煤矿泵房自动化控制系统设计

1、煤矿泵房自动化控制系统设计摘要煤矿泵房排水系统的可靠性和自动化控制越来越受到人们的关注，本文以西门子S7-300 PLC为控制器、西门子触摸屏为操作台、西门子交换机为工业以太网核心交换机、西门子Wicc为组态软件结合各种传感器进行煤矿泵房设计。阐述了泵房自动化设计的框架及西门子器件在泵房自动化中的应用，根据实际系统详细给出泵房自动化控制中各个环节的原理及实现方法。关键字煤矿泵房；PLC触摸屏；工业以太网；Wince1煤矿泵房自动化控制系统图1为泵房自动化控制系统的结构框图。交换机充纤仝换机PLC1（控制水眾1#、2#PLC2（拧钊水R3#, W）融損屛 Wfk典空厦零 WfK奠空度竽图1泵房自

2、动化控制系统框图S7-300Winceton_其中主要包括抽水泵管线上各种阀门及传感器，主控制器西门子PLC就地操作台西门子触摸屏，工业以太网，上位机远程监控软件西门子 等。5地面“气低水位图2水泵管路系统图单台水泵管路系统如图2所示，1为水仓水位；2水泵；3电动阀；4逆止阀；5射流泵电磁阀；6射流管；7真空泵电磁阀；8泵电机；9射流泵。水泵运行原理：采用水位传感器检测水位，为了安全可靠，通常采用模拟量 和开关 量两种传感器同时对水位检测，当水位高出设定值时开泵抽水。开泵抽水前需要首先对 水泵抽真空，根据煤矿安全要求，抽真空方式必须设置两种：射流抽真空和真空泵抽真 空。射流抽真空方式不消耗额外

3、资源，通常选为默认抽真空方式，真空泵抽真空方式作 为备用。泵体内真空度由负压压力表检测。当真空度 达到设定值时控制泵电机运行开始抽 水，同时检测泵体出水口水压，为了防止排水管道中的积水倒流，只有当岀水口压力达到设定值时才可以打开电动阀排水。2基于S7-300的自动排水设计安全生产是煤矿生产的先决条件，按照要求煤矿泵房至少需要一台水泵处于检修，一台备用，一套或多套可以运行。如何使各台水泵能按照设定自动运行是当今泵房 建设和改造的趋势，基于工业控制器PLC的设计方案因其性能可靠，性价比高等特点被广泛应用，本为以西门子S7-300 PLC为例说明泵房自动化控制的原理。泵房系统的控制方式可以分为就地控

4、制和远程控制，其中就地控制即通过井F泵房中触摸屏直接对水泵进行控制；远程控制为通过井上上位机监控软件控制，其中就 地控制的优先级大于远程控制。泵房系统的控制状态可分为手动控制、单台泵控制和自动轮换控制。手动控 制时只能手动操作各台泵上的开关对泵控制，触摸屏和上位机控制自动闭锁。单台泵控 制是通过触摸屏或远程监控控制对每台泵的启停分别控制，不考虑其工作时间因素。自 动轮换控制是PLC根据各台泵的运行时间自动停止一台连续工作时间最长且达到设定值的 水泵，然后开启一台备用中累计运行时间最短的投入运行。通常白天电价比晚上高，为了经济效益考虑，泵房通常釆用“避峰填谷”运行模式。采用设定不同开停泵抽水水位

5、值实现，设定四个水位A B、C、D,其中ABCD当电费低时段，水位达A点时开泵抽水，到水位降低到D点时才停 止抽水；当 电费高时段，水位达到B点才开泵抽水，水位到C点就停止抽水。采用西门子S7-300 PLC对水泵系统控制，其中水位，泵电机的电压、电流、温度， 各压力表的压力值等模拟量通过PLC模拟量输入模块采集到控制器中。水 位计、各阀门启动停止按钮等开关量通过PLC开关量模块采集到控制器中，同时数字量输出各种开关状态控制电磁阀、电动阀等动作。S7-300模块化设计使系统设计变 得非常自由，可根据实际需求选择各种输入输出模块。通常每套控制器扩展的点位 可控制两台泵运行，各PLC之间釆用PRO

6、FIBUSi讯。泵房主 要控制程序流程图如图PLC 3所示。开始2NN启动抽真空装讶足否超过廿泉设定水位N空拽是否开泵电机N开泵电动阀达到设定值水口压力否达到设定值N足否低于停泵设走水位停电机，关电动阀(a)单台泵启动程序流程图图3泵房系统11 r【JT 1打芥乔笙JU6JJLOJ. AB1Q)组态王画面(b)单台泵画面 图5泵房Wince组态画面6小结结合煤矿井下泵房发展趋势，本文给出了煤矿泵房自动化建设的设计思路。首先详细阐述了煤矿水泵排水系统的结构及操作流程。根据操作流程、运行状态以及“避峰填谷”等要求，给出了基于西门子 S7-300 PLC的煤矿泵房自动化控 制软 件实现方法和程序流程图。介绍了西门子触摸屏的优点，其在煤矿泵房自动 化建设中的应 用以及触摸屏与PLC控制器之间的连接。根据泵房传输数据需要，给出了煤矿工业以太网建设方案。最后介绍了基于西门子上位机组态软件Wince的泵房上位机监控系统及组态画面。参考文献1 高林煤矿井下排水系统的研究与开发D.太原：太原理工大学，2007.2 张大鹏，金强矿井主排水泵自动化控制的研究J 煤矿机械，2007,4(35):138- 1393 谭国俊，韩耀飞，熊数基于PLC的中央泵房自动化设计J工矿自动化，200