基于PLC的矿井主排水泵控制系统研究.pdf
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1、 2 0 1 5年第 4期 李 霞等: 基于P L C的 矿井主 排水泵控制系 统研究 1 9 求 。 由于设备在矿井中使用 因此离心水泵 的配套 电机需要考虑 防爆要求 本设计选用 4台防爆鼠笼 型三相异步电动机 。型号 为 Y B 2 5 6 0 4 8 9 0 0 k W, 功 率 9 0 0 k W 。 额定电压为 1 0 k V 转速为 1 4 8 0 r m i n 。 1 1 2传 感 器 煤矿井下排水系统的 自动检测元件包括水位传 感器、 超声波流量计 、 温度传感器和压力传感器等。 ( 1 ) 水位传感器。传感器系统中用到的水位传 感器分为两种 一种是一体化超声波传感器 另一
2、种 则是本安数字式水位开关 超声波传感器运用的是 界面上折射和反射原理 , 实现水位高度 的测定。 探头 以一定 的频率发送多个超声波。 同时也接收回波 。 由 于超声波在空气中传播速度较慢 探头在收发过程 中记录下时间差 便能够得出水位液面距离探头之 间的实际高度 本安数字式水位开关利用矿井水的 导 电性 其 电阻值选择几欧姆到几百欧姆。 如果把它 放到本安电路中 就可以在线监测 出水位的变化。 前 者采用先进的超声波技术 为两线制传感器 输 出 4 2 0 m A信号 它安装于两个配水仓 内, 用于检测吸 水井的水位。 后者为接触式监测 。 安装于两个吸水井 中 作为前者失灵后 的备用水位
3、监测设备 , 用于防止 水位过高 。 ( 2 )超声波流量计 。矿用超声波流量计是对煤 矿井下明渠内或其他涌水点的水位和水流量进行 自 动测量和记录、集微电脑技术和计算机技术于一体 的自动化监测设备。矿用超声波流量计主要用于矿 井下水流量 自动测量和记录或实时传输 、 打印、 输出 报表等 。超声波液位计体积小 、 密封性好 、 安装和维 护方便 供电等设计能满足煤矿等设备的本安防爆 特性 , 整个仪器电路简单可靠 、 故障率低 、 精确度高 , 能够适用于矿井各种环境 。 ( 3 ) 温度传感器 。 对于矿井主排水系统 , 水泵设 备的温度要求上要实现连续和安全的运行 ,并且在 电机运行过程
4、中轴承的温度也将影响到整个系统的 性能 P T 1 0 0是一种无源接触式传感器 它用铂热 电 阻作为感温元件 温度传感器是利用其 电阻随温度 变化而变化这一特性实现对外界温度的度量 并将 其转换为电阻值 。它的检测精度比较高、 性能稳定 。 一 般用于中低温的工业现场。 它有两线制、 三线制和 四线制 的引线方式。 其中, 两线制一般用于精度要求 非 常低 的现场 工业 上需 要 的一般 是三 线制 的 。 三线 制能较好地与其他电桥搭配使用 同时消除由于引 线造成 的电阻影响 矿用表贴式温度传感器 G MP M 根据 G B 3 8 3 6 4中的爆炸性气体环境设备 的要求 进行设计生产
5、是矿用本质安全系数比较高的传感 器 防爆型热电阻设置在经过特殊材料制作的接线 盒 内该接线盒能把 因火花或者电弧引起的气体爆 炸限 制在 接线 盒 内 ( 4 )压力传感器 。压力传感器能把水泵吸水管 和压水管的压力变化反映成压力信号 提供给 P L C 用于设定电动阀的启闭与水泵 的启停 压力传感器 安装在管网上 主要包括矿用本安型压力传感器和 电接点压力表 , 前者安装于水泵出水 口处, 后者则安 装于水泵的吸水管上。 1 1 3液压 辅 助元件 离心式排水设备液压系统中还配置有滤水器 、 底阀、 闸阀、 逆止阀 、 灌引水漏斗 、 放气阀和旁通管、 压力表和真空表等液压元器件 ( 1 )
6、 滤水器和底阀 滤水器安装在水泵吸水管 的下端 其作用是阻止吸水井中沉淀的煤泥和杂物 被吸入水泵内 以防止水泵堵塞和磨损 。 在滤水管内 装有舌型底阀 它的作用是不使引水漏掉。 ( 2 )闸阀。调节闸阀安装在靠近水泵排水管上 方的排水管路上 位于逆止阀的下面 其作用是调节 水泵的流量和扬程 水泵启动时将它完全关闭 以降 低电动机的启动电流 放水闸阀安装在调节阀上方 的排水管的放水管上 其作用是为检修排水管时放 水用。 ( 3 ) 逆止阀。 逆止阀安装在调节 闸阀的上面 。 其 作用是 当水泵突然停止运转 或者在未关闭调节闸 阀的情况下停泵时 , 能 自动关 闭。 切断水流 使水泵 不致受到水力
7、冲击而遭到损坏 逆止阀是有方 向性 的, 在安装时, 必须使其箭头方向向上。 ( 4 ) 灌引水漏斗、 放气阀和旁通管。 灌引水漏斗 是在水泵初次启动时用于向水泵和吸水管中灌引 水 在 向水泵和吸水管中灌引水时 。 要通过放气阀将 水泵和吸水管中的空气放掉。 当排水管中有存水时 , 也可以通过旁通管向水泵和吸水管 中灌引水 此时 要将旁通管上的阀门打开 ( 5 )压力表和真空表。压力表安装在水泵的排 水接管上 , 用于检测排水管中水压的大小 。 常用的压 力表为普通弹簧管压力表 真空表安装在水泵的吸 水管上 。 用于检测水泵吸水 口处的真空度。 在离心式 水泵启动时。 要将压力表和真空表管上的
8、旋塞关闭 以防被压力水冲坏。当水泵启动后转速达到额定转 速时 。 再将压力表和真空表管上的旋塞打开 进行压 力和真空度的检测 煤炭科技 2 0 1 5年第 4期 1 2电控 系统 组成 中央水 泵房 自动化 控制 系统 由 自动检测 、 自动 控 制 、 动态 显示 和故 障报警 四部分 组 成 通 过 自动 检 测可将水仓水位 、排水管路流量和电机轴承温度由 相应的传感器传输至 P L C P L C经过判断计算处理 。 发出控制信号 便可对 4台主排水泵及其附属的抽 真空系统和管道 电动阀门等装置实施 自动化控制 同时水仓水位 、 水泵流量 、 水泵压力 、 电机 电流及 电 磁 阀的状态
9、 参数 及其相 应 的动态 画 面可在 上位机 上 动态显示。 若系统出现故障, 系统将检测到故障状态 参数 可报警显示并弹出故障画面 引起工作人员注 意, 这些故障都将保存记录, 以便进行故障分析。 中央水泵房 自动化控制系统电控系统硬件配置 如 图 2所示 。 P L C模块作 为系统 的核 心部分 主要 用 于完成对监测量的处理 、 运算和存储 并根据监测结 果进行逻辑处理 , 控制水泵及附属设备的启停 考虑 到现场设备 比较分散 采用远程 I O的方式进行数 据采集 和控制 由于 C P U 3 1 5 2 D P是 S 7 3 0 0系列 中唯一 带现 场总 线 ( P R O F
10、I B U S ) S I N E C L 2 一 D P接 口 的 C P U模块 , 因此 C P U模块选择 C P U 3 1 5 2 D P 远 程 I O用于实现分散数据的采集处理、集 中上传以 及控制指令 的现场输 出任务 本系统选用西 门子 E T 2 0 0 M远程 I O模块作为远程处理核心 图 2中央 水 泵 居 自动 化 控 制 系 统硬 件 配 置 数字量输入模块主要完成对设备 状态和就地 控制命令的采集。开关量主要包括球 阀到位信号 、 闸阀到位信号 、 断路器状态 、 就地控制命令等 考虑 到备用及系统扩展 控制 P L C配置两块 3 2路开关 量输入模块 远程
11、 I O部分配置 1块 3 2路开关量 输入模块 模拟量输入模块用于完成参控模拟量的实时采 集和处理。参控模拟量主要涉及水位 、 流量 、 压力和 负压等 。 根据需要 控制 P L C配置 1块模 拟量 采集 模块完成对水位 的监测 远程 I O部分配置 1 块模 拟量采集模块完成对压力 、 负压和流量的监测 数字量输 出模块用于输 出 P L C控制指令 完成 对设备的逻辑控制 需要进行逻辑控制的设备主要 包括电动球阀 、 电动闸阀、 水泵 电机控制高压柜、 真 空泵及防水门、 声光报警设备等 。 考虑到备用及系统 扩展 , 控制 P L C配置两块 1 6路继电器输出模块 远 程 I O
12、部分配置 l 块 1 6路继电器输 出模块 在现场应用 中一些第三方的设备和仪表只有 简单 的串行通信接 口, 如 R S 一 2 3 2 、 R 一 $ 4 8 5 , 通过 串 行通信模块可与之通信。系统中的串行通信设备包 括 电动机微机综合保护器和温度巡检仪 配置两块 C P 3 4 0分别与之进行数据交换 2 P L C 软件设计 2 。 1 系统功 能 需求 系统 的功能需求主要 由 P L C控制程 序设计来 实现 具体需求如下 : ( 1 )备用选择功能和 自动解 除功能 4台机组 可以任意选择一台作为备用机组 也能在水泵未运 行时随意切换备用机组 当某台机组在运行时发生 故障
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