率较低 。相关 技 工需 要过 多 工作 量 ， 程序 将 监 3 6 机械管理 开发 j x g t k f b j b 1 2 6 ． c o rn 督 、 控制 和报警相 结合 ， 实现在显示 屏 中观察并 控 制水泵运行 状态 和 观看 问题 数据 ， 效 率 高且 较 为 便利 。 3 ． 3 实时记录 曲线 通过观察计 算 机屏 幕 ， 能够 模拟 显 示水 泵 情 况 、 阀门运行 等不 同信息 ， 利用形 状 、 色彩 、 灯光 等 功能提供报警功 能。系统能够 实时体 现 出井 下状 况 ， 如水位变化 、 水 泵运行 、 设 备故 障等 ， 并能够 在 感受 到故 障或者 问题时 ， 及时发 出警报 和信号 ， 引 起 相关负责员工重视 。 4 结 语 采矿工 作 复杂 ， 难 度 大 ， 且 风 险指 数 高 ， 因此 安全施工和生产是非常重要的 。通过利用 P L C基 础上的 自动 排 水控 制 系统 ， 集合 硬 件和 软件 的设 计 ， 实 现对井 下水 泵 、 水 位 、 阀门等 的实时监 控 ， 通 过软件设计在显示器 中显示 出来 ， 发 出警 报 ， 让 相 第 3 0卷 关人员及 时 发现 问题 并解 决 问题 ， 为安全 生 产煤 矿提供保证 ， 促进采矿技术的发展 。 参 考 文 献 E 1 3 顾春禄 ， 贾姝娟． 基 于 P L C的煤矿排水系统 的 自动控 制 系统设计 E J ] ． 煤矿 机械 ， 2 0 1 4 1 1 1 8 0 1 8 1 ． E 2 ] 袁媛 ， 张然 ， 李 英辉． 基于 P L C的煤矿 主排水 泵 自动 控 制系统设计 I- J ] ． 煤 矿机械 ， 2 0 1 4 9 2 0 6 2 0 8 ． [- 3 1 李亚哲． 煤矿井下主排水 系统工艺 流程 及其 自动控制系 统设计 I- J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 0 1 1 ， 1 0 5 1 1 5 1 1 8 ． I- 4 ] 李春光 ， 周斌涛 ， 赵文艳 ， 等． 基于 P L C控 制的煤 矿井下 泵房 自动排水 控制 系 统改 造 E J ] ． 电气 防爆 ， 2 0 1 3 8 5 29 53 3． [ 5 ]梁代军 ， 易朝玲 ， 王凤莲 ， 等． P L C技 术下 的煤矿 主排水 泵 自动控 制 系 统设 计 [ J ] ． 产 业 与科 技 论 坛 ， 2 0 1 4 ， 1 8 1 2 3 6 卜3 6 2 ． 编辑 贾娟 Au t o m a t i c Co nt r o l S y s t e m of Dr a i na g e u nd e r t h e Co al M i ne Ba s e d o n PLC Zha ng Gu o f e n g J i n h u a g o n g Co a l M i n e o f Da t o n g Co a l Mi n e Gr o u p，Da t o n g S h a n x i 0 3 7 0 1 6 [ A b s t r a c t ] Th i s p a p e r a n a l y z e s t h e d r a i n a g e c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n P L C a u t o ma t i c s y s t e m a n d i t s w o r k i n g p r i n c i p l e s a n d c o mp o s i t i o n，a n d a l s o i n d i c a t e s r e s p e c t i v e l y f r o m t h e h a r d wa r e a n d s o f t wa r e d e s i g n t o e s t a b l i s h d r a i n a g e s y s t e m o f P LC c o n t r o l s y s t e m a nd i mpr ov e t he m i ni ng s a f e t y． 1, K e y wo r d s ] P L C, c o a l mi n e ； d r a i n a g e u n d e r t h e c o a l mi n e ； a u t o ma t i c c o n t r o l 上 接 第 6页 4 超高孔 密射 孔器 为稠油 、 易 出砂 油藏 的开 发提供 了一种高效 的手段 。 参 考文献 [1] 北京工业学 院八 系 爆炸及其作用 编写 组．爆 炸及其 作用 I- M] ． 北京 国防工业出版社 ， 1 9 7 9 ． [ 2] 李东传 ， 金成 福 ， 刘 亚芬 ， 等 ． 弹 间干 扰 消除方 法 初 探 [ J ] ． 测井技术 ， 2 0 0 6 ， 3 0 5 4 7 6 4 7 8 ． 编辑 赵 婧 De v e l o p m e n t a nd Ap pl i c a t i o n o f Ul t r a Hi g h De n s i t y Pe r f o r a t o r Zhu J i a nx i n Lo gg i n g Compa n y o f SI NOPEC S he ng l i Oi l f i e l d，Don gyi ng Sha n do ng 2 57 09 6 [- A b s t r a c t ] Ac c o r d i n g t o t h e p r o b l e ms o f p e r f o r a t i o n c o mp l e t i o n f o r h e a v y o i l we l l， c a r r i e d o u t t h e r e s e a r c h o n u l t r a h i g h d e n s i t y p e r f o r a t o r ．S u c c e s s i v e l y s o l v e d t h e p r o b l e ms t h a t i n t e r f e r e n c e b e t we e n s h a p e d c h a r g e s ，p e n e t r a t i o n d e p t h a n d a p e r t u r e c a n ’ t j u g g l e ，a n t i k n o c k s t r e n g t h a n d p e r f o r a t i o n p e r f o r ma n c e c a n ’ t j u g g l e ． Ev e n t u a l l y b r i n g t h i s u p t o 6 0 8 0 s p m，a n d ma k e s t h e p e n e t r a t i o n d e p t h a n d a p e r t u r e me e t p r e d e t e r mi n e d r e q u i r e me n t ． Th e u l t r a h i g h d e n s i t y p e r f o r a t o r s h a v e b e e n u s e d wi d e l y i n Pe n g l a i o i l f i e l d，a c hi e v e d g oo d e f f e c t ． [ K e y wo r d s ] h e a v y o i l ；u l t r a h i g h d e n s i t y ；i n t e r f e r e n c e b e t we e n s h a p e d c h a r g e s ； a n t i k n o c k s t r e n g t h