基于PLC的泵房自動(dòng)化控制應(yīng)用

鄭強(qiáng)+張明

摘 ?要：采用PLC自動(dòng)監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位，根據(jù)水倉(cāng)水位的高低與各臺(tái)水泵連續(xù)開(kāi)機(jī)次數(shù)累加等參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，合理調(diào)度水泵，實(shí)現(xiàn)其全自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，準(zhǔn)確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制設(shè)備運(yùn)行。介紹了PLC在北宿煤礦井下二水平排水控制系統(tǒng)的組成、功能、特點(diǎn)及應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：PLC;井下排水系統(tǒng);自動(dòng)控制;北宿煤礦

一、概述

井下泵房排水系統(tǒng)作為煤礦生產(chǎn)的主要設(shè)備，擔(dān)負(fù)著井下排水防澇的重要任務(wù)。但是，目前煤礦井下主排水系統(tǒng)控制和管理水平都相對(duì)比較落后，與國(guó)外相比具有很大的差異。主要表現(xiàn)有：在電氣控制上，自動(dòng)化監(jiān)控程度較低，水泵的開(kāi)停及選擇切換均需要人工完成，還做不到根據(jù)水位等參數(shù)自動(dòng)開(kāi)停水泵;在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統(tǒng)計(jì)都是手工操作。這些都影響了排水系統(tǒng)的管理和經(jīng)濟(jì)效益的提高。

北宿煤礦-290m水平的中央泵房?jī)?nèi)安裝三臺(tái)MDM280-43

×3多級(jí)離心式排水泵，每臺(tái)水泵的流量為280 m3/h，揚(yáng)程129M，配帶電機(jī)容量為160KW，電壓為660V。我們對(duì)三臺(tái)水泵及其附屬的抽真空系統(tǒng)與管道電動(dòng)閥門(mén)等裝置實(shí)施了自動(dòng)控制改造，實(shí)現(xiàn)了基于PLC的自動(dòng)控制，并能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)顯示，并將數(shù)據(jù)傳送到地面生產(chǎn)調(diào)度中心，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及報(bào)警顯示。

二、設(shè)計(jì)模型及依據(jù)

系統(tǒng)是根據(jù)水倉(cāng)水位的高低與連續(xù)開(kāi)機(jī)次數(shù)累加等參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，合理調(diào)度三臺(tái)排水泵，實(shí)現(xiàn)其全自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，;同時(shí)由PLC控制柜上的觸摸屏實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。

水泵的開(kāi)機(jī)順序?yàn)椋捍蜷_(kāi)射流電磁閥（每泵二只）自動(dòng)灌引水、開(kāi)啟排水泵、自動(dòng)打開(kāi)排水管路上氣動(dòng)閥、關(guān)閉射流電磁閥，實(shí)現(xiàn)排水泵自動(dòng)開(kāi)機(jī)。

水泵的關(guān)機(jī)順序?yàn)椋鹤詣?dòng)關(guān)閉排水管路上電動(dòng)閥、關(guān)閉排水泵，實(shí)現(xiàn)排水泵自動(dòng)關(guān)機(jī)。

系統(tǒng)將水倉(cāng)水位的上限、下限分別設(shè)置兩級(jí)。水位上限為：一級(jí)（高）、二級(jí)（高高）;水位下限為：一級(jí)（低）、二級(jí)（低低）。

水位上限時(shí)的開(kāi)機(jī)順序：一級(jí)超限時(shí)，起動(dòng)第一臺(tái)水泵運(yùn)行排水，二級(jí)超限時(shí)聲光告警，啟動(dòng)第二臺(tái)水泵運(yùn)轉(zhuǎn);在水位下限時(shí)的停機(jī)順序與開(kāi)機(jī)時(shí)相反，分別為：一級(jí)低限時(shí)，停止一臺(tái)水泵運(yùn)行排水，二級(jí)低限時(shí)停止第二臺(tái)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。

下次開(kāi)機(jī)時(shí)的開(kāi)機(jī)順序由各臺(tái)水泵的開(kāi)機(jī)次數(shù)的累加值決定，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)水泵輪換運(yùn)轉(zhuǎn)，即開(kāi)機(jī)次數(shù)最少的水泵下次開(kāi)機(jī)時(shí)應(yīng)優(yōu)先開(kāi)機(jī)，開(kāi)機(jī)次數(shù)最多的水泵下次應(yīng)最后開(kāi)機(jī)。并且，單臺(tái)水泵的單次運(yùn)行時(shí)間最多為8個(gè)小時(shí)，超過(guò)8個(gè)小時(shí)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止此臺(tái)水泵運(yùn)行，并自動(dòng)開(kāi)啟下一臺(tái)水泵。以使各臺(tái)水泵具有較為平均的開(kāi)機(jī)時(shí)間累加，延長(zhǎng)其使用壽命，保證安全生產(chǎn)。開(kāi)機(jī)次數(shù)達(dá)到50次時(shí)，在觸摸屏上顯示維護(hù)信息，確認(rèn)后，開(kāi)機(jī)次數(shù)復(fù)位為零。

三、系統(tǒng)監(jiān)控與保護(hù)

數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)主要分為兩類：模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)。模擬量檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要有：水倉(cāng)水位、電機(jī)工作電流、電機(jī)溫度、3趟排水管流量;數(shù)字量檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要有：水泵軟啟動(dòng)器的狀態(tài)、電動(dòng)閥的工作狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力。

水倉(cāng)水位是系統(tǒng)的最主要參數(shù)，它通過(guò)裝在水倉(cāng)頂部的兩臺(tái)超聲波料位計(jì)來(lái)采集的，精度可達(dá)到1mm。其他參數(shù)的監(jiān)測(cè)主要是用于在PLC中作為邏輯處理的條件和依據(jù)，控制排水泵的啟停以及監(jiān)測(cè)水泵、電機(jī)的運(yùn)行狀況，超限報(bào)警，以避免水泵和電機(jī)損壞。

動(dòng)態(tài)模擬顯示選用人機(jī)公司的MT-508S型觸摸式工業(yè)圖形顯示器（觸摸屏），系統(tǒng)通過(guò)圖形動(dòng)態(tài)顯示水泵、電磁閥和電動(dòng)閥的運(yùn)行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進(jìn)行事故報(bào)警。實(shí)時(shí)顯示水泵抽真空情況和出水口壓力值 。用圖形填充以及趨勢(shì)圖、棒狀圖方式和數(shù)字形式準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地顯示水倉(cāng)水位。自動(dòng)記錄故障類型、時(shí)間等歷史數(shù)據(jù)，并在屏幕上端循環(huán)顯示正在出現(xiàn)的故障，并伴有聲音報(bào)警，直到故障消除，以提醒工作人員及時(shí)檢修，避免水泵和電機(jī)損壞。PLC與觸摸屏通訊的同時(shí)也和地面監(jiān)控中心通訊，實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

四、控制模式

系統(tǒng)控制具有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)檢修3種工作方式。自動(dòng)時(shí)，由PLC檢測(cè)水位、壓力 及有關(guān)信號(hào)，自動(dòng)完成各泵組運(yùn)行，不需人工參與;半自動(dòng)工作方式時(shí)，由工作人員選擇某 臺(tái)或幾臺(tái)泵組投入，PLC自動(dòng)完成已選泵組的啟停和監(jiān)控工作;手動(dòng)檢修方式為故障檢修和 手動(dòng)試車時(shí)使用，當(dāng)某臺(tái)水泵及其附屬設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，該泵組將自動(dòng)退出運(yùn)行，不影響其 它泵組正常運(yùn)。PLC柜上設(shè)有該泵的禁止啟動(dòng)按鈕，設(shè)備檢修時(shí)，可防止其他人員誤操作。并且，系統(tǒng)設(shè)有管理權(quán)限，只有輸入正確密碼后才可以進(jìn)行單個(gè)設(shè)備的試機(jī)及檢修工作， 以保證系統(tǒng)安全可靠。系統(tǒng)可隨時(shí)轉(zhuǎn)換為自動(dòng)和半自動(dòng)工作方式運(yùn)行。

結(jié)論：從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，北宿煤礦泵房排水系統(tǒng)自動(dòng)化改造提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性;提高了工人的工作效率，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人值守;方便統(tǒng)一調(diào)度和集中管理，提高了管理水。因此，泵房控制自動(dòng)化是現(xiàn)代化礦井的發(fā)展趨勢(shì)。endprint