排水控制系统软硬件设计研究 本文关键词：软硬件，排水，控制系统，研究，设计
排水控制系统软硬件设计研究 本文简介：摘要：对智能控制系统的整体设计进行了分析，主要由执行层、控制层和监控层，设计了智能控制系统的硬件部分，分析了ＰＬＣ模块的选择、传感器的选型以及出水闸阀的控制原理，然后设计了ＰＬＣ控制系统主程序、子程序以及上位机监控系统。研究为矿井智能排水提供了理论基础。关键词：智能化；排水控制系统；ＰＬＣ模块；传感
排水控制系统软硬件设计研究 本文内容：
摘要：对智能控制系统的整体设计进行了分析，主要由执行层、控制层和监控层，设计了智能控制系统的硬件部分，分析了ＰＬＣ模块的选择、传感器的选型以及出水闸阀的控制原理，然后设计了ＰＬＣ控制系统主程序、子程序以及上位机监控系统。研究为矿井智能排水提供了理论基础。
关键词：智能化；排水控制系统；ＰＬＣ模块；传感器；主程序；子程序；上位机监控系统
随着“绿色矿山”的理念已经进入煤炭行业，国内大多煤矿向智能化进行转变，智能、节能、高校、安全的排水系统已成为煤矿智能化建设的重要内容。随着传感器的普及，煤矿排水逐渐智能化，专家决策系统、蚁群优化算法、支持向量机ＳＳＶＭ算法、神经网络算法以及模糊ＰＩＤ算法等方法的出现，为矿井智能化提供了理论基础［１２］。本文主要研究了智能控制系统的整体设计和智能控制系统的软硬件设计，解决了原有矿井排水落后、运行方式单一等问题。
１智能控制系统的整体设计
矿井智能控制系统主要由执行层、控制层和监控层３部分组成，矿井智能排水控制系统的拓扑结构［３６］如图１所示。（１）执行层。矿井智能排水控制系统的执行层主要有：①执行机构。实现相关电机、软启动器及闸阀等设备的控制操作。②视频监控。主要由光端机、摄像仪组成，采集现场监控画面，利用工业以太网传送到上位机。③检测单元。主要负责采集进出水口压力、进出水流量等参数。（２）控制层。主要由ＰＬＣ组成，采集的信号传输到ＰＬＣ中处理，然后输出控制指令，从而实现矿井智能排水的目的。（３）监控层。主要由工业以太网和上位机组成，经过以太网，将下层采集的数据传输到上位机中，从而实现上位机对系统远程的控制和监测。
２智能控制系统的硬件设计
２.１ＰＬＣ控制单元设计
ＰＬＣ选择遵循的原则：①经济适用，尽量降低成本最低；②Ｉ／Ｏ端口应留有余量，能够满足日后的扩展和该系统所需；③ＰＬＣ所处泵房环境，ＰＬＣ应具有防尘、防爆以及具有良好的容错性和可靠性。泵房ＰＬＣ控制单元选用Ｓ７３００核心控制器，ＰＬＣ单元模块主要由输出单元、输入单元、中央处理器和电源单元组成。ＰＬＣ模块选择［７１０］见表。
２.２检测单元设计
ＰＬＣ选择遵循的原则：①传感器的检测范围、灵敏度、检测时长和精度应满足需求；②经济适用，尽量降低成本最低；③能够适应煤矿恶劣的环境，其传输信号的最大距离、湿度和震动应满足需求。传感器选型统计见表２。
２.３排水闸阀设计
（１）排水闸阀设计。本文采用ＭＧＱ９１１Ｆ４０ＣＤＮ２５矿用电磁球阀，闸阀供电采用单向ＡＣ１２７Ｖ电源。（２）出水闸阀电气设计。出水闸阀的控制原理如图２所示。
３智能控制排水系统ＰＬＣ程序实现
３.１ＰＬＣ控制系统主程序的实现
根据结构化编程思想，设计了排水系统的程序结构，控制系统主要由启停泵流程、控制方式和策略的选择、输入信号处理等子程序组成。ＰＬＣ控制系统主程序流程如图３所示。
３.２ＰＬＣ控制系统子程序的实现
依据矿井排水系统设计的控制功能，ＰＬＣ控制系统子程序主要包括水泵轮换控制、智能控制、水泵自动停启、电机软启动和控制方式。本文主要分析了水泵轮换控制的程序设计，目的是增加的使用寿命，避免了水泵的闲置和一直运行。以某煤矿水泵房的水泵群为例，水泵轮换控制的程序设计流程如图４所示。水泵轮换控制的程序设计了储存单元，储存单元主要储存本次水泵的运行时间、水泵累计的运行次数以及水泵累计的运行时间，每个水泵设计了３个储存单元。
４智能控制排水系统上位机设计
上位机主要由参数设置、查询统计、可视界面３部分组成。上位机监控系统如图５所示。（１）参数设置。提供各传感器的屏蔽功能，并能够对各水泵用时和水泵参数进行设置。（２）查询设计。主要是登录历史、各阀门动作查询、设备的故障查询和水泵启停记录查询。（３）可视界面。主要包括历史曲线界面、主控界面和登录界面（管理员身份登录和操作身份登录）。
５结语
本文设计了矿井智能化排水控制系统，主要实现了硬件的设计、ＰＬＣ控制系统主程序的设计、ＰＬＣ控制系统子程序及智能控制排水系统上位机设计。系统实现了水泵自动轮换功能、智能控制以及多方式控制等机能。
作者：庞佳 单位：焦作煤业（集团）赵固一矿
排水控制系统软硬件设计研究 来源：网络整理
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