基于冗余PLC的井下排水自動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硬件或者外圍線路上的問題，提出了一種基于冗余PLC的井下排水自動控制系統的設計方案，介紹了系統的硬件設計和軟件設計。實際應用表明，設計方案提高了井下排水自動控制系統的安全性、可靠性，具有顯著的實際意義。
關鍵詞：自動控制 冗余PLC 自動控制系統
隨著國家煤礦工業的發展,井下排水系統作為礦山的六大系統之一，承擔著排除井下積水的重要任務。井下排水自動控制系統的技術性能，直接影響著煤礦生產的'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發生故障或者外圍硬件出現問題，嚴重影響整個煤礦企業的安全性能。因此，本文設計了冗余型井下自動排水系統，實現了冗余控制，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，同步地切換到另一套PLC系統，實現了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。整個冗余系統采用工業以太網通訊，將水泵機組子模塊ET200中的檢測信號(電動閥門、水泵運行狀態、電機電壓、電流、溫度、流量、液位等)通過以太網傳輸到冗余控制箱，在井下通過顯示操作臺控制和監控排水系統的工作狀況，可通過光纖網絡將數據傳輸到地面的調度室上位機，實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、液位開關、排水閘閥、電磁閥的到位信號等;I/O輸出量：水泵的啟動停止信號、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關控制信號等;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。觸摸屏采用西門子公司生產的MP277，通過以太網與冗余S7-400通訊，當一套PLC系統發生故障時，觸摸屏自動切換到另一套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發生故障，程序自動切換到備用系統;避峰就谷子程序根據用電部門提供的不同時間段的電價和數字液位開關的信號自動控制水泵的啟停數量;模擬量采集完成對電機參數、水泵進水出水壓力、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 水泵自動控制流程
排水泵房控制系統上位機監控軟件采用組態王6.55軟件進行開發，電機參數、水泵的啟停狀態、通訊狀態、壓力、流量、液位等數據，展現在上位機上，實現井下排水系統的遠程控制。排水自動化集控系統監控畫面如圖4所示。
圖4 排水自動化集控系統監控畫面
4 結語
基于冗余PLC 的井下排水自動控制系統采用完善的硬件和軟件思想實現了電機參數、壓力、溫度、液位、水泵啟停狀態、工作方式等功能，完全滿足煤礦安全生產的要求。實際應用表明，設計的排水自動控制系統安全可靠，故障處理容易，維護簡單，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，具有一定的實際意義。
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