基于PLC的矿井排水监控系统的设计.pdf

第 1 O期 2 0 1 1 年 1 O月 工矿 自 动化 I nd us t r y a n d M i n e Aut o ma t i on No． 1 0 0c t ． 2 O 1 1 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 1 1 0 0 0 8 9 --0 3 基于P L C的矿井排水监控系统的设计 李顺 ， 巨明伟 1 ． 中国矿业大学信电学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 2 ． 徐州兆恒工控科技有限公司，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 针对孔庄煤矿原排水 系统采用手动方式开关截止阀和 电动阀， 存在 劳动强度 大、 可靠性差的问题， 提 出了一种基于 P L C的矿井排水监控 系统的改造方案； 详细介绍 了该 系统的硬件及软件设计。实际应用表 明 ， 该 系统 运行 稳 定 ， 减 轻 了 劳动 强度 。 关 键词 矿 井排 水 ；排 水监 控 ；故 障报 警 ；传 感 器 ； P L C； wi n C C 中图分类号 TD 7 4 4 文献标识码 B De s i g n of M o n i t o r i ng Sy s t e m o f M i ne W a t e r Dr a i na ge Ba s e d o n PLC L I S h u n ， J U M i n g we i 。 1． S c h o o l o f I n f o r ma t i o n a n d El e c t r i c a l En g i n e e r i n g o f CUMT． ，Xu z h o u 2 2 1 0 0 8 ，Ch i n a 2 ． Xu z h o u Z h a o h e n g I n d u s t r i a l Co n t r o l Te c h n o l o g y Co ． ，Lt d ． ，Xu z h o u 2 2 1 0 0 8 ，Ch i n a Abs t r a c t I n v i e w o f pr o bl e ms o f bi g l a b or i nt e ns i t y a n d ba d r e l i a bi l i t y e xi s t e d i n or i g i na l wa t e r d r a i na g e s y s t e m o f Kon gz hua ng Coa l M i ne whi c h us e s ma nu a l mod e t o o pe n a nd c l o s e s t op va l ve a nd e l e c t r i c v a l v e，t he pa pe r pr o po s e d a r e f o r m s c h e me o f m o n i t o r i ng s y s t e m o f m i n e wa t e r d r a i n a g e ba s e d on PLC．I t i nt r o du c e d de s i g n of h a r dwa r e a nd s of t wa r e o f t he s y s t e m i n d e t a i l s． The a c t ua l a p pl i c a t i on s ho w e d t ha t t he s ys t e m r u ns s t a bl y a n d r e du c e s l a bo r i n t e ns i t y． Ke y wo r d s mi n e wa t e r d r a i n a g e ，wa t e r d r a i n a g e mo n i t o r i n g，f a u l t a l a r mi n g，s e n s o r ，PL C，W i n C C 0 引言 矿 井排 水 系统 主要是 将 矿 山井下 涌 出的矿 井水 及 时 、 可靠 、 安全 地 排 至 地 面 ， 是 矿 井 必不 可少 的 主 要生产 系 统之 一， 其 可靠 性 至关 重要 。孑 L 庄 煤矿 一 3 7 5 泵房 现有 水泵 4台 ， 原 排水 系统 采用 手 动方式 开关截止 阀和 电动 阀， 劳动强度大 ， 可靠 性差 。因 此 ， 该矿将原有系统改造为基于 P L C的矿井排水监 控系统 ， 改造后的系统可根据水位 自动调 节启停水 泵 ， 实 现 了水 泵 的 自动 控 制 ； 完 成 了 P L C控 制 系统 和原有 电动机软启动设备 的整合 ， 简化了系统结构 ； 可通过 Wi n C C监控 整个排水 流程 并报警 ， 提高 了 系统 运 行 的可靠 性 。 1系统 总体 结 构 基于 P L C的矿井排水监控系统主要 由 P L C控 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 1 5 作者简介 李顺 1 9 8 7 一 ， 男 ， 江苏 徐州人 ， 硕士研 究生 ， 研 究方 向为计算机过程控制 。E ma i l l s ． 1 0 1 2 1 6 3 ． c o m 制柜、 传感器 、 执行机构、 地面监控计算机、 光端机等 构 成 ， 其 结构 如 图 1 所 示 。 图 1 基 于 P L C的矿井排水监控 系统结构 该系统以 P C为上位机 ， 采用 Wi n C C组态软件 实现系统压力、 电流 、 水位 、 流量、 温度等多达 1 0 0个 报警点的监控； 由 4个 S 7 3 0 0 P L C控制水泵并通 过 P r o f i b u s D P总线通信； Wi n C C将 P L C采集 的 模拟量进行归档和显示 ， 并为工作 人员提供操作状 态和报警信息 ； 根据报警信息 ， 工作人员可对异常情 9 O 工矿 自动 化 2 0 1 1年 1 O月 况 进行 监测 、 定位 和处 理 。 2系统 硬 件设计 2 ． 1 PL C 的 选 型 基 于 P L C 的 矿 井 排 水 监 控 系 统 采 用 西 门 子 3 1 5 2 DP P L C作为控制器， 电源模块选用 P S 3 0 7 ， 数 字量 输 入 模 块 选 用 S M3 2 1 D I 3 2 D C 2 4 V ， 数字量 输 出模 块 选用 S M3 2 2 D O 3 2DC 2 4 v／ 0 ． 5 A ， 模 拟 量 输 入 模 块 选 用 S M3 3 1 AI 8 1 2 B i t 。P L C控制系统结构如图 2 所示。 供返 回信号。 5 液位传感器和高低水位继 电器 高低水位继 电器 内部有 电子线路 ， 该线路利用 液体的导电性， 当液位低于一定位置时继电器接通 电源使水泵动作 ， 当液位达到一定高度时继 电器动 作切断电源 。液位传感器的作用是将静压转换成电 信号 ， 再经过温度补偿和线性修正， 转换成标准的电 信号 一般为 4 ～2 0 mA／ D C 1 ～5 V 。 3系统 软件 设计 P S 3 0 7 Ic P u 3 1 5 ．2 D P I s M 3 2 1 f s M 3 2 2 I s M 3 3 l l 3 1 系统控制状态、1 I 指示灯、 I l 采集真空、压力、 电动机启停等 I I阀门的启停等 l l 电流、流量、定子温度、 开关量输入 l l 开关量输出 I l 转子温度等模拟量 图 2 P LC控 制 系 统 结 构 2 ． 2主要 外 围设备 P L C控制系统 的外 围设备 主要包 括真空传感 器 、 压力传感器 、 真空阀、 射流阀、 电流传感器 、 电动 阀门、 液位传感器 、 高低水位继电器等 。 1 真空 阀和射 流 阀 真空阀和射流阀均使用电动球阀。球体结构为 浮动球 ， 均匀密封 ， 不受介质流 向的限制 ， 并能承受 一 定的负压 。真空阀开到位再打开射流阀进入抽真 空过程 ， 为水泵启 动做好准备工作。真空阀和射流 阀 型 号 规 格 为 MGQI D N2 0一 P N1 ．6 MP a和 M GQI DN2 5 一 P N1 0 MPa 。 2 电流传感器和压力传感器 电流传感器用于检测水泵 电动机的电流值 ， 是 判断电动机电流是否过载的主要依据 。压力传感器 用于检测 出水 口的压力值 ， 该压力值是判 断水泵是 否正常运行的重要依据 。压力传感器 型号规格为 B YD2 0 1 0 MP a ， 两线 制输 出形 式 。 3 真空传感器 真空传感器用于检测水泵 内部的真空度 水泵 必须在真空度达到一定值 时才可以启动 ， 通过判断 真空度来判定抽真空过程是否完成 。真空传感器的 型号规格为 B Y D 2 一0 ． 1 ～0 ． 1 MP a ， 两线制输出 形 式 。 4 电动阀门 电动阀门的控制原理为电动机的正反转控制原 理 ， 电动阀门有开、 关过力矩返 回接点和开、 关 到位 返 回 4个接点。其中过力矩返 回接点串入 电动机正 反转控制 回路中 ， 到位返 回接点给 P L C控制系统提 PL C程序 P L C程序采用功能模块编程方法， 每个模块完 成特定 的任务 ， 各个模块之间可以相互嵌套口 ] 。 1 模拟 量采 集模 块 模 拟 量采集 模块 完成 对压 力 、 真空 、 水位 、 流量 、 温度等模拟参数 的采集和处 理， 这些模拟参数可作 为控制参数并用于状态显示。 2 控制 模块 控 制模块嵌套着 自动控制模块和就地控 制模 块 。当水泵处于 自动控制状态时 ， 控制模块调用 自 动控制模块 ， 根据相关 的操作规程驱动相应 的执行 机构 ， 完成现场设备的 自动控制任务。当水泵处于 就地控制状态时， 控制模块调用就地控制模块 ， 根据 用户在就地控制操作箱上 的操作 ， 就地控制模块完 成 逻 辑 处 理功 能 ， 通 过 继 电器 直 接驱 动 执 行 机构 l_ 3 动作。 3 状 态监 测模 块 状 态 监测 模 块 实 时监 测 水 泵 的启 动 、 运 行 及停 止过程的各种状态， 当水泵 出现故障时调用故障处 理模块 ， 从而采取应 急措施 ， 防止故障进 一步扩大 。 当水泵在启动或停止过程中出现系统无响应或者操 作超时状态时， 状态监测模 块 自动按照程序设定 的 流程复位前端的执行机构 ， 并发出报警信息[ 4 ] 。 3 ． 2上位机 监 控 画面 上位机监控画面采用组态软件 Wi n C C模拟现 场 ， 对现场大量的数据进行流程分析和过程控制 ， 从 而实现对生产流程 的调整与优化[ 5 ] 。该画面主要 由 系统监控、 数据查询 、 参数设置、 用户登录 4个 界面 组成 。 1 系统监控 显示系统出现报警 的具体信息、 监视水泵 的有关参数。上位机监控画面上显示各水 泵的工作状态 、 水泵的出水 口压力 、 吸水管真空度、 电动阀门的位置、 电动机 的工作 电流以及重要位置 的温度参数 以及显示系统的操作方式和通信状态 。 第 1 O期 2 0 1 1年 1 O月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n NO． 1 O 0c t ． 2 0 1 1 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 1 1 O 一0 0 9 1 0 4 DO I C N KI 3 2 1 6 2 7 ／ T P ． 2 0 1 1 0 9 2 2 ． 1 3 3 4 ． 0 2 3 选煤厂特大型煤仓电气设计经验 杨 丰伟 中煤科工集 团武汉设计研究院 ， 湖北 武汉4 3 0 0 6 4 摘要 针对煤仓安全隐患问题 ， 以某选煤厂特大型产品仓为例 ， 介绍 了其在 电气安全防范、 电气节 能和模 块化设计等方面的设计方法。实际应用表明， 该设计方法确保 了选煤厂的安全持 续生产 。 关键 词 选 煤厂 ； 特 大 型煤仓 ；电气安全 ；节 能 ； 模 块化 设 计 中图分类号 TD 9 2 8 ． 8 文献标识码 B 网络出版时间 2 0 1 1 0 9 2 2 1 3 3 4 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． e n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 1 0 9 2 2 ． 1 3 3 4 ． 0 2 3 ． h t ml Ex pe r i e nc e o f El e c t r i c a l De s i g n o f Sup e r Bu n ke r o f Co a l Pr e pa r a t i o n Pl a nt YANG Fe n g we i W u h a n De s i g n a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Ch i n a Co a l Te c h n o l o g y a n d En g i n e e r i n g Gr o u p Co r p o r a t i o n，W u h a n 4 3 0 0 6 4 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f pr o bl e m o f h i dd e n da n ge r of c o a l bu nke r，t a ki n g s u pe r pr o duc t s bu nke r of on e c oa l pr e p a r a t i o n pl a n t a s e xa m p l e，t he pa p e r i nt r o duc e d d e s i g n m e t ho ds i n t e r m o f e l e c t r i c a l s a f e t y p r e ve nt i on， e l e c t r i c a l e n e r gy s a v i n g a nd mod ul a r d e s i g n o f t h e bu nke r．The a c t u a l a p pl i c a t i o n s ho we d t h a t t h e d e s i gn m e t ho ds e ns u r e s a f e a nd c on t i nu ou s pr o duc t i o n o f c o a l p r e pa r a t i o n pl a nt ． Ke y wo r d s c o a l p r e pa r a t i o n pl a nt ，s u pe r bun ke r ，e l e c t r i c a l s a f e t y，e n e r g y s a v i n g，mo du l a r d e s i gn 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 2 3 作者简介 杨丰伟 1 9 8 O 一 ， 男 ， 河 南许 昌人 ， 工程 师 ， 现 主要从 事 电气安全及设计研究工作 。E - ma i l y f w1 0 1 4 1 2 6 ． c o rn 0 引言 2 0 0 5 一l 1 2 7 ， 黑龙江某煤矿地面煤仓发生煤 2 数据查询 查询水泵代号 、 水泵启动 时间以 及水泵单次运行 时间， 在设备运行总时间显示框里 显 示在 该 时 间段 内所 选 水泵 运行 的 总时 间 。 3 参数设置 设置操作方式 ， 显示水泵 系统的 状态信息 ， 当水泵 出现故障时， 显示故障原 因， 包括 启动状态 、 停泵状态等 ， 以便维护人员快速 、 有效地 处理故障 ， 保证排水系统安全、 可靠的运行 。 4 用户登 录 赋予系统操作人员不同的操作 权限和管理范围， 根据登录的权 限控制操作人员的 读 写 、 维护 、 执行 等 行为 。 4结 语 障部位并发 出报警 ， 使维修人员快速有效地处理异 常状况 。目前 ， 该 系统已在孑 L 庄煤矿应用 ， 不仅减轻 了维修 人员 的劳 动 强 度 ， 还 提 高 了矿井 排 水 的安 全 运行水平 。 参考 文献 [ 1 ] E z ] [ 3 ] E 4 ] 基 于 P L C的矿井 排水监 控 系统 以 P L C为核 心 ， 利用 Wi n C C强大的数据采集和处理能力 ， 实现 [ 5 ] 了矿井排水 的集 中显示和管 理、 报警处 理等功 能。 当井下出现故障时 ， 上位机监控画面可及 时显示故 廖常初． S 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C应用 技术 I- M] ． 北 京 机 械 工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． 廖常初． P L C编程及应用 [ M] ． 2版 ． 北京 机 械工业 出 版社 ， 2 0 0 5 ． 臧其亮 ， 马勇 ． 节能型矿井排水泵控 制系统 [ J ] ． 矿 山机 械 ， 2 0 1 0 5 1 2 0 - 1 2 2 ． 沈毅 ， 王增长 ， 王强 ， 等． 煤矿 矿井 排水 的处理和综合 利 用[ J ] ． 科技情报 开发 与经济 ， 2 0 0 8 4 1 6 0 1 6 1 ． 西 门子 中国 有 限公司 自动化 与驱动集 团． 深 入浅 出 西门子 Wi n C C V6 E M] ． 2版． 北京 北京航 空航 天大学 出版社 ， 2 0 0 4 ．