基于PLC的控制系統(tǒng)在煤礦排水泵中的應(yīng)用

王曉峰

（陽(yáng)煤集團(tuán)三礦機(jī)電工區(qū)，山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)有不同來(lái)源的水進(jìn)入到井下，對(duì)礦井安全生產(chǎn)形成巨大威脅。井下的排水設(shè)備不僅在平時(shí)擔(dān)任著排水的任務(wù)，而且在井下發(fā)生大規(guī)模涌水時(shí)擔(dān)任著搶險(xiǎn)排水的任務(wù)。因此，保證煤礦井下排水的正常運(yùn)行對(duì)井下安全生產(chǎn)有著重大的意義。

1 控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

目前，井下的排水設(shè)備基本上都是靠人工控制，自動(dòng)化水平較低［1］。設(shè)計(jì)以PLC為基礎(chǔ)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)有三種控制方式：手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)。手動(dòng)方式即通過(guò)人工操作來(lái)控制各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行。半自動(dòng)控制就是按需要通過(guò)對(duì)運(yùn)行排水泵的臺(tái)數(shù)及其啟停進(jìn)行設(shè)定，此種控制方式主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況來(lái)滿足需求。自動(dòng)控制方式即通過(guò)PLC設(shè)定的程序自動(dòng)完成操作動(dòng)作，人員只需要通過(guò)監(jiān)測(cè)電視來(lái)對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控［2，3］。將自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用到排水泵自動(dòng)化控制中，可實(shí)現(xiàn)如下功能。

1.1 保護(hù)設(shè)備

此系統(tǒng)可以對(duì)自身進(jìn)行診斷，對(duì)設(shè)備電壓、電流、溫度、水流壓力等參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)某一參數(shù)值異常時(shí)，PLC會(huì)發(fā)出警報(bào)并且停止排水泵運(yùn)行，保護(hù)設(shè)備。

1.2 參數(shù)信息實(shí)時(shí)顯示

水泵真空度、運(yùn)行水泵數(shù)目、排水流量、排水壓力、設(shè)備溫度等各項(xiàng)參數(shù)信息通過(guò)人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示。報(bào)警信號(hào)也可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)得到顯示。

1.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控

此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊和監(jiān)控功能，通過(guò)各種信號(hào)設(shè)備，可以將PLC和地面上的工控機(jī)連接，建立自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，顯示并且記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在井下排水設(shè)備附近安裝攝像機(jī)，可以將設(shè)備運(yùn)行的狀況以畫(huà)面形式傳輸?shù)降孛妗?/p>

1.4 合理調(diào)度

系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位信息，根據(jù)水位信息確定工作的水泵臺(tái)數(shù)，監(jiān)測(cè)水泵運(yùn)行的時(shí)間，替換長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的水泵，防止水泵過(guò)度運(yùn)行。并且可以在井下電力負(fù)荷較大時(shí)，適當(dāng)停止水泵運(yùn)行的臺(tái)數(shù)和時(shí)間，在滿足排水的要求下盡可能地滿足其他設(shè)備的用電需求。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該控制系統(tǒng)主要由監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)、機(jī)房電控設(shè)備、收集信號(hào)裝置、電視監(jiān)控設(shè)備等組成。此系統(tǒng)可分為機(jī)械設(shè)備、PLC控制系統(tǒng)和地面監(jiān)控站三部分。

2.1 機(jī)械設(shè)備

機(jī)械設(shè)備主要是指管道、水泵、閥門(mén)等。該設(shè)備組成與人工控制的排水設(shè)備組成大致相同，但需要在原設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行改動(dòng)。將上述機(jī)械設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)來(lái)滿足安裝傳感器的需求，把原有的閥門(mén)替換為電動(dòng)閥門(mén)。為了滿足水泵啟動(dòng)的要求，在水泵上安裝射流泵或者真空泵。為防止發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)系統(tǒng)不能啟動(dòng)水泵，設(shè)置了人工控制方式。

2.2 PLC控制系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、電控設(shè)備、信號(hào)收集裝置等共同組成了PLC控制系統(tǒng)。PLC可以對(duì)信號(hào)處理并進(jìn)行邏輯判斷及對(duì)故障進(jìn)行診斷等。數(shù)據(jù)采集可以收集到水位信息來(lái)決定水泵是否開(kāi)啟及開(kāi)啟的臺(tái)數(shù)，然后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的程序來(lái)完成水泵的啟停動(dòng)作。此時(shí)系統(tǒng)可以收集到電機(jī)、水泵等的各項(xiàng)參數(shù)。

2.3 地面監(jiān)測(cè)站

地面監(jiān)測(cè)站主要由工控機(jī)、監(jiān)測(cè)軟件及監(jiān)測(cè)電視等組成，通過(guò)通訊電纜和PLC等設(shè)備連接。工控機(jī)可以通過(guò)檢測(cè)軟件顯示井下PLC收集到的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，操作人員可以在地面指揮中心直接實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的控制。監(jiān)測(cè)電視可以實(shí)時(shí)顯示井下設(shè)備的情況。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC程序采用西門(mén)子生產(chǎn)的S7－300／400型PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件，使用語(yǔ)句表、邏輯圖和功能塊圖編制程序。此PLC共包括一個(gè)CPU、一個(gè)供電單元，以及I／O模塊（輸入輸出模塊）。編制程序時(shí)首先對(duì)硬件的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，為編制控制程序打下基礎(chǔ)。整個(gè)程序包括供電狀態(tài)和水位信息檢測(cè)、啟動(dòng)水泵、參數(shù)檢測(cè)、故障報(bào)警、水泵故障停止等。流程圖如圖1所示。

3.2 組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)的功能主要是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。此系統(tǒng)使用WINCC型監(jiān)控軟件來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，此程序可以產(chǎn)生實(shí)時(shí)收集和顯示設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)信息，便于控制的實(shí)時(shí)化和可視化，并且提供報(bào)警系統(tǒng)。

編制的人機(jī)界面包括控制畫(huà)面、故障報(bào)警記錄和參數(shù)顯示畫(huà)面等信息。工作人員可以使用觸摸屏選擇控制方式并且了解到系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程可視化。組態(tài)軟件可以與地面上位機(jī)同步，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖1 程序流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

以S7－300型PLC作為水泵控制系統(tǒng)的核心，通過(guò)對(duì)程序進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)水位情況調(diào)整水泵運(yùn)行的臺(tái)數(shù)和對(duì)水泵的啟停進(jìn)行控制，提高排水的安全性。同時(shí)也可對(duì)水泵的運(yùn)行進(jìn)行合理調(diào)度，設(shè)備利用率得到提高，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

此自動(dòng)控制系統(tǒng)使用技術(shù)可靠的S7－300型PLC，可靠性高、故障率低，且具有設(shè)備診斷功能，可通過(guò)手動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)正常啟動(dòng)水泵。通過(guò)觸摸屏可實(shí)現(xiàn)控制方式轉(zhuǎn)換、故障復(fù)位、系統(tǒng)巡查等功能。此外，系統(tǒng)通訊功能實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。總之，此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)提高煤礦井下排水的可靠性、安全性具有重要意義，應(yīng)用前景巨大。

［1］ 胡奇蕓，于巖，于卉.基于帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.礦山機(jī)械，2009（3）：114－116.

［2］ 喬?hào)|凱.PLC和變頻器在電廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.礦山機(jī)械，2009（2）：157－159.

［3］ 陳遠(yuǎn)立.電氣控制與可編程控制器［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2004.