基于plc的礦井排水監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場控制部分畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　基于PLC的礦井排水監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場控制部分設(shè)計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘 要 ···················&#

2、183;··································2</p>

3、<p>　　第一章 煤礦井下排水泵自動控制系統(tǒng)的工作原理及組成 ····3</p><p>　　1.1 概述 ·····················&

4、#183;····························3</p><p>　　1.2 工作原理 ··&#

5、183;····································

6、·······3</p><p>　　1.3 系統(tǒng)組成 ························&

7、#183;·····················3第二章 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 ············&#

8、183;·····················5</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) ·········&

9、#183;································5</p><p>　

10、　2.2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 ··································&#

11、183;···5 2.3 控制系統(tǒng)功能設(shè)計 ······························&

12、#183;·······6</p><p>　　2.4 控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計 ······················

13、83;·············6</p><p>　　2.5 控制系統(tǒng)程序設(shè)計 ·················

14、·····················7</p><p>　　第三章 PLC井下排水自動控制系統(tǒng) ········

15、3;·················9</p><p>　　3.1 PLC井下排水自動控制系統(tǒng)技術(shù) ············

16、···············9</p><p>　　3.2 PLC井下排水自動控制系統(tǒng)分層 ··············&#

17、183;············9</p><p>　　3.3 影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素 ················

18、83;·······10</p><p>　　3.4 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施 ······················

19、·········11</p><p>　　第四章 結(jié)束語······················&#

20、183;·················11</p><p>　　參考文獻(xiàn)··············&

21、#183;······························12</p><p>　　致 謝·

22、····································

23、3;·········13</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　基于PLC的礦井排水監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場控制部分是為了煤礦安全和正常生產(chǎn)而進(jìn)行的各種有關(guān)參數(shù)或狀態(tài)的集中監(jiān)測，并對有關(guān)環(huán)節(jié)加以控制，是保護(hù)、采掘、運輸、通風(fēng)、排水等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)安全運行的重要設(shè)施。

24、本文主要介紹了一種基于西門子S7-300 PLC的煤礦井下排水泵自動控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和思路。西門子S7-300 型PLC給出了煤礦井下排水系統(tǒng)的傳感器及執(zhí)行機構(gòu)的配置方案、通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能設(shè)計，實現(xiàn)了對水泵進(jìn)行自動控制，水位監(jiān)測、自動啟停水泵、故障自診斷等功能；同時也實現(xiàn)了水泵運行的合理調(diào)度，提高了設(shè)備利用率，達(dá)到了節(jié)能增效的效果。并能與上位機通訊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和在線監(jiān)測，提高了煤礦自動化水平和安全性。該系統(tǒng)的使用必將提高煤礦生

25、產(chǎn)的自動化水平，對煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義，有利于排水自動控制系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 水泵 PLC 自動控制 利用率 遠(yuǎn)程控制</p><p>　　第一章 煤礦井下排水泵自動控制系統(tǒng)的工作原理及組成</p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　隨著計算機控制技術(shù)

26、的迅速發(fā)展，以微處理器為核心的可編程序控制器（PLC）控制已逐步取代繼電器控制，普遍應(yīng)用于各行各業(yè)的自動化控制領(lǐng)域。當(dāng)然煤炭行業(yè)也不例外，但是目前許多礦井下主排水系統(tǒng)還采用人工控制，水泵的開停及選擇切換均需人工完成，完全依賴于工人的技術(shù)、經(jīng)驗和責(zé)任心，也預(yù)測不了水位的增長速度，做不到根據(jù)水位和其他參數(shù)在用電的峰谷期自動開停水泵，這將嚴(yán)重影響煤礦自動化管理水平和經(jīng)濟(jì)效益，同時也容易由于人為因素造成各種安全隱患。</p>&l

27、t;p>　　在煤礦礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中，隨時都有各種來源的水涌入礦井，為保證煤礦的生產(chǎn)安全，必須及時將涌出的礦井水快速地排放到地面，礦井排水設(shè)備不僅要排除各時期涌入礦井的水，而且在遭到突然涌水的襲擊有可能淹沒礦井的情況下，還要搶險排水，因此煤礦主排水系統(tǒng)能否正常運行直接關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)。因此，礦井排水設(shè)備是煤礦建設(shè)和生產(chǎn)中不可缺少的，排水泵的安全可靠運行對保證礦井安全生產(chǎn)起著非常重要的作用。</p><p&

28、gt;　　目前，礦井排水系統(tǒng)普遍采用人工操作，存在著人員勞動強度大、電機啟停時間長、水泵運行效率低等諸多問題，如何實現(xiàn)煤礦井下排水泵的自動控制和無人值守，并滿足煤礦生產(chǎn)調(diào)度綜合自動化的要求，便成為當(dāng)前急需解決的問題。針對當(dāng)前煤礦排水系統(tǒng)的實際情況，本文提出一種實現(xiàn)煤礦井下主排水系統(tǒng)的設(shè)計方案，并對其工作原理和結(jié)構(gòu)做一扼要介紹。</p><p><b>　　1.2 工作原理</b></p

29、><p>　　煤礦井下排水泵自動控制系統(tǒng)通過檢測水倉水位和其它參數(shù)，控制水泵輪流工作與適時啟動備用泵，合理調(diào)度水泵正常運行。系統(tǒng)通過觸摸屏以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式，直觀、形象、實時地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉水位、電機工作電流、電機溫度、軸承溫度、排水管流量等參數(shù)，并通過通訊模塊與綜合監(jiān)測監(jiān)控主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。該系統(tǒng)具有運行可靠、操作方便、自動化程度高等特點，并可節(jié)省水泵的運行費用。</p><

30、;p>　　1.3 系統(tǒng)組成　　整個自動控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)自動采集、自動輪換工作、自動控制、動態(tài)顯示及故障記錄報警和通訊接口等5個部分組成。 </p><p>　?。?）數(shù)據(jù)自動采集與檢測　 　 數(shù)據(jù)自動采集與檢測主要分為兩類：模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)。 模擬量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水倉水位、電機工作電流、水泵軸溫、電機溫度、3趟排水管流量；數(shù)字量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水泵高壓啟動柜真空斷路器和電抗器柜真

31、空接觸器的狀態(tài)、電動閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力。 數(shù)據(jù)自動采集主要由PLC實現(xiàn)，PLC模擬量輸入模塊通過傳感器連續(xù)檢測水倉水位，將水位變 化信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，計算出單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，控制排水泵的啟停。電機電流、水泵軸溫、電機溫度、排水管流量等傳感器與變送器，主要用于監(jiān)測水泵、電機的運行狀況，超限報警，以避免水泵和電機損壞。PLC的

32、數(shù)字量輸入模塊將各種開關(guān)量信號采集到PLC中作為邏輯處理的條件和依據(jù)，控制排水泵的啟停?！?在數(shù)據(jù)采集過程中，模擬量信號的處理是將模擬信號變換成數(shù)字信號（A/D轉(zhuǎn)換），其變換速度由采樣定律確定。一般情況下，采樣頻率應(yīng)為模擬信號中最高頻率成分的2倍以上，這樣經(jīng)A/D變換的精度可完全恢復(fù)到原來的模擬信號精度。A</p><p>　?。?）自動輪換工作　　為了防止因備用泵及其電氣設(shè)備或備用管路長期不用而使電機和電

33、氣設(shè)備受潮或其他故障未經(jīng)及時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時，而不能及時投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設(shè)計了5臺泵自動輪換工作控制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運行時間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動記錄并累計，系統(tǒng)根據(jù)這些運行參數(shù)按一定順序自動啟停水泵和相應(yīng)管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻，當(dāng)某臺泵或所屬閥門故障、某趟管路漏水時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警，并在觸摸屏上動態(tài)閃爍顯示，記錄事故，同時將故障泵或管路自 動退出輪換工作，

34、其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動輪換工作，以達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理，以免影響礦井安全生產(chǎn)的目的。 （3）自動控制　　系統(tǒng)控制設(shè)計選用了西門子S7-300型PLC為控制主機，該機為模塊化結(jié)構(gòu)，由PLC機架、CPU、數(shù)字量I/O、模擬量輸入、電源、通訊等模塊構(gòu)成。PLC自動化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉 水位的高低、井下用電負(fù)荷的高、低峰和供電部門所規(guī)定的平段、谷段、峰段供電電價時 間段（時間段可根據(jù)實際情況隨時在觸摸屏上進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置）

35、等因素，建立數(shù)學(xué)模型，合理調(diào)度水泵，自</p><p>　　為了保證井下安全生產(chǎn)，系統(tǒng)可靠運行，水位信號是水泵自動化一個非常重要的參數(shù)，因此，系統(tǒng)設(shè)置了兩套水位傳感器，模擬量和開關(guān)量傳感器，兩套傳感器均設(shè)于水倉的排水配水倉內(nèi)，PLC將接受到的模擬量水位信號分成若干個水位段，計算出單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，同時檢測井下供電電流值，計算用電負(fù)荷率，根據(jù)礦井涌水量和用電負(fù)荷，控制在用電低

36、峰和一天中電價最低時開啟水泵，用電高峰和電價高時停止水泵運行，以達(dá)到避峰填谷及節(jié)能的目的。</p><p>　?。?）動態(tài)顯示 動態(tài)模擬顯示選用日本Digital公司的GP-570T型觸摸式工業(yè)圖形顯示器（觸摸屏），系統(tǒng)通過圖形動態(tài)顯示水泵、真空泵、電磁閥和電動閥的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進(jìn)行事故報警。直觀地顯示電磁閥和電動閥的開閉位置，實時顯示水泵抽真空情況和壓力值。用圖形填充以及趨勢圖、棒

37、狀圖方式和數(shù)字形式準(zhǔn)確實時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警，用不同音響形式提醒工作人員注意。 采用圖形、趨勢圖和數(shù)字形式直觀地顯示3趟管路的瞬時流量及累計流量，對井下用電負(fù)荷的監(jiān)測量、電機電流和水泵瞬時負(fù)荷及累計負(fù)荷量、水泵軸溫、電機溫度等進(jìn)行動態(tài)顯示、超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)據(jù)，并在屏幕下端循環(huán)顯示最新出現(xiàn)的3條故障（故障顯示條數(shù)可在觸摸屏上設(shè)置），以提

38、醒工作人員及時檢修，避免水泵和電機損壞。  （5）通訊接口　　PLC通過通訊接口和通訊協(xié)議，與觸摸屏進(jìn)行全雙工通訊，將水泵機組的工作狀態(tài)與運行參數(shù)傳至觸摸屏，完成各數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示；同時，操作人員也可利用觸摸屏將操作指令傳至PLC，控制水泵運行。P</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　系

39、統(tǒng)采用現(xiàn)場層(遠(yuǎn)程IO)、控制層(PLC)和管理層(上位機)組成的三級控制系統(tǒng)來實現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動控制。上位機利用友好的人機界面實現(xiàn)人機對話和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，PLC作為控制器完成邏輯處理和控制任務(wù)，遠(yuǎn)程IO實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和上傳，通過專門的控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和統(tǒng)一調(diào)度控制。其中控制層主要由PLC控制柜構(gòu)成，是整個排水系統(tǒng)的控制核心，PLC控制柜由PLC、觸摸屏、檢測部分(模擬量和開關(guān)量監(jiān)測采集)、執(zhí)行部分等組成。 PLC控制柜

40、中的核心部分是PLC模塊，用于完成對于監(jiān)測量的處理、運算和存儲，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行邏輯處理，控制水泵及附屬設(shè)備啟停。為保證控制器的可靠性，系統(tǒng)選用德國西門子生產(chǎn)的S7-300系列PLC作為主要控制單元，考慮到現(xiàn)場設(shè)備比較分散，就地控制箱采用遠(yuǎn)程I/O的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及控制，并通過現(xiàn)場總線同CPU模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)為實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)、就地控制命令采集、輸出控制指令、設(shè)備邏輯控制等功能，主PLC配置了2塊32路數(shù)字量輸入模塊和2塊16路

41、數(shù)字量輸出模塊，遠(yuǎn)程I/O配置1塊32路數(shù)字量和1塊16路數(shù)字量輸出模塊。主PLC還配置了1塊模擬量采集模塊完成對水位</p><p>　　排水系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)及參控設(shè)備較多，采用傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)接線復(fù)雜、可靠性低且維護(hù)困難。因此，系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線實現(xiàn)設(shè)備層和控制層的連接。系統(tǒng)設(shè)計了現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，主要用于數(shù)字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出等小數(shù)量級的快速循環(huán)通信，將現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)配置成Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，采用西

42、門子的ET200分布式I/O進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及控制。2.2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　在PLC控制柜與設(shè)在礦調(diào)度室的上位機之間建立了工業(yè)以太網(wǎng)，用于實現(xiàn)現(xiàn)場控制層與上位機之間的數(shù)據(jù)交換?？刂茖覲LC統(tǒng)一采用了西門子的S7-300系列PLC進(jìn)行配置，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單清晰，避免了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連時必須安裝相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的缺點。系統(tǒng)選取西門子的S7-300系列以太網(wǎng)通信模塊CP343-1，利用該模塊可以方便地實現(xiàn)

43、PLC與監(jiān)控中心之間的以太網(wǎng)通信。為保證信號的可靠傳遞和防止電氣干擾對通信的影響，系統(tǒng)采用以太網(wǎng)與光纖傳輸技術(shù)實現(xiàn)控制PLC與調(diào)度中心上位機之間的通信。</p><p>　　2.3控制系統(tǒng)功能設(shè)計</p><p>　　針對當(dāng)前許多煤礦排水泵控制自動化水平不高、主要以人工控制為主，開發(fā)出一套以PLC 為核心的井下泵房自動控制系統(tǒng)，主要實現(xiàn)以下功能：</p><p>　

44、?。?）PLC控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可按程序模塊分段調(diào)試，分段運行。該程序結(jié)構(gòu)具 有清晰、簡捷、易懂，便于模擬調(diào)試，運行速度快等特點。</p><p>　　（2）系統(tǒng)根據(jù)水位和壓力控制原則，自動實現(xiàn)水泵的輪換工作，延長了水泵的使用壽命。 </p><p>　?。?）系統(tǒng)可根據(jù)投入運行泵組的位置，自動選擇啟動就近的真空泵，若在程序設(shè)定的時間內(nèi)達(dá)不到真空度，便自動啟動備用真空泵。

45、 （4）系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷和供電部門所規(guī)定的平段、谷段、峰段供電電價時間段，以“避峰填谷”原則確定開、停水泵時間，從而合理地利用電網(wǎng)信息，提高礦井的電網(wǎng)運行質(zhì)量。 （5）PLC自動檢測水位信號，計算單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，自動投入和退出水泵運行臺數(shù)，合理地調(diào)度水泵運行。 （6）在觸摸屏上動態(tài)監(jiān)控水泵及其附屬設(shè)備的運行狀況，實時顯示水位、流量、壓力、溫 度、電流、電壓等參數(shù)，超限報警，故

46、障畫面自動彈出，故障點自動閃爍。具有故障記錄，歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。 （7）系統(tǒng)具有通訊接口功能，PLC可同時與觸摸屏及地面監(jiān)測監(jiān)控主機通訊，傳送數(shù)據(jù)，交換信息，實現(xiàn)遙測遙控功能。 （8）系統(tǒng)保護(hù)功能有以下幾種。 ·超溫保護(hù)：水泵長期運行，當(dāng)軸承溫度或定子溫度超出允許值時，通過溫度保護(hù)裝置及PLC實現(xiàn)超限報警。 ·流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動后或正常運行時，如流量達(dá)不到正常值，通過流量保護(hù)裝置

47、使本臺水泵停車，</p><p>　　設(shè)備可靠運轉(zhuǎn)是安全排水的前提，針對現(xiàn)場實際情況，該系統(tǒng)開發(fā)了排水系統(tǒng)控制軟件的輔助管理模塊，對設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的管理。依據(jù)設(shè)備運行情況，監(jiān)控軟件的設(shè)備輔助管理模塊讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)后進(jìn)行邏輯處理，給出維護(hù)意見，從管理上來彌補設(shè)備本社在可靠性上的不足。2.4.2 傳感器可靠性保障</p><p>　　排水系統(tǒng)采用了多種傳感器，傳感器的可靠性直接影響著系統(tǒng)的整體可

48、靠性。不同的傳感器對系統(tǒng)的影響也不盡相同，根據(jù)影響范圍的不同，系統(tǒng)將傳感器分為全局型和局部型。其中全局型傳感器為液位傳感器，它的可靠性關(guān)系到整個系統(tǒng)安全排水的實現(xiàn)，其余傳感器主要反映單臺泵的運轉(zhuǎn)工況，屬于局部型。系統(tǒng)中的全局型傳感器采用冗余設(shè)計，而對于局部型傳感器則采取自診斷方式確定其故障類型并報警，提示工作人員進(jìn)行維護(hù)或者更換。2.4.3 通信可靠性保障</p><p>　　控制PLC與上位機之間的通信故障判

49、別采用校驗碼與狀態(tài)位相結(jié)合的方式，其中校驗碼判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，狀態(tài)位判斷傳輸通道的通暢性，如果狀態(tài)位不正常時表明通信通道中斷，啟用備用通訊網(wǎng)絡(luò)。2.5 控制系統(tǒng)程序設(shè)計</p><p>　　控制系統(tǒng)程序的設(shè)計主要基于控制要求和具體控制方案的實現(xiàn)。本系統(tǒng)程序設(shè)計包括PLC 程序設(shè)計和組態(tài)軟件程序設(shè)計兩大部分。</p><p>　　2.5.1 PLC 程序設(shè)計</p>&l

50、t;p>　　PLC 程序設(shè)計采用STEP 7 軟件編制。STEP 7軟件是用于西門子S7-300/400 型PLC 創(chuàng)建可編程邏輯程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表進(jìn)行程序編制。S7 系列PLC包括一個供電單元、一個CPU，以及輸入和輸出模塊(I/O 模塊)。PLC 應(yīng)用STEP 7軟件編制的S7 程序監(jiān)視控制整個系統(tǒng)，并通過地址尋址尋找I/O 模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。</p><p>　

51、　PLC 編制程序時首先作硬件組態(tài)。其主要任務(wù)就是在STEP 7 中生成一個與實際硬件系統(tǒng)完全相同的系統(tǒng),生成網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)中各個站的機架和模塊,以及設(shè)置各硬件組成部分的參數(shù),即給參數(shù)賦值。硬件組態(tài)確定了輸入/輸出變量的地址,為編制順序控制程序打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　然后根據(jù)手動、半自動、自動控制的方式選擇，進(jìn)入相應(yīng)的程序流程。整個程序主要包括運行前水位和供電狀態(tài)檢測、正常啟停泵組、運行中參數(shù)檢測和故障報警

52、、故障停泵等模塊，程序流程如圖1 所示。STEP 7軟件通過建立在線連接下載程序到PLC以對編制好的程序進(jìn)行調(diào)試，可實現(xiàn)程序的運行狀態(tài)監(jiān)視、強制性數(shù)據(jù)變更和輸入輸出信號的強制開/關(guān)等。</p><p>　　圖 1 控制程序流程圖</p><p>　　2.5.2 組態(tài)軟件程序設(shè)計</p><p>　　組態(tài)軟件編程主要用于生成人機交互界面，以便進(jìn)行實時監(jiān)控。本系統(tǒng)

53、應(yīng)用西門子公司的WINCC自動化監(jiān)控軟件進(jìn)行程序設(shè)計，可以生成標(biāo)準(zhǔn)化輸入/輸出域、棒圖、趨勢圖、光柵和矢量圖，且具有動態(tài)性能的屬性，可進(jìn)行便捷的過程可視化,并提供集成的消息和報警系統(tǒng)。</p><p>　　編制的人機界面主要有控制畫面、參數(shù)顯示畫面及故障報警記錄等狀態(tài)信息，編程框圖如圖2 所示。操作員可通過觸摸屏進(jìn)行系統(tǒng)的控制方式選擇以及各項檢測參數(shù)的顯示，實現(xiàn)了整個控制過程的可視化。并且可以通過通訊同步到地面上

54、位機，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測。</p><p>　　圖 2 組態(tài)軟件編程框圖</p><p>　　第三章　PLC井下排水自動控制系統(tǒng)</p><p>　　3.1 PLC井下排水自動控制系統(tǒng)的技術(shù)</p><p>　　可編程控制器(PLC)，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，向用戶的“自然語言”編程，使不熟悉計算機的人也能方便地使用。PLC是通過在

55、存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，且同一臺PLC還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實現(xiàn)不同控制的控制要求，具有很大的靈活性和通用性。PLC的輸入、輸出電路一般用光電禍合器來傳遞信號，有效地抑制了外部干擾源對PLC的影響，具有可靠性高、抗干擾性強的特點。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備聯(lián)接。</p><p>　　3.2 PLC井下排水自動控制系統(tǒng)分層</p><p>　　整個

56、系統(tǒng)可分為3 個層次：地面監(jiān)控主站層;以PLC為核心的控制及通訊管理層;機械設(shè)備層。</p><p><b>　　·地面監(jiān)控主站層</b></p><p>　　主要由工控機、監(jiān)控組態(tài)軟件、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)等組成，通過光纜與井下PLC、防爆型網(wǎng)絡(luò)攝像機連接。工控機通過組態(tài)軟件可以實時顯示由井下PLC采集并傳輸?shù)闹髋潘玫倪\行參數(shù)，并存儲相關(guān)記錄，操作人員也只需

57、在地面生產(chǎn)指揮中心采用鼠標(biāo)操作，就可以實現(xiàn)對各泵組的控制；工業(yè)電視和硬盤錄像機可實時顯示、記錄井下狀況。</p><p><b>　　·控制及通訊管理層</b></p><p>　　由PLC和觸摸屏組成的數(shù)據(jù)采集終端及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、電控設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備、信號采集裝置等組成。PLC負(fù)責(zé)完成信號處理、邏輯判斷、故障診斷和參數(shù)記憶等功能。通過數(shù)據(jù)采集、模塊采集水

58、位信號決定泵是否開啟以及開啟臺數(shù)，然后根據(jù)選擇的控制方式按流程啟動泵組，此時數(shù)據(jù)采集模塊將采集供電電源、電機、水泵的各項參數(shù)，如：檢測開關(guān)的帶電狀態(tài)、電機定子溫度、軸承溫度、泵出水口壓力、主排水管流量、水泵前后軸溫度等。各參數(shù)將在觸摸屏上顯示，并且通過數(shù)據(jù)交換設(shè)備傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控主站。控制原理如圖3 所示。</p><p>　　圖 3 水泵自動控制系統(tǒng)原理圖</p><p><b

59、>　　·機械設(shè)備層</b></p><p>　　煤礦排水系統(tǒng)主要設(shè)備包括電機、水泵、吸水管道、排水管道、管道閥門等。該自動控制系統(tǒng)是基于原煤礦排水系統(tǒng)的設(shè)計，只需在原有排水系統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行部分改動。除在電機、水泵和管道上做部分機械結(jié)構(gòu)的改動以滿足傳感器的安裝需要外，主要是對原有排水閥門、注水閥門更換為電動可控閥門；加裝為水泵注水的射流泵或為泵抽真空用的真空泵以滿足水泵啟動的需要。為

60、保證安全性，防止自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時不能正常啟動泵組排水，不破壞原排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，保留原始人工操作方式。</p><p>　　3.3 影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素</p><p>　　PLC作為一種自動化程度高、配置靈活的工業(yè)生產(chǎn)過程控制裝置。因為其本身的高可靠性，它的應(yīng)用場合越來越廣，環(huán)境越來越復(fù)雜，所受到的干擾也越來越多。在PLC控制系統(tǒng)中，就PLC本身來說，其薄弱環(huán)節(jié)在I/O

61、端口。來自電源波形的畸變、現(xiàn)場設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾、接地電阻的耦合、輸入元件觸點的抖動等各種形式的干擾，都可能使系統(tǒng)不能正常工作。研究影響PLC控制系統(tǒng)的干擾因素，對于提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性具有重要作用。</p><p>　　對PLC的干擾的產(chǎn)生過程主要有三個因素組成：(1)電源引入的干擾。雷電沖擊、開關(guān)操作、大型電力設(shè)備啟停等，都有可能會影響系統(tǒng)的正常運行，造成PLC系統(tǒng)故障。(2)I/O信號線

62、引入的干擾。在使用PLC組成控制系統(tǒng)時，要連接大小設(shè)備和各種通信線路，這樣就有可能會發(fā)生各種各樣的電磁干擾環(huán)境，影響PLC系統(tǒng)的運行。(3)接地線引入的干擾。若接地線處理混亂或是電線上的電位分布不等，則會電路的正常運行，有可能在成數(shù)據(jù)換亂，信號失真。</p><p>　　3.4 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施</p><p>　　對PLC的干擾的產(chǎn)生過程主要有三個因素組成，相應(yīng)地對抑制所有電磁

63、干擾的方法也從這三個要素著手解決。(1)最大限度地抑制干擾源。電源系統(tǒng)的抗干擾措施是為了抑制電網(wǎng)電壓的波動及畸變對系統(tǒng)電源產(chǎn)生的干擾，可采用使用隔離變壓器或者使用低通濾波器的措施來解決。另外，也可以使用交流穩(wěn)壓電源來增大抗干擾能力或使用在線式不間斷供電源(UPS)來作為PLC控制系統(tǒng)的理想電源。(2)阻隔禍合通道或衰減干擾信號。輸入端有感性負(fù)載時，在交流信號輸入負(fù)載兩端并聯(lián)RC浪涌吸收器或壓敏電阻RV；在直流信號負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管V

64、D或壓敏電阻RV或穩(wěn)壓二極管VX或RC浪涌吸收器等。在使用多芯信號電纜時，要避免I/O線和其它控制線共用同一電纜。(3)降低系統(tǒng)本身對電磁噪聲的靈敏度，提高自身抗干擾能力。</p><p><b>　　第四章 結(jié)束語</b></p><p>　　井下排水技術(shù)在煤礦的開采中的重要性和井下水資源的缺乏利用以及人工控制井下排水系統(tǒng)的種種弊端決定了井下排水自動控制系統(tǒng)研究的重

65、要性。基于可編程控制技術(shù)的煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)是利用當(dāng)前優(yōu)秀的工業(yè)控制技術(shù)精心研究與開發(fā)而成的，它具有許多傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，PLC控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用和具有廣大的發(fā)展前景，但是PLC系統(tǒng)在井下排水自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用還存在著一些問題需要，這需要我們做進(jìn)一步的研究和實踐，并最終解決問題。</p><p>　　以西門子S7-300 型PLC 為核心的水泵自動控制系統(tǒng)，通過合理的程序設(shè)計和對原排水系統(tǒng)

66、的改進(jìn)，實現(xiàn)了根據(jù)水倉水位的高度、水位變化速度及用電避峰填谷原則，自動啟動水泵進(jìn)行排水，減輕工人勞動強度，增強井下排水的可靠性。同時也實現(xiàn)了水泵運行的合理調(diào)度，提高設(shè)備利用率，節(jié)能增效。</p><p>　　自動控制系統(tǒng)采用了技術(shù)先進(jìn)的西門子S7-300 型PLC，性能穩(wěn)定，故障率低，且具有完備的故障診斷和保護(hù)功能，保留的人工控制方式可在PLC控制系統(tǒng)故障時正常啟動水泵。通過西門子觸摸屏TP270，可實現(xiàn)界面切換

67、、系統(tǒng)巡查、故障復(fù)位、控制</p><p>　　方式轉(zhuǎn)換等功能。系統(tǒng)的通訊功能還可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控?？傊撓到y(tǒng)的使用必將提高煤礦生產(chǎn)的自動化水平，對礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]胡奇蕓，于巖，于卉. 基于帶式輸送機電控系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[J].礦山機械，

68、 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009(3)：114-116.</p><p>　　[2]喬東凱. PLC和變頻器在電廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 礦山機械，2009(2)：157-159.</p>&l

69、t;p>　　[3]陳遠(yuǎn)立，電氣控制與可編程控制器[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，2004.</p><p>　　[4]白銘聲，陳祖蘇. 流體機械[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[5]付鐵斌，王洪林.礦井主排水系統(tǒng)監(jiān)測裝置的研制[J].煤礦安全，2004，35(5)，17-19.</p><p>　　[6]李勝旺，吉貴堂，趙曉

70、旭.礦井主排水自動化控制系統(tǒng)[J].工礦自動化，2002.</p><p>　　[7]王孝穎，張豐敏，張學(xué)松.PLC在煤礦井下主排水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國煤炭2002，28(8)：43-45.</p><p>　　[8]周峰，王新華，李劍峰.軟PLC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].計算機工程與應(yīng)用，2004，(24)：57-60.</p><p>　　[9]李

71、澤松.井下水泵房自動排水系統(tǒng)研究[M].2005，(5)：3-5.</p><p>　　[10]姚福強，李世光，李曉梅等.煤礦井下主排水泵計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].煤礦機械，2004，(1)：1-3.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文的工作是在我的導(dǎo)師xx老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。在四年的學(xué)習(xí)生

72、活中，xx老師嚴(yán)格要求，精益求精，能及時地為學(xué)生指引方向。尤其是在課題的選擇、實施以及論文撰寫等方面，給了我充分的支持和悉心的指導(dǎo)，讓我能夠順利完成學(xué)業(yè)。她深厚的學(xué)術(shù)造詣、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)、活躍的學(xué)術(shù)思想，以及認(rèn)真、務(wù)實和負(fù)責(zé)的態(tài)度，都給我留下了深刻的印象，定當(dāng)鞭策著我在今后的工作中奮發(fā)向上。在此論文完成之際，謹(jǐn)向?qū)熤乱灾孕牡母兄x。</p><p>　　感謝班主任張瑋老師，感謝大學(xué)四年里給我們代課的老師，沒有他們