基于PLC的煤矿井下排水无线监控系统的设计与应用.pdf

总第208期 2020年第8期 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Total 208 No.8, 2020 自动化技术与设计 自动化技术与设计 D0110.16525/0110.16525/j. .cnki. .cnl4-1134/4-1134/th.2020.08.090.2020.08.090 基 于 PLC的煤矿井下排水无线监控系统的设计与应用 黄倩书 同煤集团煤峪口矿，山西大同037041 摘 要 采用西门子PLC作为核心设备对井下排水系统进行设计。该设计原理为， 结合相应的软硬件系统， 实 现系统的自动化监控功能， 并结合ZigBee无线通信技术实现系统的无线传输通信功能， 从而实现对井下排水 系统的无线监控。煤矿井下排水无线监控系统的应用可以提高煤矿的安全性， 使得煤矿的开采更有效率， 更好 地满足煤炭需求量的增加。 关键词 排 水 系 统 无 线 监 控P L C无线通信 中图分类号TDTD744;TPTP277 文献标识码A A 文章编号 1003-773X X 2020 08-0211-02 引言 井下排水系统是煤矿安全生产的重要系统， 随 着煤炭需求量的增加， 自动化生产方式的不断使用， 排水系统也要采用自动化方式才能提升排水系统的 效率M， 同时， 自动化排水系统保证了生产的安全 性。在自动化的排水系统中， 采 用PLC技术结合无 线通信的方式使系统运行并进行无线监控，这样可 以保证排水系统的稳定运行。 1煤矿井下排水无线监控系统的设计 井下排水监控系统是保证排水系统稳定运行的 重要组成部分， 要具有良好的自动控制特性,同时可 以满足手动操作的需求。对于设计的井下排水无线 监控系统，采用西门子S7-300可编程控制器为核 心 ，采用相应的硬件进行连接及软件控制，采用 ZigBee无线网络技术实现无线通信[a， 形成包括井 下 、 地面和远程监控系统在内的整个监控系统， 称之 为三级监控系统， 系统的整体结构如图1所示。 收稿日期2020-04-15 作者简介 黄倩书（ 1990） ， 女 ， 本科， 毕业于中国矿业大学, 助理工程师， 主要从事电气工程及其自动化方面的工作。 通过选取相应的传感器，分布在井下的相应位 置,对系统的参数进行实时监控， 将获得的数据传输 给PLC， 进行实时的控制， 并且将数据传输至地面监 控系统， 实现排水系统的自动化运行。 井下监控系统对井下的水位进行监控，硬件采 用各种传感器， 包括温度、 压力等传感器， 将相应的 传感器布置在水仓中， 检测相应的水位信号， 将信号 传输至S7-300 PLC中， 实现对水位的实时采样及监 控[ 3 ] 。依据接收到的水位信号， 控制器依据设定值进 行水位的控制， 同时， 实现对水泵等组件的保护。 地面监控系统中的ZigBee无线传输模块，将系 统监测的数据向地面监控系统传输，在地面监控系 统中的计算机进行相关参数的显示及数据的处理， 然后将系统指令通过ZigBee传输至井下。 远程监控系统采用服爹器与客户端之间的数据 传输， 进行远程的监控或者人为的控制， 可以在自动 化监控的基础上,增加远程的存储监控， 或者实现自 动对系统进行调整。 2煤矿井下排水无线监控系统的硬件架构 在系统的硬件组成中，包含实现监控的各种传 感器， 对于传感器的选择， 要进行温度、 流量、 压 力 、 真空度等参数的检测，传感器检测的精度对于系统 的控制具有重要的影响， 对于传感器的精度,需综合 考虑系统的控制及成本进行选择。 液位传感器主要用于对水仓的水位进行检测， 由于井下的环境恶劣，并且井下积水存在着较大的 酸碱度， 对于液位传感器必须具有较高的精度， 并且 能够适应恶劣的环境，保证监测的准确性。采用 CY-DB31 体式的水位设备进行检测， 为了保证系 统的准确， 采用两个液位传感器进行检测， 两个传感 器同时进行数据的检测及传输， 保证结果的准确性， 这种方式可以提高系统的安全性及可靠性。 流量传感器主要用于对排水过程中管道内的流 212. 机械管理开发 jx g lldbjb 第3 5卷 量进行检测。 进行流量的检测， 首先可以判断水泵的 运行状态， 流量变化时,结合水泵的运行参数， 可以 判断水泵的状态， 保证水杲的安全运行； 同时， 流量 发生变化， 依据检测到的数据调整系统的运行参数, 可以提高系统的运行效率。系统中选择采用的流量 传感器型号为LED-99DE， 如图2 所示， 可直接安装 于管道上， 便于系统的安装使用。 图 2流量传感器 依据系统的设计及运行参数，井下设备的主要 配置见表1。 表 1系统的硬件配置表 名称型号数量 供应商 工程师站/操作员 站 P4/3.0G/2GB/320G/DVD/19 液晶4Dell CPU315-2DP6ES7 315-2AH14-0AB01西门子 PS307/10A6ES7 307-0KA02-0AA04西门子 ET200M6ES7 153-2AR01-0XA02西门子 SM331/AI86ES7 331-1KF02-9AM019西门子 SM321/DI326ES7 321-1BL00-0AA07西门子 SM322/D0326ES7 322-1BL00-0AA04西门子 A4激光打印机HP 10071HP USP电源3KVA/30 min1山特 系统控制柜1 800 x610 x6502自制 系统采用西门子S7-300 PLC作为控制中心， 实 现对井下排水系统的监控，系统的硬件系统架构如 图 3 所示。对于系统I/O点数的统计,输人信号主要 包括数字量输入和模拟量输入[ 4]， 数字量输入信号 包括水泵电机开关、 水泵控制阀开关、 射流管路阀开 关 、 排水管路阀开关及急停复位信号等， 模拟量输人 信号包括水仓水位、水泵入水口真空度、排水管流 量 、 水泵出水口压力、 水泵轴温、 电机轴温、 电动阀开 度指示等;输出量信号主要是数字量输出信号， 包括 水泵电机开关、 射流管路电动阀开关、 排水管路电动 阀开关、故障指示等。选定的系统模块，I/O点数充 足 ， 具有一定的余量， 可以作为后续系统的改进或补 充使用。 3煤矿井下排水无线监控系统的软件设计 井下排水无线监控系统的编程采用西门子编程 软 件Step7,系统中界面的显7K采 用Wince进行组态 5 I i - 4 温度 水位流 水* 图3井下排水监控系统的硬件架构 设计，Wince与Step7 之间可以进行通讯，从而实现 将井下采集到的数据显示到上位机的显示界面上， 同时可以传输到监控系统中， 进行远程监控。Wince 具有良好的兼容性，工作人员可以远程进行参数设 置， 提高系统的运行状态， 更好地实现系统的功能[ 5 ] 。 煤矿井下工作环境恶劣， 在进行通信时， 必须充 分考虑环境的影响， 保证系统传输的稳定性。 对于常 用的无线传输技术，ZigBee无线通信技术具有较长 的使用时间， 并且通信模块较小， 可以较方便地安装 在井下的环境中， 并且容易做好防护， 在使用电池的 情况下， 可以满足较长时间的使用。因此， 系统采用 ZigBee进行无线通信，虽然传输速率具有一定的影 响， 但仍能够满足系统的使用。 4结语 为满足煤矿自动化生产的需求，设计了自动化 的井下排水无线监控系统， 系统包括井下监控、 地面 监控及远程控制中心， 实现了排水系统的自动监控， 提高了煤矿的安全性。系统采用以西门子S7-300 PLC为核心的设备， 结合相应的硬件设备及ZigBee 无线通信技术， 实现了系统的稳定运行， 提高了煤 矿的安全性。 参考文献 [ 1 ] 侯琳.煤矿井下排水设备运行安全虚拟监控系统的研究[J].自 动化应用， 2019990-91. 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[ 4 ] 程刘胜.矿用防爆无轨胶轮车温度监测电路设计[J].工矿自动 化,2016,42267-71. 编辑 贾销） Study on Location and Temperature Detection Design of Mine Trackless Rubber Wheels Zhang Wenbin Jinneng Group Datong Co” Ltd.， Datong Shanxi 037000 Abstract In order to ensure the operation safety of trackless rubber wheel car, combined with the actual situation of coal mine, the positioning and temperature detection system of trackless rubber wheel car is designed and studied.The system can detect the position ination, driving direction and temperature ination of engine body, exhaust tube surface, cooling water and oil in real time. It can play an important role in ensuring vehicle safety. Key words trackless rubber wheel; vehicle location; temperature detection; wireless communication 上接第212页） Design and Application of Wireless Monitoring System for Underground Drainage Based on PLC Huang Qianshu Yukou Mine of Datong Coal Mine Group, Datong Shanxi 037041 Abstract Siemens PLC is used as the core equipment to design the underground drainage system. Its design principle is combined with the corresponding hardware and software system to complete the automatic monitoring of the system, and combined with the ZigBee wireless communication technology to realize the wireless transmission communication of the system, thus realizing the wireless monitoring of the underground drainage system. The application of underground drainage wireless monitoring system can improve the safety of coal mine, make coal mine mining more efficient, and better meet the increase of coal demand. Key words drainage system; wireless monitoring; PLC; wireless communication 上接第230页） Design and Application of On-line Monitoring System for Centrifugal Mine Ventilator Han Jian Yongdingzhuang Coal Industry Company, Datong Shanxi 037024 Abstract In view of the problems of the monitoring system of this model, such as simple function, poor practicability, low data transmission, large loss, and low accuracy of the fan fault signal judgment, the current online monitoring system commonly used in centrifugal mine ventilator is optimized Upgraded, the new monitoring system was applied to the actual mine, and the results showed that the monitoring perance of the centrifugal fan can be improved. Key words coal mine; centrifugal; ventilator; monitoring system