基于PLC的中央泵房自动化设计.pdf

第 l 期 2 0 0 6年 2月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n NO ．1 Fe b ．2 0 0 6 ’ ◆ ‘ “ “ i 技术交流 l ． ． ．_ l ． _．． 1◆ 文章编号 1 6 7 1 2 5 l X 2 O 0 6 0 1 一O 0 4 8 0 3 基于P L C的中央泵房自动化设计 谭 国俊 ， 韩耀 飞 ， 熊 树 中国矿业大学信 电学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 介绍 了一种基于 P I C的煤矿 井下中央泵房 自动控制 系统的设计思路 ， 给 出了该 系统的硬件框图 和软件流程图。实践证明该系统设计符合要求， 整体运行安全可靠、 故障率低、 节电效果明显 关键词 矿井； 中央泵房； 集散控制 ； P L C； P RO F I B US 中图分类号 T D 4 4 2 ． 5 ／ 6 3 6 文献标识码 B Th e Au t o ma t i o n De s i g n o f Ce n t r a 1 Pu mp Ro o m Ba s e d o n PLC TAN Gu o j u n， HAN Ya o f e i ， XI ONG S h u Co l l e g e o f I n f o r ma t i o n a n d El e c t r i c a l En g i n e e r i n g o f C UMT．，Xu z h o u 2 2 1 0 0 8，Ch i n a Ab s t r a c t An a u t o ma t i o n c o n t r o l s y s t e m f o r c e n t r a l p u mp r o o m u n d e r g r o u n d b a s e d o n PLC wa s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ． Th e h a r d wa r e f i g u r e a n d s o f t wa r e d i a g r a m we r e s h o we d ． Th e r e s u l t o f p r a c t i c e s h owe d t h a t t he d e s i gn f i t s t he d e ma nd s a nd t he s ys t e m i s s a f e，d e pe n da bl e a nd s a vi ng． Ke y wo r ds mi ne，c e nt r a l pu mp r o o m ，DCS，PLC，PROFI BUS 0 引言 矿井中央泵房是煤矿生产的重要环节。 其工作 可靠性的高低直接关系到全矿的安全生产。提高煤 矿水泵的运转可靠性及其 自动化程度是煤矿机电设 备改革的一项重要 内容。现就井下中央泵房 自动控 制系统的实现加以阐述 。 1 控 制 系统 的概 况及 其 要求 本系统由 5台矿用多级耐磨泵 MD5 0 0 5 7 8 配套 5台电动机 Y5 0 0 4 ， 1 1 2 0 k W， 6 k V 组 成 ， 其 主要要求 是根据水仓水位变化情况来决定 5 台水泵的启停， 以保证井下的排水系统能够正常工 作 。具体要求如下 1 5台水泵既能够用射流方式抽 真空启动 ， 也可用真空泵方式启动。 收稿 日期 2 0 0 5 1 0 1 1 作者简介 谭国俊 ， 男 。 教授 ， 博 士生导师 ， 长期从事 电力电子 与 电气传动的研究工作 。 2 5台机组 在系统 中的地位平等 ， 随时可 以 进行检修 ， 只需在就地控制箱上面打到检修位置 ， 该 水泵就暂时退出 自动启停状态 。 以便检修人员进行 检修、 确认无故障后再投入 自动运行 。 3 系统运行期间能够进行一定 的自诊 断， 如 果 出现故障可以立刻投入其它机组运行 ， 不影响井 下 排水 。 4 要求实现均匀磨损 每 台水泵正常启动 以 后记录其运行时间， 然后累计 ， 在主循环中计算出开 泵时间累计 最短并且处 于正常状态 和 自动方 式 的 泵 ， 等待下一次被启动。 5 根据水仓水位确定是否需要开泵排水， 同 时能够实现电价的避峰填谷 。 为了实现水泵的 自动启停 ， 并且实现电价的避 峰填谷 ， 设置 4个水位 h ， ， h 。 ， h 。 ， h 。h 。为通 常状 况下可以 2 4 h不开泵的水位 ， h h 一0 ． 5 m， h 。 一 2 1 ． 4 m， h h 2 1 ． 8 m。在此情况下需 要读取 P L C的系统时间， 根据时间和水位来控制是 否需要开泵排水 ； 判断是否处在高峰时间段内， 如果 在高峰时间段 内， 需要在 h 位置开泵 ， 在 h 。 位置停 泵 ； 如果不在高峰 时间段 内， 则 在 h 位置开泵 ， 在 维普资讯 2 O O 8 年第1 期 谭国 傻等 基于P E C的中 奥泵房自 动化设钟 ；4 9； h 。 位置关泵。 6 根据 水位 变化情 况决定 是否增加开 泵台 数 。 控制水泵启停的目的就是为了让水位在允许的 水位以下 ， 以保证井下的安全生产 。开泵后记录其 水位值， 然后每间隔 5 ra i n记录一次被处理后的水 位值 ， 将第 4次的水 位值减去第 1次的水位值就可 计算出在过去 1 5 rai n内的水位 A h 。若 △ ≥0 ， 则 认为当前开泵台数不足以应付当前水涌量， 所启动 的水泵台数不够 ， 需再启动 1台。 7 将水泵运行参数通过 网络传输到地面集 中 控制室内， 并可以接收地面集 中控制室内工作人员 发出的指令 ， 如泵的启停 、 泵 的工作方式 的选 择 、 泵 运行参数的整理打印等。 2 硬 件设 计 系统框图如图 1所示 。 P R OF I B U S g 线 嘎 I l 嘎 I1 嘎 lI 嘎 ll 嘎 E T 2 0 0 l l E T 2 0 0 l l E T 2 0 0 l l E T 2 0 0 I l E T 2 0 0 就地 l l 就地 l l 就地 l l 就地 l l 就地 控制箱l l 控制箱I l 控制箱l l 控制箱l I 控制箱 ． C AN总 线 图 1 系统硬件组成 参与控制的主要信号 方式选择 自动／ 半 自动／ 手动， 射流／ 真空 ， 电动球阀开到位／ 关到位 ， 电动闸 阀开到位／ 关到位 ， 真空泵开／ 关， 水泵管道 流量 ， 电 动机温度， 泵体温度 ， 水仓的水位 。同时系统对诸如 高压柜手车位置、 状态、 高压柜参数如电流、 电压、 功 率因数等进行监测并通过工业 以太网把数据送 到上 位机上。基于此 ， 中央泵房选择西 门子 7 3 0 0系列 的 3 1 5 2 D P P L C作为系统控制柜 ， 由5台E T2 O O M 做成 5个就地控制箱 。 安装在水泵附近进行现场分 散控制。就地控制箱通过 P R OF I B US总线和 系统 控制柜相连构成集散控制 系统。P L C通过 RS 2 3 2 通信模块与 R T U通信管理机通信， R T U通信管理 机将 高压柜测控单 元的数据 上传到 P L C， 同时将 P L C给出的分／ 合 闸信号送 给高压 柜， 从而实现对 水泵 的启停控制。同时 P L C通过工业 以太网模块 将现场和地面集控室结合在一起。集控室内采用研 华工控机进行远程监控 ， 使用 I NTE C H软件完成水 泵工况监测 、 报警、 打印及生产情况画面显示功能。 3 软件设计 系统软件流程图如图 2所示 。 l 开始l 三亡 与高压柜通信l 二二] [ 二 模拟量以及 l ∞ 处理程序 l 二亡 统自 检及门处理l 根据均匀磨损原则 t 下一台开泵的泵 I I f ＼ 迭 弯 ／ I I Y l 依据指示进行l l 读取操作 相应的处理 l l 泵号 ＼ YP一 根据泵号调用 f 相应的开泵程序l ◇ 泵 t I t 根据泵号 l I 根据 泵号 调用相应的l l 调用相应的 开泵程序 l l 关泵程序 图 2 系统软件流程图 在软件设计 中有一个参数非常重要 ， 即水仓水 位 ， 它是整个集散控制系统的控制对象 ， 整个 自动化 的实现就是围绕水位来开展的， 所以为了提高系统 可靠程度 ， 水位必须可靠。影响水位 的因素主要来 自两方面 一是水位计故障 如遭受杂物撞击 ， 二是 水位信号受干扰 如水波动较大 。对于前一个因素 采用双水位计 ， 在 水仓 中设置两 个同样 的水位计 。 P L C同时对两个 水位计取样。如果两路信 号相差 大于 0 ． 1 5 r r l 时系统报警 ， 要求值班人员进行检查 ； 而对于信号干扰， 则采用软件过滤， 只有当信号在某 一 值附近稳定足够时间， 且回差足够小时才作为控 制量使用， 防止了因干扰而导致机组误动的情况。 口 l； 口 警 口 l； 口 l ； 口 一 椽 着 维普资讯 第 l期 2 0 0 6年 2月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n NO ． 1 Fe b ． 2 0 0 6 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 6 0 1 0 0 5 0 --0 2 单片机C语言下L C D多级菜单的一种实现方法 陆铮 ， 罗 嘉。 1 ． 天地科技股份有限公 司常州 自动化分公司， 江苏 常州 2 1 3 0 1 5 ； 2 ． 宁夏煤矿安全监察局 ， 宁夏 银川 7 5 0 0 0 1 摘要 介绍了在 c语言环境下， 在 L C D液 晶显 示屏上 实现 多级嵌套菜单的一种 简便方法， 提 出了一 个 结构紧凑、 实用的程序模型。 关键词 液晶显示屏；多级菜单；单片机；C语言；L C D 中图分类号 T P 3 1 1 ． 1 文献标识码 B 0 引言 由于 c语言的结构性和模块化 ， 采用 C语言编 写的程序容易 阅读 和维 护， 还有很好 的可移植性 。 本文介绍一种用 C语言实现的 L C D多级菜单 的方 法 ， 该方法已成功应用在煤矿安全监测设备上 。 1 硬件环境及 L C D菜单实现的功 能 图形点阵式液晶可显示用户 自定义的任意符号 和图形 ， 并可卷动显示。它作 为单 片机 系统人机交 互界面的重要组成部分被广泛应用于实时检测和显 示的仪器仪表中， 例如手机上的显示屏就是 图形点 收稿日期 2 0 0 5 1 l 一2 l 系统要运行可靠 ， 对其有关设备是否能够安全 运 行地检 测也 是很 重要 的一环 。因而 程序 对系 统所 涉及的设备都进行 了全面监测 ， 主要有 电动球 阀故 障、 出水 口电动闸阀故障、 水位传感器故障、 水泵启 停时间、 运行电流、 电动机温度 、 电动机和水泵轴承 温度、 出水压力 、 高压柜状态 、 高压柜故障 、 阀门故障 等 。 并视情况进行事故 自动处理或报警要求检修 。 本系统中各个机组有 3 种运行选择 自动、 半 自 动和手动 。通常情况下按照水位高低和系统时间 自 动选择是否开泵 ， 同时观察水位变化率从而选择需 要开几台泵。在半 自动方式下 ， 一旦该泵的开泵信 号被监测到， 系统将 自动根据当前情况用射流方式 或者真空泵方式来抽真空， 当真空度达到要求后启 动电动机 ， 同 时观 测 出水 口处 的压 力 ， 当其 大 于 5 MP a I 打开出水 口处的电动闸阀实施正常排水。 为了完善系统， 防止意外情况的发生， 同时为了便于 阵液晶。 采用图形点阵式液晶显示较之其它显示方式主 要有以下优点 1 工作电压低 、 功耗极低 。工作电压仅为 3 ～ 5 V， 工作电流≤1 0 A／ c m。 ， 特别适 用于低 功耗的 仪器仪 表 中 。 2 液晶显示属被动显示 ， 受外界光线干扰小。 3 图形点 阵式液 晶可显示 的信息量大 、 分辨 率高。 4 不产生电磁干扰 。 5 可靠性高 ， 使用寿命长。 本文所介绍的 L C D采用 1 2 8 6 4点 阵的液晶 屏， 因此可显示 1 6 1 6点阵的汉字 4行 8列。菜单 为多级嵌套形式 ， 最长的有 1 3层 ， 主要完成 对某个 检修 ， 还保留了手动方式 ， 该方式在正常运行情况下 是不使 用 的 。 4 结语 由于 P L C具有 良好 的抗干扰能力 ， 而且 编程、 修改、 调试都很方便 ， 大大缩短 了调试时间， 提高 了 系统的 自动化程度 ， 降低 了硬件的复杂程度 。实践 证明该 系统运行平稳 。 故障率低 ， 基本不需 维修 ， 降 低了维修费用和电耗 ， 取得 了较好的经济效益。 参考文献 [ 1 ] 李世煌． 水泵设计 教程 [ M] ． 北 京 机 械 工 业 出 版社 ， l 99 0． [ 2 ] 周美兰． P L C电气控制与组态E M] ． 北京 科学出版社， 2 00 3． 维普资讯