PLC在煤矿水泵自动化系统中的应用分析.pdf

测试工具2020.12 101 0 引言 由于开采过程具有复杂性和危险性， 并且伴随着地下水 渗入矿井的情况， 使煤矿开采难度进一步增加， 应对开采中 的排水问题， 对煤矿水泵自动化系统加强设计， 通过 PLC 技术 的应用， 使自动化排水系统得以有效构建， 因此需要对技术 应用功能设计， 结合实际案例应用加强分析， 使系统自动化 水平有效提高。 1 PLC 在煤矿水泵自动化控制系统中应用程序功 能设计 在煤矿矿井生产中， 主排水泵主要用于地下水的引入， 如主排水泵设计存在问题， 会导致矿井中大量地下水渗入， 甚至导致安全事故发生， 因此加强自动化控制的主排水泵系 统的设计， 通过 PLC 技术的应用， 使其在主排水泵系统中充分 发挥其优势， 进一步提高系统运行的可靠性、 抗干扰能力， 以及 降低能源消耗， 同时通过此技术的应用， 使主排水泵的保护、 控 制、 合理调度、 远程监控、 实时信息显示等功能得以实现。 在水泵自动化系统控中， 主排水泵主要采取自动控制方 式， 主要按照此技术相关原理进行设计。 另外还包括手动和 半自动方式， 其中手动控制方式通过人工控制控制箱进行流 程操作， 半自动控制方式通过此技术设计原理和人工控制相 结合的方式进行操作。 利用此技术的应用， 使信息实时显示功能得以实现。 系 统能够对主排水泵系统中的水位、 温度变化进行实时自动监 控， 并对其变化参数进行直观显示， 一旦当系统存在故障， 能 够实现自动报警。 在水泵自动化控制系统中， 通过此技术的应合， 使信息 管理、 调度功能得以实现， 并记录和保存系统自身运行过程 中， 主排水泵的温度、 水位等变化参数， 同时利用此系统的 自动启、 闭功能， 能够根据水位变化， 对主排水泵的开启台数 进行选择 [1]。 由通信模块组成的 PLC 与光缆通讯设备相连接， 使远程 通讯功能得以实现， 从而煤矿主排水泵的运行状态的相关参 数通过自动化控制系统进行准确检测和记录， 另外利用防爆 型网络摄像机安装， 使自动监控功能得以实现。 水泵自动化 控制系统原理如图 1 所示。 2 PLC 技术的结构层次设计原理分析 由主 CPU 模块、 数字量输入模块、 模拟输入模块、 数字量 输出模块、 工业以太网组态软件等组成水泵自动化控制系统。 由监控组态软件、 工业电视监控系统等两部分组成自动 控制系统的地面监控层。 利用此技术与主排水泵自动控制系 PLC 在煤矿水泵自动化系统中的应用分析 郭孝园 天地 （常州） 自动化股份有限公司 , 江苏常州 ,213015 摘要 随着计算机、 自动化技术广泛应用，PLC 技术因其编程简单、 可靠性高、 性能强等应用优势， 在煤矿水泵自动化系 统中广泛应用， 使煤矿水泵的自动化控制得以实现。 在煤矿水泵自动化系统中， 通过应用此技术， 能够对水位、 开关量、 电 流、 电压及温度等信号进行全面采集， 确保工作流程的准确性， 使故障问题得以有效解决， 并使相关人员的工作量减轻， 使水泵房的安全性、 可靠性提高， 进一步提升煤矿的用电效率和经济效益。 本文就 PLC 在煤矿水泵自动化系统中的应用 进行分析和探讨。 关键词 PLC 技术 ； 煤矿水泵 ； 自动化系统 Application analysis of PLC in water pump automation system of coal mine Guo Xiaoyuan Tiandi changzhou automation co., LTD., Changzhou Jiangsu, 213015 AbstractWith the computer, automation technology is widely used, PLC technology because of its programming simple, high reliability, strong perance and other application advantages, widely used in the coal mine water pump automation system, so that the coal mine water pump automation control can be realized. In the coal mine water pump automation system, through application of this technology, the ability to water level, the switch quantity, such as current, voltage and temperature signal to conduct a comprehensive collection, ensure the accuracy of the work flow, to effectively solve the problem, and make the relevant staff workload, increase the security, reliability of water pump room, further improve coal utilization efficiency and economic benefits. This paper analyzes and discusses the application of PLC in water pump automation system of coal mine. Keywords PLC technology; Coal mine water pump; Automation system 测试工具2020.12 102 统相连接， 能够实时记录系统中的相关信息， 并在工业电视 上进行信息显示， 相关作业人员通过输入操作指令的输入， 使水泵系统的自动化控制和安全检测得以实现。 图 1 主排水泵自动化控制系统原理设计图 在系统通讯管理层设计中， 主要利用数据釆集终端、PLC 系统、 处理系统组等， 分析判断系统中的信号参数， 依据监控 参数对煤矿中是否存在故障进行判断， 并根据所采集的参数 对水泵的启动台数进行选择， 再通过地面监控层的工业电视 监控软件系统进行参数显示。 针对机械设备层的设计， 应结合主排水系统的设计原 理， 并由管道阀门、 水泵、 排水管道等设备构成， 在原有排水 系统结构的基础上， 对部分机械结构进行改进， 如针对水泵、 电机等， 通过 PLC 技术的应用， 使排水系统中的注水阀门实现 自动控制， 同时在排水系统中通过真空泵的安装， 使水泵自 启动功能得以实现， 另外针对自动系统运行过程中极可能出 现的故障问题， 可利用手动控制方式对其及时进行控制 [2]。 3 应用案例分析 3.1 水泵房的设备情况 水泵房所包含的基本设备主要有 电机、 排水管路、 水泵、 电动闸阀、 真空管路、 射流阀、 电磁阀、 超声波数字流量仪、 电动 闸门、 压力表、 真空表等。 其中排水电机主要采用 1600kW 6kV 的 Y5601-4 型电机， 通过串电抗降压方式进行起动 ； 采用流量 为 7.5m3/min 的 PJ2009 型水泵， 其扬程为 838.3m ； 排水管 道分别为 Φ32518 型管和 Φ42622 型管， 其总排水能力为 67.5m3/min ； 通过 DKX 型电动阀门控制箱对排水管路里电动 闸阀进行操作控制 ； 在排水管路中进行超声波数字流量仪的 配置 ； 另外在内外水仓中， 设置投入式数字物位仪， 利用电动 闸门作为水仓间的配水闸门。 在煤矿水泵正常运行时， 通常采 用四台投入工作、 四台备用以及一台检修的运行模式。 3.2 PLC 自动化监控系统 在自动化监控系统中， 通过 “真空开关柜” 对水泵电机 的 “开 / 停” 进行间接控制， 通过 “电动阀门控制箱” 对电动闸 阀及电动闸门进行间接控制， 此技术对真空电机和电磁阀动 作、 水仓水位、 各种故障保护等进行直接控制。 另外根据现场 系统运行情况， 对 94 个 DI， 80 个 DO， 70 个 AI 信号进行采集， 其主要覆盖了水泵及排水管路、 电动机、 真空开关柜、 水仓、 真空管路、 电动阀门控制箱等诸多方面。 在监控系统中， 通过此技术的应用， 使故障保护功能更 加完善， 一旦发现故障后， 能够采取相应的声光报警， 并将相应 的故障信息进显示。 另外完成故障处理后， 报警会自动取消。 3.3 PLC 模块组 在矿井安全检测监控系统中， 通过 PLC 模块组的应用 和联网， 使网页浏览功能得以实现， 能够支持用户进行水泵 房信息浏览和共享， 同时基于安全考虑， 对用户的浏览功能 进行差异性设定， 普通用户无法对水泵系统进行操控。 同时 通过此技术的应用， 使地面遥控和无人值守功能得以实现， 充分发挥其通讯能力强、 具备自诊断、 工程组态灵活、 使用方 便、 扩展容易、 界面友好等优势。 在实际应用中 Siemens S7- 300 系列 PLC 及其功能模块得到广泛应用 [3]。 结合采集信号 数量的统计， 并对一定的设计冗余和信号处理工作量进行充 分考虑， 其中包括中央处理器、 数字量输入模块、 数字量输出 模块、 数字量输入 / 输出模块、 模拟量输入模块、 可连接触摸 屏或其他设备的通信模块、 工业以太网通信模块等。 3.4 自动化监控系统的工作流程 由电机、 水泵、 真空泵、 电动闸阀、 电磁阀、 仪表显示、 水位 检测等设备构成的水泵房自动化监控系统， 主要按照以下环节 和顺序操作 实时检测水位 ； 进行真空抽取、 自动注水操作 ； 对电机起动与闸阀进行操控 ； 显示通信参数 ； 预防检测故障。 在进行水位实时检测时， 作为水泵自动化系统中的重要 参数， 应结合水位高低变化， 自动发出 “开 / 停” 的水泵操作命 令， 其中系统性能受到水位传感器的准确性和可靠性直接影 响， 因此在内外水仓配水井内安装了两套水位传感器， 对水 位变化进行检测水位。PLC 接收由水位传感器传送的水位准 确变化值， 并显示在相应的显示屏上。 在进行水位检测时，PLC 内部接收各类设备参数， 主要 包括 电动机电流、 电动闸阀、 电压、 排水流量、 电动闸门和电 磁阀的开关状态、 水泵压力、 水仓水位等参数， 同时通过显示 屏进行实时显示。 另外可通过网络， 借助以太网的模式， 利 用地面计算机终端， 传送到地面上的计算机终端， 有利于各 类用户进行查询和使用。 通过自动化系统实时监控电动机电流、 轴承温度、 电压、 电动闸门和电磁阀的开关状态、 电动闸阀、 水仓水位、 各管 道排水流量、 水泵压力等参数， 以及各设备之间的固有关系， 对完善的故障预测闭锁环予以构建。 4 结束语 在煤矿水泵自动化控制系统中， 加强 PLC、 职能传感器技 术的应用研究具有重要的意义和作用， 使人机交互的界面得 以实现， 保障了煤矿井下生产建设的安全性和可靠性。 针对 生产过程出现的各类水源涌入情况， 通过水泵自动化控制系 统， 实现水位变化数据的实时动态监控、 信息参数的全面记 录和保存。 在无人干扰下， 实现井下所有水泵的自动启停， 并 对故障进行及时的排除， 既减少了投入， 又保障了安全生产。 参考文献 [1] 危先高 .PLC 在煤矿水泵自动化系统中的应用 [J]. 电子世 （下转第 96 页） 测试工具2020.12 96 令。 其基本指令如表 1 所示。 表 1 LCD1602 指令表 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0说明 清屏0000000001 将 DDRAM 填 满‘20H’， 并设定 DDRAM 的地址计数 器 AC 到‘00H’中。 归位000000001* 设定 DDRAM 的地址计数器 AC 到‘00H’并将游标 移动到开头原点位置，这 个指令不改变 DDRAM 内容 进入 模式 设置 指令 00000001 I/ D S 光标或闪烁向右移动， AC 增加 1.D0，设置指令 光标或闪烁向左移动，AC 减少 1，S 整个显示移动 显示 开关 控制 指令 0000001DCB D1 整体显示 ON，IC1 游标 ON，B1 游标控制指 令位置反白允许 光标 或显 示位 移指 令 000001 S/ C R/ L ** 光标或显示移位指令可使 光标或显示在没有读写数 示移位指据的情况下，向 左或向右移动指令不改变 DDRAM 内容 功能 设定 00001 DL NF** DL0/14/8 位数 据 .N0/1，单行双行显 示 F0/1，5*8/510 点 阵 显示模式 3 单片机技术在智能电子产品中未开的应用方向 3.1 单片机的编程功能的开发 随着单片机技术的不断发展， 可编程功能也会进行不 断地提高。 在编写软件之前， 首先要确定一些常数、 地址， 事 实上这些常数、 地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来 了。 如当某器件的连线设计好后， 其地址也就被确定了， 当器 件的功能被确定下来后， 其控制字也就被确定了。 在单片机 刚出现的时候， 其硬件成本是比较高的， 单片机的内存也是 很小， 随着人们不断对单片机的开发， 使得单片机技术越来 越好， 不断地满足用户的需求。 另外， 还使得单片机编程的逻 辑和复杂度都在增加。 3.2 单片机技术还可对智能电子产品进行加密 使用单片机加密技术能够对硬件加密也可对产品的软 件加密。 硬件加密例如 8031/8052 单片机就是 8031/8052 掩模产品中的不合格产品， 内部有 ROM， 可以把 8031/8052 当 8751/8752 来用， 再扩展外部程序器， 然后调用 8031 内部子 程序当然你所选的同批 8031 芯片的首地址及所需用的中断 入口均应转到外部程序区 ; 用高电压或激光烧断某条引脚， 使其读不到内部程序， 用高电压会造成一些器件损坏重要 RAM 数据采用电池 （大电容， 街机采用的办法） 保护， 拔出芯片 数据失去机器不能起动， 或能初始化， 但不能运行。 4 结束语 智能化发展是当今的发展潮流， 而单片机技术则是智能 化发展的基础和保障， 本文对单片机技术在智能产品中的运 用进行阐述。 在智能语音、 智能产品节能控制以及数据加密 等方面的应用。 我们要本着科技创新的心态， 继续进行对单 片机的开发， 进一步实现在智能电子产品中的应用。 参考文献 [1] 严栋梁 . 单片机技术在智能化电子产品中的应用分析 [J]. 山东工业技术 , 201913 160. 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