煤矿井下自动排水系统的设计.pdf

2011 年 11 月 第 11 期 电子测试 ELECTRONIC TEST Nov.2011 No.11 9 2013.24设计与研发 0 引言 本课题根据我国煤炭行业发展需要， 针对现有某些井下排水 自动化控制系统在安全性、 可靠性、 经济性等方面的不足， 以某矿 低瓦斯矿井中央水泵房自动化建设项目为研究背景， 设计一种矿 井主排水自动控制系统。 矿井排水系统由排水系统硐室和排水设 备设施两大部分组成。 矿井主排水系统硐室主要由主排水泵房硐 室、 水仓和管子道组成 ； 矿井排水设备设施主要由水泵、 电动机、 供电电缆、 排水管、 闸阀、 逆止阀、 底阀或引水装置、 压力表、 真空 表、 启动控制开关等组成。 本设计工作包括 ： (1) 了解井下主排 水系统的结构及工作原理， 对系统总体结构进行设计， 包括水泵 房管网结构设计， 控制系统网络结构设计，PLC 系统结构设计， 以及系统功能设计 ； (2) 对控制系统硬件进行设计， 包括 PLC 硬 件模块选型与地址分配 ； (3) 利用 STEP 7 软件， 对控制系统 PLC 软件部分进行设计， 包括 PLC 硬件组态，PLC 网络组态， 以及控 制程序设计 ； 1 排水控制系统的总体设计 1.1 排水控制系统总体设计 如图 1 所示水泵房排水管路具体排水线路情况， 图中有水泵 机组 5 套， 出水管线 2 条。 每一个排水泵与两条管路相连， 当其中 一条管路故障时， 可启动另一条管路继续工作。 1.2 PLC 控制系统 排水自动控制系统 PLC 结系统由 PLC （可编程逻辑控制器） 、 触摸屏、 检测部分 （模拟量和开关量采集） 、 执行部分等组成。PLC 控制器作为控制系统的核心部分， 用于完成对检测量的运算、 存 储和上传， 并根据检测结果进行逻辑处理， 控制水泵及其附属设 备的启停， 并能快速响应上级计算机的控制命令。 该部分包括 ： CPU 模块、 数字量输入模块、 模拟量输入模块、 数字量输出模块、 通信模块、 以及触摸屏等。 采用上位机动态监控 水泵及其附属设备的运行状况。 能实时显示水位、 流量、 压力、 真 空度、 温度、 电机电流等参数， 显示电动闸阀、 电动球阀、 水泵、 电 机等的工作状态， 能超限报警显示， 故障点报警闪烁显示等。 同时 煤矿井下自动排水系统的设计 李好丽,杨双义 ( 郑州华信学院 , 河南新郑 ,451150） 摘要 ： 煤矿井下排水控制系统对促进煤矿发展有着重要的作用， 本文以煤矿系统排水为研究对象， 针对一些煤矿井下排水系 统存在的问题， 同时结合当前先进的自动技术， 设计了一种适合我国煤矿井下排水的自动控制系统。 本系统采用西门子 S7- 300PLC 作为软件控制核心， 构建基于 PROFIBUS-DP 现场总线的井下控制系统， 利用工业以太网实现水泵机组的远程监控。 系 统设计有自动、 远控、 就地、 手动四种控制方式。 系统能实时测量水仓水位， 根据水仓水位的变化， 并结合 “避峰填谷” 原则， 自动 确定启动水泵的时间和台数， 以达到节电目的。 关键词 ： 煤矿排水 ； 自动控制 ； PLC ； 组态软件 A way of ensuring PLC and HMI standards Li Haoli,Yang Shuangyi (Zhengzhou huaxin College,Xinzheng,451150,China) Abstract ： The coal mine drainage control system development has an important role in promoting coal mine, based on the system of coal mine drainage as the research object,aiming at some problems existing in the coal mine drainage system,combined with the current advanced automatic technology at the same time, we design a suitable for the automatic control system of coal mine drainage in our country.This system adopts the Siemens S7-300 PLC as control core software,build a downhole control system based on profibus- dp field bus,industrial Ethernet is applied to realize remote monitoring of pump unit.System design are automatic,remote control,in situ,four kinds of control modes manually.System can real-time measuring water warehouse water level,according to the change of water warehouse water level,and combined with the principle of "peak valley",automatically determine the start time and the Numbers of the pump,to achieve energy saving purpose. Keywords ： Coal mine;drainage;S7-300PLC;Remote monitoring 表 1 主站 I/O 地址分配 10 2011 年 11 月 第 11 期 电子测试 ELECTRONIC TEST Nov.2011 No.11 2013.24设计与研发 具有故障信息记录、 历史数据查询、 数据报表生成等功能。 2 排水控制系统硬件设计 2.1 西门子 S7-300 系列 PLC S7-300 由多种模块部件所组成， 各模块能以不同方式组合 在一起， 从而使控制系统设计更加灵活， 满足不同的应用需求。 它 主要由中央处理单元 （CPU） 、 负载电源模块 （PS） 、 信号模块 （SM） 、 通信处理模块 （CP） 、 功能模块 （FM） 、 接口模块 （IM） 等几个模块构 成。 2.2 主站 I/O 地址分配 本设计根据对主站 I/O 点数的统计， 以及对主站设备的选 型， 来分配主站 I/O 设备的地址。 如表 1 所示。 3 排水控制系统 PLC 软件设计 3.1 S7-300PLC 站的硬件组态 硬件组态是 STEP 7 软件的一项重要功能。STEP 7 软件中 的 “硬件组态” ， 就是模拟真实的 PLC 硬件系统， 将 CPU、 电源和信 号模块等设备安装到相应的机架上， 并对 PLC 硬件模块参数进行 设置和修改的过程。 当用户需要修改模块的参数或地址， 需要设 置网络通讯， 或者需要将分布外设连接到主站的时候， 都要做硬 件组态。 3.2 全自动控制的实现 控制流程如图 2 所示。 即当 PLC 读取的水仓水位值为 H4 时， 表示水仓水位低于低限水位， 水泵机组将不投入运行 ； 水位值超 过 H3， 并且时间为电价谷段或者平段， 一台水泵机组投入运行， 如果为峰段时间， 则等待水位上涨到 H2 时， 投入一台水泵机组运 行 ； 当一台机组处于运行状态时水位仍然上涨到 H1， 则继续投入 一台机组运行， 如果水位仍然上涨， 则陆续投入更多水泵。 水位下 降到 H4 时， 水泵机组退出运行。 参考文献 [1] 白铭声 . 矿井排水装置运行与选择设计 . 北京 : 煤炭工业出 版社 ,1990. [2] 史丽萍 , 张广龙 . 矿井中央水泵房综合自动化系统的设计模 式 . 煤炭机电 ,2005,4:8-10. [3] 马德译 . 矿井高扬程水泵的双电机拖动 . 国外金属矿 山 ,1994,2:51-53. [4] 杨福新译.矿井排水泵最佳使用期与管道清理周期的确定.国 外金属矿山 ,1994,2:41-45. [5] 吴清译 . 矿井排水设备能耗指标的改善 . 国外金属矿 山 ,1994,5:52-56. 作者简介 李好丽 （1987-） ， 女， 河南洛阳市人， 大学本科， 助教， 研究方 向 ： 电力系统。 杨双义 （1987-） ， 男， 河南开封市人， 大学本科， 助教， 研究方 向 ： 电子电气。 图 2 自动控制策略流程图 图 1 水泵房排水管路结构图