基于PLC矿井主排水自动控制系统的设计
2012-07-11宋阳
宋 阳
（德州职业技术学院 电气工程系，德州 253034）
0 引言
在煤矿地下开采的过程中，由于地层中水的涌出，地下积水会增多，在煤矿开采过程中会破坏到地层结构，导致岩层断裂发生突水事故，给人们的生命、国家的财产带来威胁[1]。因此，井下排水尤为重要。井下排水系统是煤矿生产中重要环节，担负着井下积水排除的重要任务。然而，传统的排水控制方法，是用人工进行检测(如人工检测水仓水位、淤泥厚度、管道、闸阀及配电设备状况等)，这种检测控制方法效率低，工人劳动强度大，且由于井下环境恶劣，故障率较高，所以靠人工检测的方法已不适应煤炭发展的需要，取而代之的是自动化排水系统[2]。
目前，PLC在国内外工业控制中已获得广泛应用[3]，在矿井排水系统中，采用PLC自动监测排水系统的运行状况，自动进行数据采集、自动记录、故障报警、事故分析、多台水泵启动的自动切换等，所得到的动态资料准确性高，控制的可靠性高。
1 基于PLC的井下自动排水系统总体设计
1.1 基于PLC的矿井主排水控制系统设计
井主排水控制系统由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）和执行部分等组成，其硬件结构如图1所示。
1.2 软件流程图
图1 排水控制系统硬件结构图
图2 系统的软件流程图
图2所示为系统的软件流程图。由流程图可知，系统开始启动后，首先进行与高压开关柜的通讯，然后进行模拟量以及I/O处理程序，系统自检与门处理程序。然后判断系统处于自动运行、手动运行、半自动运行三种运行方式中的哪一种，然后根据判断得到的结果进行相应的操作。根据控制板上的旋转开关的位置判断出系统的运行方式后，如处于PLC自动运行方式，则PLC根据程序流程顺序执行，自动完成水泵的启动，轮换工作，故障报警，停止。如处于半自动运行方式下，则由人工选择哪台水泵投入运行，PLC根据水泵的泵号自动完成该台水泵的自动启动，运行，停止。而手动方式下，PLC不参与任何操作控制，全部由人工通过控制按钮来控制整个系统的运行。
1.3 地址分配
表1 模拟量输入地址分配
表2 数字量输入地址分配
表3 数字量输出地址分配
表4 模拟量的存储地址
1.4 PLC的程序设计
PLC的程序设计采用西门子开发西门子的S7-300系列的编程语言STEP7，其设计程序如下：
1）首先介绍模拟量处理程序，这里以水泵流量为例
L PIW 436 //1#流量装入累加器1
ITD //16位整数转化成32位整数
DTR //32位整数转化成32位实数
T MD 8
L 3.616898e-002 //乘于流量值中间变量
L MD8
*R
L 2.900000e-001 //加上校正系数
+R
T MD 12 //存入MD12中
2）下面给出1#水泵流量累计计算的程序：
A I 37.0 //判断1#水泵电动阀是否开
JC lllj1 //若RLO=1时跳转，否则，
顺序执行
JU lllj2 //无条件跳转
lllj1: L MD12 //载入流量计读数
L 1.666667E-002
*R //乘以校正系数
T MD 16 //放入MD16中
L MD 20 //调出1#流量累计值
L MD 16
+R //相加后再放入MD 20中
T MD 20
L MD 58 // 调出系统总流量累计值
L MD 16
+R // 加上本次流量值
T MD 58 //相加后放入MD58中
Lllj2: A I69.0 //判断2#水泵电动阀是否开
JC lllj2a //若RLO=1时跳转，否则，
顺序执行
JU lllj3 //无条件跳转
Lllj2a: L MD28 //载入流量计读数
L 1.666667E-002
*R //乘以校正系数
T MD 32 //放入MD32中
L MD 36 //调出1#流量累计值
L MD 32
+R //相加后再放入MD36中
T MD 36
L MD 58 // 调出系统总流量累计值
L MD 32
+R // 加上本次流量值
T MD 58 //相加后放入MD58中
Lllj3: A I101.0 //判断3#水泵电动阀是否开
JC lllj3a //若RLO=1时跳转，否则，
顺序执行
JU lllj1 //无条件跳转
Lllj3a: L MD44 //载入流量计读数
L 1.666667E-002
*R //乘以校正系数
T MD 50 //放入MD50中
L MD 54 //调出1#流量累计值
L MD 50
+R //相加后再放入MD54中
T MD 54
L MD 58 // 调出系统总流量累计值
L MD 50
+R // 加上本次流量值
T MD 58 //相加后放入MD58中
3）根据3台水泵的各自的流量累计值，就可
以比较出开泵的泵号了。求开泵泵号程序可写为：
L P #512.1 //1#水泵开泵标志位装入累加器1
T MD 200 //放入MD200中
L MD 36 //2#流量累计值装入累加器1
L MD 20 //1#流量值装入累加器1，2#移入累加器2
〈=R
JC LAR1 //1#流量〈=2#流量，则转LAR1，
L MD 200
L L#1 //否则，泵号+1
+D
T MD 200 //结果放入MD200中
L MD 54 //3#流量累计值装入累加器1
L MD 36 //2#流量累计值装入累加器1，3#移入累加器2
〈=R
JC LAR2 //2#流量〈=3#流量,转LAR2
L MD 200
L L#1
+D //否则，泵号+1
T MD 200 //结果放入MD200中
JU LAR2 //转LAR2
LAR1:L MD 54 //3#流量值装入累加器1
这样，通过判断是否处于电价的峰值，处于峰值，只有当水位达到危险水位时才能启动水泵，若处于电价低谷时，只要水位达到排水水位时就启动水泵排水。单台水泵自动启动的过程为：启动抽真空系统、检测真空度、启动水泵、检测水泵出水口压力、打开水泵出水口电动闸阀，从而实现了矿井排水系统的自动控制。
2 结束语
本论文针对煤矿井下主排水系统自动化程度不高的现状，研究设计了PLC控制煤矿井下自动排水系统。成功实现了煤矿井下主排水系统的自动控制。成功解决了靠人工检测的方法已不适应煤炭发展的需要的难题，取而代之的是自动化排水系统。
[1] 徐守坤, 刘丽莎, 石林, 马正华. 一种矿井主排水智监控系统的设计探讨[J]. 工矿自动化, 2010, 1(1): 85-88.
[2] 赫飞, 张鹏, 汪玉凤.基于PLC的煤矿井下排水系统的设计[J]. 冶金自动化. 2008, S1: 742-744.
[3] 蔡寿将, 王培良. 步进电机PLC控制系统在吊粒烫色技术中的应用[J]. 制造业自动化, 2012, 34(3).
