基于PLC礦井主排水自動控制系統的設計

宋 陽

（德州職業技術學院 電氣工程系，德州 253034）

0 引言

在煤礦地下開采的過程中，由于地層中水的涌出，地下積水會增多，在煤礦開采過程中會破壞到地層結構，導致巖層斷裂發生突水事故，給人們的生命、國家的財產帶來威脅[1]。因此，井下排水尤為重要。井下排水系統是煤礦生產中重要環節，擔負著井下積水排除的重要任務。然而，傳統的排水控制方法，是用人工進行檢測(如人工檢測水倉水位、淤泥厚度、管道、閘閥及配電設備狀況等)，這種檢測控制方法效率低，工人勞動強度大，且由于井下環境惡劣，故障率較高，所以靠人工檢測的方法已不適應煤炭發展的需要，取而代之的是自動化排水系統[2]。

目前，PLC在國內外工業控制中已獲得廣泛應用[3]，在礦井排水系統中，采用PLC自動監測排水系統的運行狀況，自動進行數據采集、自動記錄、故障報警、事故分析、多臺水泵啟動的自動切換等，所得到的動態資料準確性高，控制的可靠性高。

1 基于PLC的井下自動排水系統總體設計

1.1 基于PLC的礦井主排水控制系統設計

井主排水控制系統由PLC（可編程邏輯控制器）、觸摸屏、檢測部分（模擬量和開關量采集）和執行部分等組成，其硬件結構如圖1所示。

1.2 軟件流程圖

圖1 排水控制系統硬件結構圖

圖2 系統的軟件流程圖

圖2所示為系統的軟件流程圖。由流程圖可知，系統開始啟動后，首先進行與高壓開關柜的通訊，然后進行模擬量以及I/O處理程序，系統自檢與門處理程序。然后判斷系統處于自動運行、手動運行、半自動運行三種運行方式中的哪一種，然后根據判斷得到的結果進行相應的操作。根據控制板上的旋轉開關的位置判斷出系統的運行方式后，如處于PLC自動運行方式，則PLC根據程序流程順序執行，自動完成水泵的啟動，輪換工作，故障報警，停止。如處于半自動運行方式下，則由人工選擇哪臺水泵投入運行，PLC根據水泵的泵號自動完成該臺水泵的自動啟動，運行，停止。而手動方式下，PLC不參與任何操作控制，全部由人工通過控制按鈕來控制整個系統的運行。

1.3 地址分配

表1 模擬量輸入地址分配

表2 數字量輸入地址分配

表3 數字量輸出地址分配

表4 模擬量的存儲地址

1.4 PLC的程序設計

PLC的程序設計采用西門子開發西門子的S7-300系列的編程語言STEP7，其設計程序如下：

1）首先介紹模擬量處理程序，這里以水泵流量為例

L PIW 436 //1#流量裝入累加器1

ITD //16位整數轉化成32位整數

DTR //32位整數轉化成32位實數

T MD 8

L 3.616898e-002 //乘于流量值中間變量

L MD8

*R

L 2.900000e-001 //加上校正系數

+R

T MD 12 //存入MD12中

2）下面給出1#水泵流量累計計算的程序：

A I 37.0 //判斷1#水泵電動閥是否開

JC lllj1 //若RLO=1時跳轉，否則，

順序執行

JU lllj2 //無條件跳轉

lllj1: L MD12 //載入流量計讀數

L 1.666667E-002

*R //乘以校正系數

T MD 16 //放入MD16中

L MD 20 //調出1#流量累計值

L MD 16

+R //相加后再放入MD 20中

T MD 20

L MD 58 // 調出系統總流量累計值

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 //判斷2#水泵電動閥是否開

JC lllj2a //若RLO=1時跳轉，否則，

順序執行

JU lllj3 //無條件跳轉

Lllj2a: L MD28 //載入流量計讀數

L 1.666667E-002

*R //乘以校正系數

T MD 32 //放入MD32中

L MD 36 //調出1#流量累計值

L MD 32

+R //相加后再放入MD36中

T MD 36

L MD 58 // 調出系統總流量累計值

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 //判斷3#水泵電動閥是否開

JC lllj3a //若RLO=1時跳轉，否則，

順序執行

JU lllj1 //無條件跳轉

Lllj3a: L MD44 //載入流量計讀數

L 1.666667E-002

*R //乘以校正系數

T MD 50 //放入MD50中

L MD 54 //調出1#流量累計值

L MD 50

+R //相加后再放入MD54中

T MD 54

L MD 58 // 調出系統總流量累計值

L MD 50

+R // 加上本次流量值

T MD 58 //相加后放入MD58中

3）根據3臺水泵的各自的流量累計值，就可

以比較出開泵的泵號了。求開泵泵號程序可寫為：

L P #512.1 //1#水泵開泵標志位裝入累加器1

T MD 200 //放入MD200中

L MD 36 //2#流量累計值裝入累加器1

L MD 20 //1#流量值裝入累加器1，2#移入累加器2

〈=R

JC LAR1 //1#流量〈=2#流量，則轉LAR1，

L MD 200

L L#1 //否則，泵號+1

+D

T MD 200 //結果放入MD200中

L MD 54 //3#流量累計值裝入累加器1

L MD 36 //2#流量累計值裝入累加器1，3#移入累加器2

〈=R

JC LAR2 //2#流量〈=3#流量,轉LAR2

L MD 200

L L#1

+D //否則，泵號+1

T MD 200 //結果放入MD200中

JU LAR2 //轉LAR2

LAR1:L MD 54 //3#流量值裝入累加器1

這樣，通過判斷是否處于電價的峰值，處于峰值，只有當水位達到危險水位時才能啟動水泵，若處于電價低谷時，只要水位達到排水水位時就啟動水泵排水。單臺水泵自動啟動的過程為：啟動抽真空系統、檢測真空度、啟動水泵、檢測水泵出水口壓力、打開水泵出水口電動閘閥，從而實現了礦井排水系統的自動控制。

2 結束語

本論文針對煤礦井下主排水系統自動化程度不高的現狀，研究設計了PLC控制煤礦井下自動排水系統。成功實現了煤礦井下主排水系統的自動控制。成功解決了靠人工檢測的方法已不適應煤炭發展的需要的難題，取而代之的是自動化排水系統。

[1] 徐守坤, 劉麗莎, 石林, 馬正華. 一種礦井主排水智監控系統的設計探討[J]. 工礦自動化, 2010, 1(1): 85-88.

[2] 赫飛, 張鵬, 汪玉鳳.基于PLC的煤礦井下排水系統的設計[J]. 冶金自動化. 2008, S1: 742-744.

[3] 蔡壽將, 王培良. 步進電機PLC控制系統在吊粒燙色技術中的應用[J]. 制造業自動化, 2012, 34(3).