基于冗余PLC的井下排水自动控制系统的设计的论文
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摘 要：本文针对目前井下排水系统的故障出现在PLC硬件或者外围线路上的问题，提出了一种基于冗余PLC的井下排水自动控制系统的设计方案，介绍了系统的硬件设计和软件设计。实际应用表明，设计方案提高了井下排水自动控制系统的安全性、可靠性，具有显著的实际意义。
关键词：自动控制 冗余PLC 自动控制系统
随着国家煤矿工业的发展,井下排水系统作为矿山的六大系统之一，承担着排除井下积水的重要任务。井下排水自动控制系统的技术性能，直接影响着煤矿生产的'安全运行。在传统的井下排水控制系统中，一般采用继电器或者PLC控制的方法，不具有冗余控制的功能，一旦PLC发生故障或者外围硬件出现问题，严重影响整个煤矿企业的安全性能。因此，本文设计了冗余型井下自动排水系统，实现了冗余控制，有效地保证系统的稳定性。
1 系统总体设计结构
基于冗余PLC的井下排水自动控制系统结构如图1所示。
图1 基于冗余PLC的井下排水自动控制系统结构
该系统采用S7-400H冗余系统PLC，一套PLC系统正常运行，另一套PLC系统同步运行。当其中一套PLC出现故障时，同步地切换到另一套PLC系统，实现了PLC系统切换的快速性，保证了硬件和软件的冗余，提高系统的安全运行效率。整个冗余系统采用工业以太网通讯，将水泵机组子模块ET200中的检测信号(电动阀门、水泵运行状态、电机电压、电流、温度、流量、液位等)通过以太网传输到冗余控制箱，在井下通过显示操作台控制和监控排水系统的工作状况，可通过光纤网络将数据传输到地面的调度室上位机，实现排水系统的远程控制功能。
2 系统硬件设计
基于冗余PLC 的井下排水自动控制系统硬件结构如图2所示。
图2 硬件系统结构
排水自动控制系统硬件部分由冗余PLC、触摸屏、上位机、交换机、检测传感器等组成。其中冗余系统的I/O输入量：水泵工作方式、启停信号、控制方式、主副真空泵的选择、真空泵的启停、急停、复位、液位开关、排水闸阀、电磁阀的到位信号等;I/O输出量：水泵的启动停止信号、故障指示、水泵运行指示、水位超限指示、排水闸阀和电磁阀开关控制信号等;模拟量输入信号：出水口正压力、水泵吸水口负压力、电机电压、电流、水泵轴温、电机轴温、管路流量、水位等。触摸屏采用西门子公司生产的MP277，通过以太网与冗余S7-400通讯，当一套PLC系统发生故障时，触摸屏自动切换到另一套PLC系统，保证与触摸屏的正常通讯。
3 系统软件设计
冗余PLC的排水系统软件程序有冗余切换子程序、避峰就谷子程序、模拟量采集子程序、水泵启停子程序和故障检测子程序组成。冗余切换程序完成对PLC通讯系统的检测，当主PLC发生故障，程序自动切换到备用系统;避峰就谷子程序根据用电部门提供的不同时间段的电价和数字液位开关的信号自动控制水泵的启停数量;模拟量采集完成对电机参数、水泵进水出水压力、液位、温度等的检测;故障检测程序完成对电机温度、水位报警等的检测;水泵的自动启停有水仓的液位完成，控制流程如图3所示。
图3 水泵自动控制流程
排水泵房控制系统上位机监控软件采用组态王6.55软件进行开发，电机参数、水泵的启停状态、通讯状态、压力、流量、液位等数据，展现在上位机上，实现井下排水系统的远程控制。排水自动化集控系统监控画面如图4所示。
图4 排水自动化集控系统监控画面
4 结语
基于冗余PLC 的井下排水自动控制系统采用完善的硬件和软件思想实现了电机参数、压力、温度、液位、水泵启停状态、工作方式等功能，完全满足煤矿安全生产的要求。实际应用表明，设计的排水自动控制系统安全可靠，故障处理容易，维护简单，大大提高了排水系统的安全性、可靠性，完善了排水系统的控制功能，具有一定的实际意义。
参考文献：
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