基于PLC矿井主排水自动控制系统的设计.pdf

I 生 甸 化 基于P L C 矿井主排水 自动控制系统的设计 Desi gn o f au t om at i c con t r ol s ys t em f or m i。 n e dr ai nage ba sed on PL C 宋阳 SONG Ya n a 德州职业技术学院 电气工程系，德州 2 5 3 0 3 4 摘要本文提出了基于P L C 的矿井主排水自动控制系统的设计。首先对井下自动排水系统进行了总体 设计，然后详细介绍了系统的软件流程，对矿井主排水自动控制系统进行了编程设计。自动控 制系统的应用将使得排水系统可靠性增强 ，整个工作流程通过软件的编程来实现，程序确定 后，水泵机组将按给定的程序自动启停水泵、开合阀门， 极大的减小工人的劳动强度。 关键词P L C；矿井主排水；自动控制；设计 中图分类号T H 1 3 8 ． 9 文献标识码B 文章编号1 0 0 9 - 0 1 3 4 2 0 1 2 0 9 上 一 0 1 2 0 0 4 Oo i 1 0． 3 9 6 9 ／； ． i s s n． 1 0 0 9 -0 1 3 4， 2 0 1 2 ． 9 i- ． 4 0 0 引言 在煤矿地下开 采的过程 中，由于地层 中水 的 涌出，地下积水会增多，在煤矿开采过程 中会破 坏 到地 层结构 ，导致岩层断裂发生突水事故，给 人们的生命、国家的财产带 来威胁 。因此，井 下 排水 尤 为重 要 。 井 下排 水 系统 是 煤 矿 生产 中重 要环节 ，担负着井下积水排除的重要任务。然而 ， 传统的排水控制方法 ，是用人工进行检测 如人工 检测水仓水位、淤泥厚度、管道 、闸阀及配 电设 备状况等 ，这种检测控制方法效率低，工人劳动 强度大，且 由于井下环境恶劣，故障率较高 ，所 以靠人工 检测的方法 已不适应煤炭发 展的需要 ， 取而代之的是 自动化排水系统 。 目前，P L C在国内外工业 控制中已获得 广泛 应用 ，在矿井 排水 系统 中，采用 P L C自动监测 排水系统的运行状况 ，自动进行数据采 集、自动 记录、故障报警、事故分析 、多台水泵 启动 的 自 动切换 等，所得到的动态资料 准确性高 ，控制的 可靠性高。 1 基于P L C的井下 自动排水 系统总 体设计 1 ． 1基于P L C 的矿井主排水控制系统设计 井主排水控制系统 由 P L C 可编程逻辑 控制 器 、触摸屏 、检测部分 模拟 量和开关量采集 和执行部分等组成 ，其硬件结构如图 1 所示。 1 ． 2 软件流程图 图 2所示为系统的软件流程 图。由流程图可 知 ，系统开始启动 后，首先进行与高压开关柜 的 通 讯 ，然 后 进 行 模 拟 量 以 及 I ／ 0 处 理 程 序 ， 系统 自检与门处理程序。然后判断系统处于 自动运行 、 手 动运 行、半 自动运 行三 种运 行 方式 中的哪一 种 ，然 后根 据判断得 到的结 果进行相应 的操作。 根据控制板上的旋转开关 的位置判断出系统的运 水位传感器 触摸屏 主 _ 口 模 块 耐 l ．1 4 高 压 柜 l 综保单元 数字量输出模块 I { 模拟量输出模块 l l 数字量输出模块 收稿日期2 0 1 2 - 0 6 -2 7 作者简介宋阳 1 9 8 4一，女 ，助教 ，本科 ，研 究方 向为 电气技术 。 [ 1 2 0 ] 第3 4 卷第9 期2 0 1 2 9 上 ll霎 ll l 图1 排水控制系统硬件结构图 模 拟量输 出模块 一 一 数字 量输 出模块 图2 系统 的软件流程图 行方 式后 ，如处 于 P L C自动 运 行方 式，则 P L C 根据程序流程 顺序执 行， 自动 完成水泵 的启动 ， 轮换工作 ，故障报警 ，停止 。如处于半 自动运行 方式下，则由人工选择哪 台水泵投入运行 ，P L C 根 据水泵 的泵 号 自动 完成该 台水泵 的 自动启动 ， 运行，停止。而手动方式下 ，P L C不参与任何操 作控制，全部 由人工通过控制按钮来控制整个系 统 的运 行 。 1 ． 3 地址分配 表1 模拟量输入地址分配 模拟量输入地址分配 计 1 0 通道 水仓水位 I W 3 0 4 水泵轴承温度 I W 4 3 8 5 6 6 6 9 4 1 - 3 水泵压力 I W 4 3 2 5 6 0 6 8 8 电机 电压 I W 4 4 2 5 7 0 6 9 8 1 3 ≠ } 水泵真空度 I W 4 3 4 5 6 2 6 9 0 电机温度 l W 4 4 0 5 6 8 6 9 6 l ～ 3 水泵流量 I W 4 3 6 5 6 4 6 9 2 电机 电流 I W 4 4 4 5 7 2 7 0 0 第3 4 卷第9 期2 0 1 2 9 上 [ 1 2 1 】 表2 数字量输入地址分配 数字量输 入地址分配 计 6 4点 1 - 2 真空泵状 态 I 3 2 ～ 3 ． 3 l 水泵 电动 阀开 1 - 2 真 空阀开 ／ 关 I 4 ． 0 ～ 4 _ 3 ／ 关 ／ 停 ／ 开到位 I 3 7 ．0 - 3 7 ．6 ／ 关 到 位 ／ 开 过 l ～ 2 真空阀 I 4 ．4 ～ 4 ． 7 转矩 ／ 关过转矩 开 ／ 关到位 故障复位 I 3 ． 0 2 撑水泵 电动 阀开 急停 I 3 ． 1 ／ 关 ／ 停 ／ 开到位 I 6 9 ．0 - 6 9 ．6 ／ 关 到 位 ／ 开 过 1 水泵 自 ／ 半 ／ 手 I 3 6 ．O ～ 3 6 2 转矩 ／ 关过转矩 方式 2 水泵 自 ／ 半 ／ 手 I 6 8 ．0 ～ 6 8 ． 2 方式 3 水泵电动 阀开 3 水泵 自 ／ 牛 ／ 手 I 1 0 0 ．O ～l O 0 ． 2 ／ 关 ／ 停 ／ 开到位 I 1 0 1 ．0 ～1 O1 ．6 方式 ／ 关 到 位 ／ 开 过 转矩 ／ 关过转矩 1 拌水泵合 闸 ／ 分 闸 I 3 6 3 ～ 3 6 ． 4 2 l 球阀开 ／ 关 2 水泵合 闸 ／ 分 闸 I 6 8 _ 3 ～ 6 8 ． 4 I 7 0 ．0 - 7 0 ． 1 到位 2 2 球阀开 ／ 关 3 水泵合闸 ／ 分闸 I 1 0 O 3 ～ 1 O 0 ． 4 I 7 0 ． 2 ～ 7 O ． 3 到位 2 3 球阀开 ／ 关 1 水泵 合 ／ 分到位 I 3 6 ．5 ～ 3 6 ． 6 I 7 0 ．4 - 7 0 ． 5 到位 3 1 球阀开 ／ 关 2 拌水泵合 ／ 分到位 I 6 8 ．5 ～ 6 8 ．6 I 1 O 2 ． 0 - l O 2 ． 1 到位 3 2 球阀开 ／ 关 3 弹水泵合 ／ 分到位 I 1 0 O ．5 - l O 0 ．6 I 1 0 2 -2 ～ l O 2 - 3 到位 3 3 球 阀开 ／ 关 1 1 球阀开 ／ 关到位 I 3 8 ．O ～ 3 8 ． 1 I l O 2 ． 4 ～ 1 0 2 ．5 到位 真空泵 ／ 射流 1 2 球阀开 ／ 关到位 l 3 8 ．2 ～ 3 8 ． 3 I 3 ． 4 方式 1 3 球 阀开 ／ 关到位 I 3 8 ．4 ～ 3 8 ． 5 表3 数字量输出地址分配 数字量输出地址分配 计 5 6点 故障报警 O 8 ．0 1 撑电动阀开 ／ 关 ／ 开 到 位 ／ 关 到 O 4 0 ．2 4 O ．6 1 撑真空泵开关 O 8 ．4 8 ． 5 位 ／ 过转矩 2 ≠ ≠ 真空泵开关 o 8 ．6 8 ． 7 2 电动阀开 ／ 关 ／ 开 到 位 ／ 关 到 o 7 2 ．2 ～ 7 2 ． 6 l 真空泵球 阀 O 9 ． 0～ 9 ． 1 位 ／ 过转矩 开 ／ 关 2 拌真空泵球阀 O 9 2 ～ 9 ． 3 3 ≠ ≠ 电动阀开 ／ 关 开 ／ 关 ／ 开 到 位 ／ 关 到 O 1 0 4 _ 2 ～ 1 0 4 ． 6 l 水泵合闸 ／ 分闸 O4 0 ． 0～ 4 0 ． 1 位 ／ 过转矩 2 群水泵 合闸 ／ 分闸 O 7 2 ． O～ 7 2 ． 1 2 1 球 阀开 ／ 关 O 7 3 ． 0 - 7 3 ． 1 3 水泵合闸 ／ 分闸 Ol 0 4 ． 0～ l 0 4 ． 1 2 2 球阀开 ／ 关 0 7 3 ． 2 ～ 7 3 _3 1 1 球阀开 ／ 关 O4 1 ．0～4 1 ． 1 2 3 球阀开 ／ 关 O 7 3 ．4 ～ 7 3 5 1 2 球 阀开 ／ 关 O 4 1 ． 2～4 l _ 3 3 1 球 阀开 ／ 关 0 l O 5 ．0 ～ 1 0 5 ． 1 1 3 球 阀开 ／ 关 O4 1 ． 4～4 1 ． 5 3 2 球 阀开 ／ 关 O 1 0 5 - 2 ～l 0 5 _ 3 故障显示灯 O 8 ． 1 ～ 8 ． 3 3 3 球 阀开 ／ 关 o 1 0 5 ．4 ～ 1 0 5 ． 5 [ 1 2 2 1 第3 4 卷第9 期2 0 1 2 9 上 表4 模拟量的存储地址 水位传感器输 入值 MD O 1 负压传感器输入值 MD 6 0 水位处理值 MD 4 1 负压处理值 MD 6 4 1 流量计中间值 MD 8 2负压传感器输入值 MD 6 8 1 流量计读数值 MD l 2 2负压处理值 MD 7 2 1 撑流量计 本次值 MD 1 6 3传感器输入值 MD 7 6 l 舟流量累计值 MD 2 O 3负压处理值 MD 8 O 2 流量计中间值 MD 2 4 1 压力传感器输入值 MD 9 0 2 流量计读数值 MD 2 8 1压力处理值 MD 9 4 2 拌流量计本次值 MD 3 2 2压力传感器输入值 MD 9 8 2 ≠ } 流量累计值 MD 3 6 2压力处理值 MD l O 2 3 流量计中间值 MD 4 0 3压力传感器输入值 MD 1 0 6 3 撑流量计读数值 MD4 4 3压力处理值 MD 1 1 0 3 ≠ } 流量计本次值 MD 5 0 3 流量累计值 MD 5 4 流量总 累计值 MD 5 8 1 ． 4 P L C的程序设计 P L C的程序设计采用西门子开发西门子的 s 7 3 0 0系列的编程语言 S T E P 7 ，其设计程序如下 1 首先介绍模拟量处理程序 ，这里 以水泵流 量为例 L P I W 4 3 6 ／ ／ 1 流 量装入 累加 器 l I T D ／ ／ 1 6位整数转化成 3 2位整数 DT R ／ ／ 3 2位整数转化成 3 2位实数 T M D 8 L 3 ． 6 1 6 8 9 8 e 一 0 0 2／ ／ 乘于 流量 值 中间变 量 L M D8 R L 2 ． 9 0 0 0 0 0 e ． 0 0 1 ／ ／ 加上 校正 系数 R T MD 1 2 ／ ／ 存 入 MD1 2中 2 下面给出 l 水泵流量累计计算的程序 A I 3 7 ． 0 ／ ／ 判断 l 水泵电动 阀是否开 J C mj 1 ／ ／ 若 R L 0 l 时跳转 ，否则， 顺序 执行 J U l n j 2 ／ ／ 无条件跳转 l l l i 1 L MD1 2 ／ ／ 载入流量计读数 L 1 ． 6 6 66 6 7 E一 0 02 R ／ ／ 乘 以校正 系数 T MD 1 6 ／ ／ 放 入 MD1 6中 L MD 2 0 ／ ／ 调 出 1 流量累计值 I M D 1 6 I 匐 化 ／／ 全 皂， ⋯ 2结 束 语 ∥ 调 出 流 量 累 计 值 文 对煤矿井下 主排水 系统 自动化程度 L 如 一 、 一 ． 不 高 。 3“rt lp lj ,bl ；19 7 1- I“ I1 ／“YJ R ∥ 相 加 后 再 放 入 M D 5 4 中 萎 弄 下主排水 系统的 自 T MD 5 4 ～ 一 一～ ． ． ⋯⋯ ⋯ ⋯”⋯⋯⋯⋯ M D 5 8 ∥ 调 出 系 统 总 流 量 累 计 值 羹 篓 望 差 L M D 5 0 ” ～ ⋯ 一 ～ ⋯ 一 ～ ～ ⋯ ⋯ ⋯ ～ ～ ⋯⋯ ⋯ ” MD 2 0 0 ∥放 ⋯ 统在吊粒烫色技 L MD 3 6 ／ ／ 2 流量累计值装入累加器 1 ～ 应 用 化2 _ ” ⋯～ 一