基於冗餘PLC的井下排水自動控制系統的設計的論文

基於冗餘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硬體或者外圍線路上的問題，提出了一種基於冗餘PLC的井下排水自動控制系統的設計方案，介紹了系統的硬體設計和軟體設計。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 冗餘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'安全執行。在傳統的井下排水控制系統中，一般採用繼電器或者PLC控制的方法，不具有冗餘控制的功能，一旦PLC發生故障或者外圍硬體出現問題，嚴重影響整個煤礦企業的安全效能。因此，本文設計了冗餘型井下自動排水系統，實現了冗餘控制，有效地保證系統的穩定性。

　　1 系統總體設計結構

　　基於冗餘PLC的井下排水自動控制系統結構如圖1所示。

　　圖1 基於冗餘PLC的井下排水自動控制系統結構

　　該系統採用S7-400H冗餘系統PLC，一套PLC系統正常執行，另一套PLC系統同步執行。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，保證了硬體和軟體的冗餘，提高系統的安全執行效率。整個冗餘系統採用工業乙太網通訊，將水泵機組子模組ET200中的檢測訊號(電動閥門、水泵執行狀態、電機電壓、電流、溫度、流量、液位等)透過乙太網傳輸到冗餘控制箱，在井下透過顯示操作檯控制和監控排水系統的工作狀況，可透過光纖網路將資料傳輸到地面的排程室上位機，實現排水系統的遠端控制功能。

　　2 系統硬體設計

　　基於冗餘PLC 的井下排水自動控制系統硬體結構如圖2所示。

　　圖2 硬體系統結構

　　排水自動控制系統硬體部分由冗餘PLC、觸控式螢幕、上位機、交換機、檢測感測器等組成。其中冗餘系統的I/O輸入量：水泵工作方式、啟停訊號、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、電磁閥的到位訊號等;I/O輸出量：水泵的啟動停止訊號、故障指示、水泵執行指示、水位超限指示、排水閘閥和電磁閥開關控制訊號等;模擬量輸入訊號：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。觸控式螢幕採用西門子公司生產的MP277，透過乙太網與冗餘S7-400通訊，當一套PLC系統發生故障時，觸控式螢幕自動切換到另一套PLC系統，保證與觸控式螢幕的正常通訊。

　　3 系統軟體設計

　　冗餘PLC的排水系統軟體程式有冗餘切換子程式、避峰就穀子程式、模擬量採集子程式、水泵啟停子程式和故障檢測子程式組成。冗餘切換程式完成對PLC通訊系統的檢測，當主PLC發生故障，程式自動切換到備用系統;避峰就穀子程式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訊號自動控制水泵的啟停數量;模擬量採集完成對電機引數、水泵進水出水壓力、液位、溫度等的檢測;故障檢測程式完成對電機溫度、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體採用組態王6.55軟體進行開發，電機引數、水泵的啟停狀態、通訊狀態、壓力、流量、液位等資料，展現在上位機上，實現井下排水系統的遠端控制。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

　　基於冗餘PLC 的井下排水自動控制系統採用完善的硬體和軟體思想實現了電機引數、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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