PLC在水泵自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、 收稿日期:2006-11-13作者簡介:肖林京(1966- , 男, 山東沂水人, 工學(xué)博士, 教授, 博士生導(dǎo)師, 2000年獲北京科技大學(xué)博士學(xué)位, 現(xiàn)任山東科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院院長兼黨委書記, 主要從事煤礦自動(dòng)化、煤礦信息化等方面的工作, 發(fā)表論文40余篇。P LC 在水泵自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用肖林京, 孫傳余, 梁慧斌(山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院, 山東青島266510摘要:隨著自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的日益成熟, P LC 的應(yīng)用也越來越廣泛, 文章介紹了應(yīng)用P LC 技術(shù)建立的井下水泵自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)中采集信號(hào)齊全, 故障保護(hù)也面面俱到, 工作流程準(zhǔn)確無誤, 旨在減輕工人的負(fù)擔(dān), 實(shí)現(xiàn)

2、無人值守, 提高水泵房的安全性、經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)代化管理水平。關(guān)鍵詞:P LC; 水泵; 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng); 西門子中圖分類號(hào):TH3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 0320102203隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通訊技術(shù)展, 化監(jiān)控領(lǐng)域。, 水泵電機(jī)需根據(jù)水位的變化頻繁地起動(dòng), 操作步驟比較繁瑣, 環(huán)境條件惡劣, 噪音較大, 氣溫偏高, 工人容易疲勞, 特別在發(fā)生水災(zāi)的情況下, 留人值守泵房也是很危險(xiǎn)的。水泵自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用, 可減輕工人負(fù)擔(dān), 實(shí)現(xiàn)無人值守, 也為全礦井進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控, 統(tǒng)一指揮奠定了基礎(chǔ)。1水泵房設(shè)備概況水泵房內(nèi)基本設(shè)備包括:電機(jī)、水泵、排水管路、真、電動(dòng)閘閥、電磁閥、射流閥、電動(dòng)閘門、超聲波數(shù)字流

3、量儀、真空表、壓力表等, 如圖1所示。5臺(tái)排水電機(jī)為上海電機(jī)廠的6k V, 1600k W , Y5601-4型電機(jī), 起動(dòng)方式為串電抗降壓起動(dòng), 真空泵電機(jī)為380V, 250W , YS-T 型電機(jī)2臺(tái), 1臺(tái)備用。水泵均為上海第一水泵廠的PJ200×9型泵, 流量7m 3/min, 揚(yáng)程83813m, 帶壓力表和真空度表顯示。2趟排水管道為377×16型管, 單管排水能力15124m 3/min, 管路總排水能力30148m 3/min 。真空主管道口徑為70mm, 真空分管道口徑為25mm, 真空管路里配有兩種不同型號(hào)的電磁閥, 正常工作以“真空泵抽空”為主, 以“

4、射流泵抽空”為輔。排水管路里閘閥均為電動(dòng)閘閥, 通過DKX 型電動(dòng)閥門控制箱進(jìn)行操作, 排水管圖1水泵房設(shè)備201信息工程煤炭工程2007年第3期 路還配有超聲波數(shù)字流量儀。3個(gè)水倉中均有超聲波數(shù)字物位儀, 水倉間的配水閘門為電動(dòng)閘門。水泵正常工作時(shí), 2臺(tái)工作, 2臺(tái)備用, 1臺(tái)檢修。2P LC 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)211P LC 采集的信號(hào)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中, 水泵電機(jī)的“開/?！笔峭ㄟ^“真空開關(guān)柜”間接控制的, 電動(dòng)閘閥及電動(dòng)閘門是通過“電動(dòng)閥門控制箱”間接控制的, 真空電機(jī)和電磁閥動(dòng)作、水倉水位、各種故障保護(hù)等均由P LC 直接控制。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況, 系統(tǒng)共采集94個(gè)D I, 80個(gè)DO,

5、70個(gè)A I 信號(hào)。涉及電動(dòng)機(jī)、水泵及排水管路、水倉、真空開關(guān)柜、電動(dòng)閥門控制箱、真空管路等諸方面, 如圖2所示。212P LC 故障保護(hù)功能P LC 控制具有完善的故障保護(hù)功能, 出現(xiàn)故障后有相應(yīng)的聲光報(bào)警, 并在觸摸屏上顯示出相應(yīng)的故障信息, 故障處理完畢后, 報(bào)警自動(dòng)消失。主要的保護(hù)項(xiàng)有:1 真空開關(guān)柜無儲(chǔ)能; 真空開關(guān)柜過壓、過流; 真空開關(guān)柜不能合閘; 真空開關(guān)柜不能分閘; 真空開關(guān)柜跳閘。2 電動(dòng)閥開過轉(zhuǎn)矩; 電動(dòng)閥關(guān)過轉(zhuǎn)矩; 電動(dòng)閥開不到位; 電動(dòng)閥關(guān)不到位; 電動(dòng)閥過載。3 ; 電機(jī)震動(dòng)劇烈; 電機(jī)電流過小。5; 。 。圖2采集信號(hào)213P LC 模塊組P LC 模塊組應(yīng)能根據(jù)

6、煤礦井下的電網(wǎng)情況和各個(gè)時(shí)段的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn), 據(jù)“移峰添谷”原則, 確定在低收費(fèi)段起動(dòng)水泵, 因此所選P LC 必須具備“日期時(shí)間”功能; 另一方面P LC 模塊組應(yīng)能與全礦井安全檢測監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng), 支持網(wǎng)頁瀏覽功能, 礦局網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)用戶可以使用I E 瀏覽器, 輸入對(duì)應(yīng)的I P 地址, 就可瀏覽和共享水泵房的信息, 但從安全角度考慮, 普通用戶僅具有瀏覽功能, 不能對(duì)水泵房的設(shè)備進(jìn)行操縱。為能實(shí)現(xiàn)地面遙控和無人值守功能, 所以要求P LC 的通訊能力強(qiáng)、工程組態(tài)靈活、具備自診斷、擴(kuò)展容易、使用方便、界面友好等。故采用了性能可靠、應(yīng)用廣泛的Sie mens S7-300系列P LC 及其功能模塊

7、。根據(jù)上面統(tǒng)計(jì)的采集信號(hào)數(shù)量, 考慮一定的設(shè)計(jì)冗余和信號(hào)處理工作量, P LC 的CP U 使用CP U317, 如圖3所示。圖中CP U317為中央處理器, 預(yù)留1個(gè)備用, I M 360、I M 361用于擴(kuò)展機(jī)架, S M321為數(shù)字量輸入模塊, S M322為數(shù)字量輸出模塊, S M323為數(shù)字量輸入/輸出模塊, S M331為模擬量輸入模塊, CP341為通信模塊, 可連接觸摸屏或其他設(shè)備, CP343為工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊。3P LC 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程水泵房自動(dòng)化監(jiān)控涉及電機(jī)、水泵、真空泵、電動(dòng)閘閥、電磁閥、儀表顯示、水位檢測等具體設(shè)備, 可按以下5個(gè)環(huán)節(jié)順序進(jìn)行操作:水位實(shí)

8、時(shí)檢測; 抽真空、自動(dòng)注水; 電機(jī)起動(dòng)與閘閥操縱; 參數(shù)通信與屏幕顯示; 故障預(yù)防檢測。311水位實(shí)時(shí)檢測水位信號(hào)是水泵自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)非常重要參數(shù), 水位實(shí)時(shí)檢測的任務(wù)是根據(jù)水位高低的變化自動(dòng)發(fā)出“開/?！彼玫拿? 水位傳感器的可靠性和準(zhǔn)確性將直接影3012007年第3期煤炭工程信息工程 響整個(gè)系統(tǒng)的性能, 為此設(shè)置了兩套水位傳感器1個(gè)“超聲波數(shù)字物位儀”, 用來連續(xù)檢測水位的變化; 4個(gè)開關(guān)量的“浮球式液位開關(guān)”, 用來離散地判斷水位的變化, 兩套傳感器均放在水倉的配水井內(nèi), 相互并聯(lián)工作?！案∏蛞何婚_關(guān)”對(duì)應(yīng)的水位1最低, 水位4最高。當(dāng)水位升到水位2時(shí), 若處于低計(jì)費(fèi)時(shí)段, 可以

9、立即啟動(dòng); 若處于高計(jì)費(fèi)段, 則暫緩啟動(dòng)。當(dāng)水位繼續(xù)上升至水位3時(shí), 則不論電網(wǎng)如何, 必須啟動(dòng)水泵。若水位繼續(xù)上升至水位4時(shí), 則表明二臺(tái)水泵的排水量已不足以排出礦井的出水, 則啟動(dòng)第三臺(tái)水泵, 兩趟管路, 一齊排水, 若水位仍維持在水位4, 甚至繼續(xù)上升, 則啟動(dòng)第四臺(tái)水泵。無論投入幾臺(tái)水泵, 水位必須下降到水位1以下, 方可停泵?！俺暡ㄎ镂粌x”將水位變化的準(zhǔn)確值傳入P LC, 并送到觸摸屏上進(jìn)行顯示 。圖3P LC 模塊組312抽真空、在水泵腔內(nèi)無水情況下起動(dòng), 由于密度空氣比水小得多, 即使水泵滿轉(zhuǎn)速運(yùn)行, 也不可能把水吸入到泵腔內(nèi); 而且在無水情況下, 由于“填函”中的密封填料與泵

10、軸的干摩擦, 會(huì)造成定子與轉(zhuǎn)子之間的熱咬合, 因此水泵起動(dòng)前必須首先進(jìn)行抽真空或自動(dòng)注水。系統(tǒng)中采用“真空泵抽真空”和“射流泵抽真空”的雙重方式, 以“真空泵抽真空”為主、“射流泵抽真空”為輔, 真空泵起動(dòng)后, 由真空度表監(jiān)視真空度, 電流、流量作為監(jiān)視真空度的后備參數(shù)?！吧淞鞅贸檎婵铡眱H在意外條件下由人工進(jìn)行手動(dòng)操作。313電機(jī)起動(dòng)與閘閥操縱水泵電機(jī)容量大, 耗電量高, 屬一級(jí)負(fù)荷, 對(duì)控制系統(tǒng)的安全性、可靠性要求也較高。若因水泵長期不用, 電機(jī)受潮或有其它故障而未被發(fā)現(xiàn), 在緊急情況下, 需要投入?yún)s不能投入時(shí), 會(huì)影響整個(gè)礦井的安全。故水泵房的電機(jī)按照“輪換工作制”的方式進(jìn)行工作, 使故障

11、早發(fā)現(xiàn)、早處理, 確保礦井的安全。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某臺(tái)電機(jī)及其所屬閘閥故障時(shí), 該泵組自動(dòng)退出循環(huán), 其余泵組照常運(yùn)行。電機(jī)起動(dòng)時(shí), 因?yàn)殡x心式水泵軸功率特性曲線, 在零流量時(shí)具有最小起動(dòng)電流值, 為了降低起動(dòng)電流, 水泵操作規(guī)程規(guī)定:離心式水泵一定要關(guān)閉出水閘閥進(jìn)行起動(dòng); 當(dāng)水泵停機(jī)時(shí), 為防逆止閥突然關(guān)閉, 水流速度劇烈變化, 造成水擊事故, 必須先關(guān)閉出水閘閥, 緩慢減小水流流速, 最后停機(jī)。314參數(shù)通信與屏幕顯示在檢測水位的同時(shí), 電動(dòng)機(jī)電流、電壓, 電動(dòng)閘閥、電動(dòng)閘門和電磁閥的開關(guān)狀態(tài)、排水流量、水倉水位、水泵壓力、真空度等參數(shù), 都送至P LC 內(nèi)部, 并在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示出來, 然后

12、通過網(wǎng)絡(luò), 以B /S模式, 傳送到地面上的計(jì)算機(jī)終端, 用戶可方便地查詢和使用資源。315故障預(yù)防檢測水泵正常排水后, 通過對(duì)電動(dòng)機(jī)電流、電壓, 電動(dòng)閘閥、電動(dòng)閘門和電磁閥的開關(guān)狀態(tài)、排水流量、水倉水位、水泵壓力、真空度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控, 以及它們之間固有的約束關(guān)系, 形成一個(gè)完善的故障預(yù)測閉鎖環(huán)。例如當(dāng)某臺(tái)水泵排水利用率不高, 或電動(dòng)閘門生銹以致無法徹底關(guān)閉或打開時(shí), 通過超聲波數(shù)字流量儀測定的流量值將達(dá)不到預(yù)定值, 此時(shí)該水泵組將停機(jī), 轉(zhuǎn)為起動(dòng)另一水泵組。4結(jié)論將P LC 技術(shù)應(yīng)用到礦井下的水泵房中, 可減輕工人負(fù)擔(dān), 實(shí)現(xiàn)無人值守, 也為全礦井進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控, 數(shù)字化建設(shè)奠定基礎(chǔ)。按照“移峰填谷”的原則, 合理調(diào)度各臺(tái)水泵的“輪流工作”與“適時(shí)起動(dòng)”, 既避免了人工判斷水位的不準(zhǔn)確, 杜絕了水泵人為的頻繁起動(dòng), 也實(shí)現(xiàn)了在用電低峰期, 起動(dòng)水泵的功能。提高了泵房的可靠性、用電效率、經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)代化管理水平。在礦井的綜合化數(shù)字信息建設(shè)進(jìn)程中, 發(fā)揮著重大的作用, 在實(shí)際應(yīng)用中,