礦用隔爆兼本安型可編程控制箱的PLC 模塊設(shè)計(jì)

葉源濤 李 鵬 王子懿

（ 安徽理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 淮南232001）

隨著煤礦自動(dòng)化與信息化水平的提高，建設(shè)集約、安全、高效、綠色型礦井，實(shí)現(xiàn)減員提效、保障生產(chǎn)安全成了煤炭行業(yè)追求的目標(biāo)[1]。為了實(shí)現(xiàn)礦井排水設(shè)備的無(wú)人值守和智能聯(lián)動(dòng)控制，能夠在節(jié)能減排基礎(chǔ)上有效延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命，在減員增效基礎(chǔ)上進(jìn)一步減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，在安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上提高礦井的自動(dòng)化水平和運(yùn)營(yíng)管理水平，基于PLC的礦用隔爆兼本安型隔爆箱就是為了提高這方面的能力而應(yīng)用的，它是礦井排水系統(tǒng)的核心控制部分。本控制箱可用于煤礦井下或其他周圍空氣中含有爆炸性氣體的工礦企業(yè)中[2]。

1 PLC 模塊設(shè)計(jì)

該可編程控制箱的PLC控制模塊如圖1 所示。

圖1 PLC 控制模塊

上述PLC控制模塊的CPU部分是ST60,SB COM1 信號(hào)板，數(shù)字量輸入模塊，EM AE08 模擬量擴(kuò)展模塊，RS485 通信接口等組成。ST60 是晶體管輸出模塊，其中36 個(gè)輸入接口，24 個(gè)輸出接口。該P(yáng)LC控制部分具有1 路本安直流電源和2 路非安直流電源輸出的功能，可用于給外部傳感器、小型電動(dòng)球閥等設(shè)備供電使用。該模塊具有模擬量采集、開(kāi)關(guān)量輸入輸出的功能。

其中正壓傳感器以來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水泵出水口處排水壓力，當(dāng)排水壓力不足無(wú)法上水時(shí)控制箱可發(fā)出報(bào)警，并在顯示屏上顯示故障信息[3]。同時(shí)負(fù)壓傳感器以來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水泵進(jìn)水口處的實(shí)時(shí)負(fù)壓值，當(dāng)負(fù)壓值大于正常排水的壓力時(shí)控制箱發(fā)出報(bào)警，并在顯示屏上顯示故障信息。

液位傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵房水倉(cāng)內(nèi)實(shí)時(shí)液位值，當(dāng)監(jiān)測(cè)到水倉(cāng)液位大于啟泵上限液位時(shí)，控制箱可發(fā)出啟泵信號(hào)給用于控制水泵電機(jī)的高爆開(kāi)關(guān)或者高壓柜。PT100 溫度傳感器監(jiān)測(cè)電機(jī)的溫度并實(shí)時(shí)顯示在屏幕上，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的溫度值大于設(shè)定的溫度保護(hù)值時(shí)。發(fā)出報(bào)警及停機(jī)信號(hào)。開(kāi)關(guān)的采集可以采集具有開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出的傳感器或其他控制器等，可用于采集電動(dòng)閘閥開(kāi)到位、關(guān)到位信號(hào)，電動(dòng)球閥的開(kāi)到位、關(guān)到位信號(hào)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)反饋信號(hào)燈。當(dāng)有報(bào)警或需要停止其他電動(dòng)閘閥、電動(dòng)球閥、開(kāi)關(guān)啟動(dòng)器、高爆開(kāi)關(guān)、高壓柜等設(shè)備時(shí)可以發(fā)出無(wú)源開(kāi)關(guān)信號(hào)。繼電器模塊相當(dāng)于很多對(duì)開(kāi)合觸點(diǎn)，它們接收CPU 模塊傳來(lái)的電信號(hào)而控制外部設(shè)備的啟動(dòng)停止注水排氣等動(dòng)作。

圖2 CPU 控制模塊

圖3 繼電器控制模塊

圖4 隔離柵控制模塊

圖5 200 SMART 控制程序單臺(tái)泵

2 PLC 模塊連接設(shè)計(jì)

溫度采集模塊有四組采集點(diǎn)，將采集到的模擬量通過(guò)RS485通信接口傳給CPU控制模塊，通過(guò)CPU的分析最終將信號(hào)傳遞到顯示屏上。隔離柵分別感受水箱正壓負(fù)壓，液位的變化，以及外界水閥的震動(dòng)通過(guò)CPU的EM AE08 擴(kuò)展模塊傳給CPU，通過(guò)CPU 的處理分析最終上傳到顯示屏。CPU模塊將電信號(hào)傳到繼電器上，通過(guò)繼電器控制電機(jī)啟動(dòng)、停止、注水、排氣、閘閥開(kāi)關(guān)等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)[4]。DC24V直流穩(wěn)壓模塊將外界的大的交變電壓轉(zhuǎn)換成24V 直流電壓用來(lái)給CPU 模塊供電，而12V 直流穩(wěn)壓模塊把外界大的交變電壓轉(zhuǎn)換成12V 直流電壓用來(lái)供給球閥。其中CPU模塊如圖2 所示、繼電器模塊如圖3 所示、隔離柵模塊如圖4 所示。

3 PLC 程序的設(shè)計(jì)

運(yùn)用S7 200-smart PLC 軟件編寫了一個(gè)程序控制單臺(tái)泵的運(yùn)行。程序如圖5 所示。

4 結(jié)論

本PLC 控制模塊裝置設(shè)計(jì)合理，可實(shí)現(xiàn)較多監(jiān)測(cè)控制功能，其應(yīng)用于的可編程控制箱在礦用排水系統(tǒng)中功能齊全，作用強(qiáng)大。為后續(xù)的產(chǎn)品研發(fā)與井下應(yīng)用提供了新的思路和解決方案。