基于冗余PLC的井下排水自動(dòng)控制系統的設計的論文
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摘 要：本文針對目前井下排水系統的故障出現在PLC硬件或者外圍線(xiàn)路上的問(wèn)題，提出了一種基于冗余PLC的井下排水自動(dòng)控制系統的設計方案，介紹了系統的硬件設計和軟件設計。實(shí)際應用表明，設計方案提高了井下排水自動(dòng)控制系統的安全性、可靠性，具有顯著(zhù)的實(shí)際意義。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制 冗余PLC 自動(dòng)控制系統
隨著(zhù)國家煤礦工業(yè)的發(fā)展,井下排水系統作為礦山的六大系統之一，承擔著(zhù)排除井下積水的重要任務(wù)。井下排水自動(dòng)控制系統的技術(shù)性能，直接影響著(zhù)煤礦生產(chǎn)的'安全運行。在傳統的井下排水控制系統中，一般采用繼電器或者PLC控制的方法，不具有冗余控制的功能，一旦PLC發(fā)生故障或者外圍硬件出現問(wèn)題，嚴重影響整個(gè)煤礦企業(yè)的安全性能。因此，本文設計了冗余型井下自動(dòng)排水系統，實(shí)現了冗余控制，有效地保證系統的穩定性。
1 系統總體設計結構
基于冗余PLC的井下排水自動(dòng)控制系統結構如圖1所示。
圖1 基于冗余PLC的井下排水自動(dòng)控制系統結構
該系統采用S7-400H冗余系統PLC，一套PLC系統正常運行，另一套PLC系統同步運行。當其中一套PLC出現故障時(shí)，同步地切換到另一套PLC系統，實(shí)現了PLC系統切換的快速性，保證了硬件和軟件的冗余，提高系統的安全運行效率。整個(gè)冗余系統采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，將水泵機組子模塊ET200中的檢測信號(電動(dòng)閥門(mén)、水泵運行狀態(tài)、電機電壓、電流、溫度、流量、液位等)通過(guò)以太網(wǎng)傳輸到冗余控制箱，在井下通過(guò)顯示操作臺控制和監控排水系統的工作狀況，可通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò )將數據傳輸到地面的調度室上位機，實(shí)現排水系統的遠程控制功能。
2 系統硬件設計
基于冗余PLC 的井下排水自動(dòng)控制系統硬件結構如圖2所示。
圖2 硬件系統結構
排水自動(dòng)控制系統硬件部分由冗余PLC、觸摸屏、上位機、交換機、檢測傳感器等組成。其中冗余系統的I/O輸入量：水泵工作方式、啟停信號、控制方式、主副真空泵的選擇、真空泵的啟停、急停、復位、液位開(kāi)關(guān)、排水閘閥、電磁閥的到位信號等;I/O輸出量：水泵的啟動(dòng)停止信號、故障指示、水泵運行指示、水位超限指示、排水閘閥和電磁閥開(kāi)關(guān)控制信號等;模擬量輸入信號：出水口正壓力、水泵吸水口負壓力、電機電壓、電流、水泵軸溫、電機軸溫、管路流量、水位等。觸摸屏采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的MP277，通過(guò)以太網(wǎng)與冗余S7-400通訊，當一套PLC系統發(fā)生故障時(shí)，觸摸屏自動(dòng)切換到另一套PLC系統，保證與觸摸屏的正常通訊。
3 系統軟件設計
冗余PLC的排水系統軟件程序有冗余切換子程序、避峰就谷子程序、模擬量采集子程序、水泵啟停子程序和故障檢測子程序組成。冗余切換程序完成對PLC通訊系統的檢測，當主PLC發(fā)生故障，程序自動(dòng)切換到備用系統;避峰就谷子程序根據用電部門(mén)提供的不同時(shí)間段的電價(jià)和數字液位開(kāi)關(guān)的信號自動(dòng)控制水泵的啟停數量;模擬量采集完成對電機參數、水泵進(jìn)水出水壓力、液位、溫度等的檢測;故障檢測程序完成對電機溫度、水位報警等的檢測;水泵的自動(dòng)啟停有水倉的液位完成，控制流程如圖3所示。
圖3 水泵自動(dòng)控制流程
排水泵房控制系統上位機監控軟件采用組態(tài)王6.55軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，電機參數、水泵的啟停狀態(tài)、通訊狀態(tài)、壓力、流量、液位等數據，展現在上位機上，實(shí)現井下排水系統的遠程控制。排水自動(dòng)化集控系統監控畫(huà)面如圖4所示。
圖4 排水自動(dòng)化集控系統監控畫(huà)面
4 結語(yǔ)
基于冗余PLC 的井下排水自動(dòng)控制系統采用完善的硬件和軟件思想實(shí)現了電機參數、壓力、溫度、液位、水泵啟停狀態(tài)、工作方式等功能，完全滿(mǎn)足煤礦安全生產(chǎn)的要求。實(shí)際應用表明，設計的排水自動(dòng)控制系統安全可靠，故障處理容易，維護簡(jiǎn)單，大大提高了排水系統的安全性、可靠性，完善了排水系統的控制功能，具有一定的實(shí)際意義。
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