抽水泵的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)講解

1、F少74*享XIANTECHNOLOGICALUNIVERSITY繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：抽水泵的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院、系（站）：機(jī)電工程系學(xué)科專業(yè)：機(jī)電一體化學(xué)生：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2013年09月抽水泵的PLC空制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要基于PLC勺礦井排水監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)，并對(duì)有關(guān)環(huán)節(jié)加以控制，是保護(hù)、采掘、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)安全運(yùn)行的重要設(shè)施。本文主要介紹了一種基于西門子S7-300PLC勺煤礦井下排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的配置方案、通信

2、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泵進(jìn)行自動(dòng)控制，水位監(jiān)測(cè)、自動(dòng)啟停水泵、故障自診斷等功能；同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了水泵運(yùn)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(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和在線監(jiān)測(cè)，提高了煤礦自動(dòng)化水平和安全性。關(guān)鍵詞：水泵；PLC;自動(dòng)控制；利用率；遠(yuǎn)程控制目錄1煤礦井下排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理及組成11.1 概述11.2 工作原理11.3 系統(tǒng)組成22控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)52.2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)52.2.1 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)2.2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)52.3 控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)62.4 控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)82.4.1 設(shè)備可靠運(yùn)轉(zhuǎn)保障82.4.2

3、傳感器可靠性保障82.4.3 通信可靠性保障82.5 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)82.5.1 PLC程序設(shè)計(jì)92.5.2 組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)103PLC井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)12 PLC井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)12 PLC井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)分層12 影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素14 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施144結(jié)束語(yǔ)161718參考文獻(xiàn)1煤礦井下排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理及組成概述隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，以微處理器為核心的可編程序控制器（PL?？刂埔阎鸩饺〈^電器控制，普遍應(yīng)用于各行各業(yè)的自動(dòng)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(kāi)停及選擇切

4、換均需人工完成，完全依賴于工人的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心，也預(yù)測(cè)不了水位的增長(zhǎng)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(dòng)開(kāi)停水泵，這將嚴(yán)重影響煤礦自動(dòng)化管理水平和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也容易由于人為因素造成各種安全隱患。在煤礦礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，隨時(shí)都有各種來(lái)源的水涌入礦井，為保證煤礦的生產(chǎn)安全，必須及時(shí)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(shí)期涌入礦井的水，而且在遭到突然涌水的襲擊有可能淹沒(méi)礦井的情況下，還要搶險(xiǎn)排水，因此煤礦主排水系統(tǒng)能否正常運(yùn)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(yùn)行對(duì)保證礦井安全生產(chǎn)起著非常重要的作用。目

5、前，礦井排水系統(tǒng)普遍采用人工操作，存在著人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、電機(jī)啟停時(shí)間長(zhǎng)、水泵運(yùn)行效率低等諸多問(wèn)題，如何實(shí)現(xiàn)煤礦井下排水泵的自動(dòng)控制和無(wú)人值守，并滿足煤礦生產(chǎn)調(diào)度綜合自動(dòng)化的要求，便成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。針對(duì)當(dāng)前煤礦排水系統(tǒng)的實(shí)際情況，本文提出一種實(shí)現(xiàn)煤礦井下主排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其工作原理和結(jié)構(gòu)做一扼要介紹。工作原理煤礦井下排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)水倉(cāng)水位和其它參數(shù)，控制水泵輪流工作與適時(shí)啟動(dòng)備用泵，合理調(diào)度水泵正常運(yùn)行。系統(tǒng)通過(guò)觸摸屏以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式，直觀、形象、實(shí)時(shí)地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉(cāng)水位、電機(jī)工作電流、電機(jī)溫度、軸承溫度、排水管流量等參數(shù)，并通過(guò)通訊模塊與綜合

6、監(jiān)測(cè)監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。該系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、操作方便、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，并可節(jié)省水泵的運(yùn)行費(fèi)用。系統(tǒng)組成整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)輪換工作、自動(dòng)控制、動(dòng)態(tài)顯示及故障記錄報(bào)警和通訊接口等5個(gè)部分組成。（1）數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)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(cè)的數(shù)據(jù)主要有：水倉(cāng)水位、電機(jī)工作電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、3趟排水管流量；數(shù)字量檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要有：水泵高壓?jiǎn)?dòng)柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動(dòng)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(dòng)采集主要由PLC實(shí)現(xiàn)，PLC真擬量輸入模塊通過(guò)傳感

7、器連續(xù)檢測(cè)水倉(cāng)水位，將水位變化信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，計(jì)算出單位時(shí)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(jī)電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、排水管流量等傳感器與變送器，主要用于監(jiān)測(cè)水泵、電機(jī)的運(yùn)行狀況，超限報(bào)警，以避免水泵和電機(jī)損壞。PLC的數(shù)字量輸入模塊將各種開(kāi)關(guān)量信號(hào)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(guò)程中，模擬量信號(hào)的處理是將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)（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(hào)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(lái)的模擬信號(hào)精度。A/D變換的精度取決于A/D變換器的

8、位數(shù)。如5V電壓要求以5mVft度變換時(shí)，精度為5mV/5V=0.1%即1/1000十進(jìn)制的1000用二進(jìn)制表示時(shí)要求為10位，而本系統(tǒng)所采用的A/D模塊分辨率為16bit,其精度在土0.05%以上，該精度等級(jí)足以滿足控制系統(tǒng)要求。同時(shí)，PLC所采用的A/D模塊均以積分方式變換，可使輸入信號(hào)的尖峰噪音和感應(yīng)噪聲平均化，適用于噪音嚴(yán)重的工業(yè)場(chǎng)所。(2)自動(dòng)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(zhǎng)期不用而使電機(jī)和電氣設(shè)備受潮或其他故障未經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時(shí)，而不能及時(shí)投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)了5臺(tái)泵自動(dòng)輪換工作控制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運(yùn)行時(shí)間和管

9、路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動(dòng)記錄并累計(jì)，系統(tǒng)根據(jù)這些運(yùn)行參數(shù)按一定順序自動(dòng)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(tái)泵或所屬閥門故障、某趟管路漏水時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，并在觸摸屏上動(dòng)態(tài)閃爍顯示，記錄事故，同時(shí)將故障泵或管路自動(dòng)退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)選用了西門子S7-300型PLE控制主機(jī)，該機(jī)為模塊化結(jié)構(gòu)，由PLC機(jī)架、CPU數(shù)字量I/O、模擬量輸入、電源、通訊等模塊構(gòu)成。PLC!動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉(cāng)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

10、段、峰段供電電價(jià)時(shí)間段(時(shí)間段可根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)在觸摸屏上進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置)等因素，建立數(shù)學(xué)模型，合理調(diào)度水泵，自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制水泵運(yùn)行。為了保證井下安全生產(chǎn)，系統(tǒng)可靠運(yùn)行，水位信號(hào)是水泵自動(dòng)化一個(gè)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(kāi)關(guān)量傳感器，兩套傳感器均設(shè)于水倉(cāng)的排水配水倉(cāng)內(nèi)，PLC等接受到的模擬量水位信號(hào)分成若干個(gè)水位段，計(jì)算出單位時(shí)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(shí)檢測(cè)井下供電電流值，計(jì)算用電負(fù)荷率，根據(jù)礦井涌水量和用電負(fù)荷，控制在用電低峰和一天中電價(jià)最低時(shí)開(kāi)啟水泵，用電高峰和電價(jià)高時(shí)停止水泵運(yùn)行，以達(dá)到避峰填谷及節(jié)能的目的。

11、(4)動(dòng)態(tài)顯示動(dòng)態(tài)模擬顯示選用日本Dig計(jì)al公司的GP-570槿觸摸式工業(yè)圖形顯示器(觸摸屏)，系統(tǒng)通過(guò)圖形動(dòng)態(tài)顯示水泵、真空泵、電磁閥和電動(dòng)閥的運(yùn)行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進(jìn)行事故報(bào)警。直觀地顯示電磁閥和電動(dòng)閥的開(kāi)閉位置，實(shí)時(shí)顯示水泵抽真空情況和壓力值。用圖形填充以及趨勢(shì)圖、棒狀圖方式和數(shù)字形式準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地顯示水倉(cāng)水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號(hào)和低段、超低段、高段、超高段水位分段報(bào)警，用不同音響形式提醒工作人員注意。采用圖形、趨勢(shì)圖和數(shù)字形式直觀地顯示3趟管路的瞬時(shí)流量及累計(jì)流量，對(duì)井下用電負(fù)荷的監(jiān)測(cè)量、電機(jī)電流和水泵瞬時(shí)負(fù)荷及累計(jì)負(fù)荷量、水泵軸溫、電機(jī)溫度等進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示、超

12、限報(bào)警，自動(dòng)記錄故障類型、時(shí)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），以提醒工作人員及時(shí)檢修，避免水泵和電機(jī)損壞。（5）通訊接口PLO!過(guò)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(jī)組的工作狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)傳至觸摸屏，完成各數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示；同時(shí)，操作人員也可利用觸摸屏將操作指令傳至PLC控制水泵運(yùn)行。PLCH時(shí)將水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)經(jīng)安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分站傳至地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機(jī)，與全礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測(cè)數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動(dòng)化控制信息，實(shí)現(xiàn)井下主排水系統(tǒng)的遙測(cè)、遙控，并為礦領(lǐng)

13、導(dǎo)提供生產(chǎn)決策信息。觸摸屏與監(jiān)測(cè)監(jiān)控主機(jī)均可動(dòng)態(tài)顯示主排水系統(tǒng)運(yùn)行的模擬圖、運(yùn)行參數(shù)圖表，記錄系統(tǒng)運(yùn)行和故障數(shù)據(jù)，并顯示故障點(diǎn)以提醒操作人員注意。2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)層（遠(yuǎn)程IO）、控制層（PLC）和管理層（上位機(jī)）組成的三級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。上位機(jī)利用友好的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和上傳，通過(guò)專門的控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(gè)排水系統(tǒng)的控制核心，PLC控制柜由PLC觸摸屏、檢測(cè)部分（模擬量和開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)采集）、執(zhí)行部分等組成。PLC

14、控制柜中的核心部分是PLC模塊，用于完成對(duì)于監(jiān)測(cè)量的處理、運(yùn)算和存儲(chǔ)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)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(guó)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(chǎng)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線同CPU模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)水位的監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程I/O部分配置1塊模擬量

15、采集模塊完成對(duì)壓力、負(fù)壓及流量的監(jiān)測(cè)。為便于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水泵的半自動(dòng)控制，系統(tǒng)配置了觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示水泵當(dāng)前狀態(tài)，并為用戶提供水泵控制的平臺(tái)。控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)排水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)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(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備層和控制層的連接。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)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(jí)的快速循環(huán)通信，將現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)配置成Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，采用西門子的ET200分布式I/O進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及控制。遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)在PLC控制柜與設(shè)在礦調(diào)度室的上位機(jī)之間建立了工業(yè)以太網(wǎng)，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制層與

16、上位機(jī)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(jiǎn)單清晰，避免了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)必須安裝相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的缺點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)PLC與監(jiān)控中心之間的以太網(wǎng)通信。為保證信號(hào)的可靠傳遞和防止電氣干擾對(duì)通信的影響，系統(tǒng)采用以太網(wǎng)與光纖傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制PLC與調(diào)度中心上位機(jī)之間的通信。控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)針對(duì)當(dāng)前許多煤礦排水泵控制自動(dòng)化水平不高、主要以人工控制為主，開(kāi)發(fā)出一套以PLC為核心的井下泵房自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)PLG空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(yùn)行。

17、該程序結(jié)構(gòu)具有清晰、簡(jiǎn)捷、易懂，便于模擬調(diào)試，運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。(2)系統(tǒng)根據(jù)水位和壓力控制原則，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)水泵的輪換工作，延長(zhǎng)了水泵的使用壽命0(3)系統(tǒng)可根據(jù)投入運(yùn)行泵組的位置，自動(dòng)選擇啟動(dòng)就近的真空泵，若在程序設(shè)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)不到真空度，便自動(dòng)啟動(dòng)備用真空泵。(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(jià)時(shí)間段，以“避峰填谷”原則確定開(kāi)、停水泵時(shí)間，從而合理地利用電網(wǎng)信息，提高礦井的電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。PLC自動(dòng)檢測(cè)水位信號(hào)，計(jì)算單位時(shí)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(dòng)投入和退出水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，合理地調(diào)度水泵運(yùn)行。6)在觸摸屏上動(dòng)態(tài)監(jiān)控水泵及其附屬設(shè)備的運(yùn)行狀

18、況，實(shí)時(shí)顯示水位、流量、壓力、溫度、電流、電壓等參數(shù)，超限報(bào)警，故障畫面自動(dòng)彈出，故障點(diǎn)自動(dòng)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(shí)與觸摸屏及地面監(jiān)測(cè)監(jiān)控主機(jī)通訊，傳送數(shù)據(jù)，交換信息，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)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(zhǎng)期運(yùn)行，當(dāng)軸承溫度或定子溫度超出允許值時(shí)，通過(guò)溫度保護(hù)裝置及PLC實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警。流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行時(shí)，如流量達(dá)不到正常值，通過(guò)流量保護(hù)裝置使本臺(tái)水泵停車，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。電動(dòng)機(jī)故障：利用PLC及觸摸屏監(jiān)視水泵電機(jī)過(guò)電流、漏電、低電壓等電氣故障，并參與控制。電動(dòng)閘閥故障：由電動(dòng)機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電

19、機(jī)的過(guò)載、短路、漏電、斷相等故障，并參與水泵的聯(lián)鎖控制。(9)系統(tǒng)控制具有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)檢修3種工作方式。自動(dòng)時(shí)，由PLC檢測(cè)水位、壓力及有關(guān)信號(hào)，自動(dòng)完成各泵組運(yùn)行，不需人工參與；半自動(dòng)工作方式時(shí)，由工作人員選擇某臺(tái)或幾臺(tái)泵組投入，PLC自動(dòng)完成已選泵組的啟停和監(jiān)控工作；手動(dòng)檢修方式為故障檢修和手動(dòng)試車時(shí)使用，當(dāng)某臺(tái)水泵及其附屬設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，該泵組將自動(dòng)退出運(yùn)行，不影響其它泵組正常運(yùn)。PLC柜上設(shè)有該泵的禁止啟動(dòng)按鈕，設(shè)備檢修時(shí)，可防止其他人員誤操作，以保證系統(tǒng)安全可靠。系統(tǒng)可隨時(shí)轉(zhuǎn)換為自動(dòng)和半自動(dòng)工作方式運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)是否能可靠運(yùn)行直接影響著煤礦生產(chǎn)和人員安全，為提

20、高控制系統(tǒng)的可靠性，針對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)從設(shè)備本身、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)等各方面設(shè)計(jì)了可靠性保障措施。設(shè)備可靠運(yùn)轉(zhuǎn)保障設(shè)備可靠運(yùn)轉(zhuǎn)是安全排水的前提，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了排水系統(tǒng)控制軟件的輔助管理模塊，對(duì)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的管理。依據(jù)設(shè)備運(yùn)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(jiàn)，從管理上來(lái)彌補(bǔ)設(shè)備本社在可靠性上的不足。傳感器可靠性保障排水系統(tǒng)采用了多種傳感器，傳感器的可靠性直接影響著系統(tǒng)的整體可靠性。不同的傳感器對(duì)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(gè)系統(tǒng)安全排水的實(shí)

21、現(xiàn)，其余傳感器主要反映單臺(tái)泵的運(yùn)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(jì)，而對(duì)于局部型傳感器則采取自診斷方式確定其故障類型并報(bào)警，提示工作人員進(jìn)行維護(hù)或者更換。通信可靠性保障控制PLC與上位機(jī)之間的通信故障判別采用校驗(yàn)碼與狀態(tài)位相結(jié)合的方式，其中校驗(yàn)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(shí)表明通信通道中斷，啟用備用通訊網(wǎng)絡(luò)?？刂葡到y(tǒng)程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)主要基于控制要求和具體控制方案的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)包括PLC程序設(shè)計(jì)和組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)兩大部分。PLC程序設(shè)計(jì)PLC程序設(shè)計(jì)采用STEP7軟件編制。STEP放件是用于西門子S7-300/400型P

22、LC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(yǔ)句表進(jìn)行程序編制。S7系列PL儂括一個(gè)供電單元、一個(gè)CPU以及輸入和輸出模塊（I/O模塊）。PLC應(yīng)用STEP7a件編制的S7程序監(jiān)視控制整個(gè)系統(tǒng)，并通過(guò)地址尋址尋找I/O模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。PLC編制程序時(shí)首先作硬件組態(tài)。其主要任務(wù)就是在STEP7中生成一個(gè)與實(shí)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(gè)站的機(jī)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)。然后根據(jù)手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)控制的方式選擇，進(jìn)入相應(yīng)的程序流程。整個(gè)程序主要包括運(yùn)行前水位和供電

23、狀態(tài)檢測(cè)、正常啟停泵組、運(yùn)行中參數(shù)檢測(cè)和故障報(bào)警、故障停泵等模塊，程序流程如圖1所示。STEP微件通過(guò)建立在線連接下載程序到PLC以對(duì)編制好的程序進(jìn)行調(diào)試，可實(shí)現(xiàn)程序的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、強(qiáng)制性數(shù)據(jù)變更和輸入輸出信號(hào)的強(qiáng)制開(kāi)/關(guān)等。系統(tǒng)初始化"而苫式詵擇手動(dòng):調(diào)試、維修、人工控制流程圖2-1控制程序流程圖組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)組態(tài)軟件編程主要用于生成人機(jī)交互界面，以便進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。本系統(tǒng)應(yīng)用西門子公司的WINC®動(dòng)化監(jiān)控軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，可以生成標(biāo)準(zhǔn)化輸入/輸出域、棒圖、趨勢(shì)圖、光柵和矢量圖，且具有動(dòng)態(tài)性能的屬性，可進(jìn)行便捷的過(guò)程可視化，并提供集成的消息和報(bào)警系統(tǒng)。編制的人機(jī)界面主要有

24、控制畫面、參數(shù)顯示畫面及故障報(bào)警記錄等狀態(tài)信息，編程框圖如圖2所示。操作員可通過(guò)觸摸屏進(jìn)行系統(tǒng)的控制方式選擇以及各項(xiàng)檢測(cè)參數(shù)的顯示，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)控制過(guò)程的可視化。并且可以通過(guò)通訊同步到地面上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)。圖2-2組態(tài)軟件編程框圖3PLC井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)可編程控制器（PLC）,是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，向用戶的“自然語(yǔ)言”編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。PLC是通過(guò)在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，且同一臺(tái)PLC還可用于不同控制對(duì)象，通過(guò)改變軟件則可實(shí)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(lái)傳遞

25、信號(hào)，有效地抑制了外部干擾源對(duì)PLC的影響，具有可靠性高、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現(xiàn)場(chǎng)的用戶設(shè)備聯(lián)接。PLC井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)分層整個(gè)系統(tǒng)可分為3個(gè)層次：地面監(jiān)控主站層；以PLC%核心的控制及通訊管理層；機(jī)械設(shè)備層。地面監(jiān)控主站層主要由工控機(jī)、監(jiān)控組態(tài)軟件、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)等組成，通過(guò)光纜與井下PLC防爆型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)連接。工控機(jī)通過(guò)組態(tài)軟件可以實(shí)時(shí)顯示由井下PLCS集并傳輸?shù)闹髋潘玫倪\(yùn)行參數(shù)，并存儲(chǔ)相關(guān)記錄，操作人員也只需在地面生產(chǎn)指揮中心采用鼠標(biāo)操作，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各泵組的控制；工業(yè)電視和硬盤錄像機(jī)可實(shí)時(shí)顯示、記錄井下?tīng)顩r?？刂萍巴ㄓ嵐芾韺佑蒔LCft觸摸屏組

26、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(hào)采集裝置等組成。PLC1責(zé)完成信號(hào)處理、邏輯判斷、故障診斷和參數(shù)記憶等功能。通過(guò)數(shù)據(jù)采集、模塊采集水位信號(hào)決定泵是否開(kāi)啟以及開(kāi)啟臺(tái)數(shù)，然后根據(jù)選擇的控制方式按流程啟動(dòng)泵組，此時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊將采集供電電源、電機(jī)、水泵的各項(xiàng)參數(shù)，如：檢測(cè)開(kāi)關(guān)的帶電狀態(tài)、電機(jī)定子溫度、軸承溫度、泵出水口壓力、主排水管流量、,并且通過(guò)數(shù)據(jù)交換設(shè)備傳輸?shù)降孛姹O(jiān)水泵前后軸溫度等。各參數(shù)將在觸摸屏上顯示控主站?？刂圃砣鐖D3所示。觸摸屏電機(jī)、水泵軸承溫度信號(hào)數(shù)字量輸入模塊主CPU模塊數(shù)字量輸出模塊聲光報(bào)警RS4S5啟動(dòng)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)工業(yè)以太網(wǎng)圖3-1水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)

27、原理圖機(jī)械設(shè)備層煤礦排水系統(tǒng)主要設(shè)備包括電機(jī)、水泵、吸水管道、排水管道、管道閥門等。該自動(dòng)控制系統(tǒng)是基于原煤礦排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(dòng)。除在電機(jī)、水泵和管道上做部分機(jī)械結(jié)構(gòu)的改動(dòng)以滿足傳感器的安裝需要外，主要是對(duì)原有排水閥門、注水閥門更換為電動(dòng)可控閥門；加裝為水泵注水的射流泵或?yàn)楸贸檎婵沼玫恼婵毡靡詽M足水泵啟動(dòng)的需要。為保證安全性，防止自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不能正常啟動(dòng)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。該系統(tǒng)的主要功能是通過(guò)觸摸屏組態(tài)畫面的切換，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、設(shè)定和動(dòng)態(tài)監(jiān)視，完成歷史數(shù)據(jù)歸檔及異常信號(hào)的報(bào)警，并通過(guò)檢測(cè)水倉(cāng)水

28、位和其它參數(shù)，實(shí)時(shí)控制水泵工作與適時(shí)啟動(dòng)水泵，合理調(diào)度水泵運(yùn)行。影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素PLC作為一種自動(dòng)化程度高、配置靈活的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制裝置。因?yàn)槠浔旧淼母呖煽啃?，它的?yīng)用場(chǎng)合越來(lái)越廣，環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，所受到的干擾也越來(lái)越多。在PLC控制系統(tǒng)中，就PLC本身來(lái)說(shuō)，其薄弱環(huán)節(jié)在I/O端口。來(lái)自電源波形的畸變、現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)的抖動(dòng)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(duì)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。對(duì)PLC的干擾的產(chǎn)生過(guò)程主要有三個(gè)因素組成：（1）電源引入的干擾。雷電沖擊、開(kāi)關(guān)操作

29、、大型電力設(shè)備啟停等，都有可能會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，造成PLC系統(tǒng)故障。（2）I/O信號(hào)線引入的干擾。在使用PLC組成控制系統(tǒng)時(shí)，要連接大小設(shè)備和各種通信線路，這樣就有可能會(huì)發(fā)生各種各樣的電磁干擾環(huán)境，影響PLC系統(tǒng)的運(yùn)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(huì)電路的正常運(yùn)行，有可能在成數(shù)據(jù)換亂，信號(hào)失真。PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施對(duì)PLC的干擾的產(chǎn)生過(guò)程主要有三個(gè)因素組成，相應(yīng)地對(duì)抑制所有電磁干擾的方法也從這三個(gè)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(dòng)及畸變對(duì)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

30、器的措施來(lái)解決。另外，也可以使用交流穩(wěn)壓電源來(lái)增大抗干擾能力或使用在線式不間斷供電源（UPS）來(lái)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(hào)。輸入端有感性負(fù)載時(shí)，在交流信號(hào)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(hào)負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管VD或壓敏電阻RV或穩(wěn)壓二極管VX或RC良涌吸收器等。在使用多芯信號(hào)電纜時(shí)，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(duì)電磁噪聲的靈敏度，提高自身抗干擾能力。4結(jié)束語(yǔ)井下排水技術(shù)在煤礦的開(kāi)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(dòng)控制系統(tǒng)研究的重要性?；诳删幊炭刂萍夹g(shù)的煤礦井下排水自動(dòng)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(kāi)發(fā)而成的，它具有許多傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)控制系統(tǒng)