基于plc的煤仓排水控制系统设计

基于plc的煤仓排水控制系统设计内容摘要：

机温度、轴承温度、排水管流量等参数，并通过通讯模块与综合监测监控主机实现数据交换。 该系统具有运行可靠、操作方便、自动化程度高等特点，并可节省水泵的运行费用。 采用图形、趋势图和数字形式直观地显示管路的瞬时流量及累计流量，对井下用 2 电负荷的监测 量、电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、 超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕下端循环显示最新出现的故障，以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。 第三节 系统 的 组成 井下主排水泵自动化控制系统由数据自动采集、自动轮换工作、自动控制、后台监控系统及故障记录报警和通讯接口等 5个部分组成。 一 数据自动采集与检测 数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。 模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、 3趟排水 管流量；数字量检测的数据主要有：水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电磁阀状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力。 数据自动采集主要由 PLC 实现， PLC 模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，将水位变 化信号进行转换处理，计算出单位时间内不同水位段水位的上 升速率，从而判断矿井的涌水量，控制排水泵的启停。 电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，超限报警，以避免水泵和电机损坏。 PLC 的数 字量输入模块将各种开关量信号采集到 PLC中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停。 在数据采集过程中，模拟量信号的处理是将模拟信号变换成数字信号（ A/D 转换），其变换速度由采样定律确定。 一般情况下，采样频率应为模拟信号中最高频率成分的 2倍以上，这样经 A/D 变换的精度可完全恢复到原来的模拟信号精度。 A/D 变换的精度取决于 A/D 变换器的位数。 如 5V 电压要求以 5mV 精度变换时，精度为 5mV/5V=%,即1/1000十进制的 1000用二进制表示时要求为 10位 ,而本系统所采用的 A/D模块分辨率为16bit,其精度在 177。 % 以上，该精度等级足以满足控制系统要求。 同时， PLC 所采用的 A/D 模块均以积分方式变换，可使输入信号的尖峰噪音和感应噪声平均化，适用于噪音严重的工业场所。 3 二 自动轮换工作 为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未 经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了 4台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停 水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当某台泵或所属阀门故障、某趟管路漏水时，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产的目的。 三 自动控制 系统控制设计选用了德国西门子公司 S7 200 型 PLC 为控制主机，该机 为 块化结构，由 PLC 机架、 CPU、数字量 I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。 为了保证井下安全生产，系统可靠运行，水位信号是水泵自动化一个 非常重要的参数，因此，系统采用了国外著名厂家的防暴超声波液位计做为水位信号的采集及传输，并设置了两套水位传感器，模拟量和开关量传感器，两套传感器均设于水井的排水配水井内， PLC 将接受到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，并根据现场具体情况启动或停止水泵。 四 后台监控系统 后台监控系统系统采用我公司自主研发的最新组态软件 RD2020，以强大得Windows 2020 Server 为平台，基于 SQL Server 2020 数据库处理系统，通过图形动态显示水泵运行状态，水井水位状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。 用图形填充以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水井水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。 4 采用图形、趋势图和数字形式直观地显示管路的瞬时流量及累计流量，对井下用电负荷的监测量、电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、 超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕下端循环显示最新出现的故障，以提醒工作人员及时检修 ，避免水泵和电机损坏。 打印分为正常打印和异常打印，有定时启动、人工启动、和事件驱动三种启动方式。 定时打印所需的各种报表，打印周期可自由设定；人工启动，由操作人员通过人机界面召唤启动打印；事件驱动，由系统自动根据事件处理结果输出。 包括：远动状态、设备投退、遥测越限、遥控操作记录、遥信变位、事件记录、系统设备故障、交接班记录。 监控主机采用原装研华工控机采用总线网络结构，主站系统和外部计算机系统采用多种灵活方式连接。 各个节点硬件配置：显卡、声卡、显示器、网卡、打印机等。 五 通讯接口 PLC 通过通讯接口和通 讯协议，与后台监控主机通讯，将水泵机组的工作状态与运行参数传至监控主机，完成各数据的动态显示；同时，操作人员也可利用监控系统地操作界面将操作指令传至 PLC，控制水泵运行。 PLC 同时将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统分站传至地面生产调度监控中心主机，与全矿井安全生产监控系统联网，管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统 的遥测、遥控，并为矿领导提供生产决策信息。 监控主机可动态显示主排水系统运行的模拟图、运行参数图表，记录系统运行和故障数据，并显示故障点以提醒操作人员注意。 5 第二章 煤仓排水控制系统结构设计 第一节 系统结构 系统采用现场层 (IO)、控制层 (PLC)和管理层 (上位机 )组成的三级控制系统来实现排水系统的自动控制。 上位机利用友好的人机界面实现人机对话和远程监控功能，PLC 作为控制器完成逻辑处理和控制任务，远程 IO 实现现场数据的采集和上传，通过专门的控制网络实现数据交换和统一调度控制。 其中控制层主要由 PLC 控制 柜构成，是整个排水系统的控制核心， PLC控制柜由 PLC、触摸屏、检测部分 (模拟量和开关量监测采集 )、执行部分等组成。 PLC 控制柜中的核心部分是 PLC 模块，用于完成对于监测量的处理、运算和存储，并根据监测结果进行逻辑处理，控制水泵及附属设备启停。 为保证控制器的可靠性，系统选用德国西门子生产的 S7300 系列 PLC 作为主要控制单元，考虑到现场设备比较分散，就地控制箱采用远程 I/O 的方式进行数据采集及控制，并通过现场总线同 CPU模块进行数据交换。 系统为实现对设备状态、就地控制命令采集、输出控制指令、设备 逻辑控制等功能， 主 PLC 配置了 2 块 32 路数字量输入模块和 2 块 16 路数字量输出模块，远程 I/O 配置 1 块 32 路数字量和 1 块 16 路数字量输出模块。 主 PLC 还配。