基于PLC的煤矿井下中央泵房自动化设计.pdf

2 0 0 5 年第 2 期 能 源 技 术 与 管 理 6 7 基于 P L C的煤矿井下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] 针对煤矿井下中央泵房的 自动化实现 ， 提 出了基于 P L C的设计思路， 并给出了硬 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] P I E； 井下中央泵房 ； P R O F I B U S 【 中图分类号] T P 2 7 3 【 文献标识码] B 【 文章编号] 1 6 7 2 - 9 9 4 3 2 0 0 5 0 2 - 0 0 6 7 - 0 2 1 控制系统的概况及其要求 煤矿井下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。该系统由 5台矿用多级耐磨泵 M D 5 0 0 ． 5 7 8 配套 5 台电机 Y 5 o o - 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 泵的起停， 以便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， 也可以用真空泵方式启动。 2 5 台机组在系统中的地位平等 ， 随时可以 就地检修。 3 系统运行期间能够 自 检 ， 如果出现故障可 以立刻投入其他机组运行 ， 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， 然后进行累计 ， 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 根据水仓水位来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 自 动启停， 并且实现电价的避峰填谷 ， 设置 4个水 位 ， 如图 1 所示。h 2 为通常状况下可以 2 4 h不开 泵的水位， h l h 2 0 ． 5 m ， h 3 h 2 1 ． 4 m， l 14 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 l14 位置开泵 ， 在 h 2 位置停泵。如果不在高 峰时间段内， 则在 k位置开泵， 在 h 。 位置关泵。 6 根据水位变化情况来决定是否增加开泵 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 m 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 位值就计算出在过去 1 5 m i n内水位的 △ } I ， 若 △ } I 小于预设值， 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 ， 所 以再增加 1 台进行工作。 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 如泵的起停 ， 泵的工作方式的选 择 ， 泵运行参数的整理打印等。 船 图 1 水泵起停水位 2 硬件设计 系统参与控制的主要信号有方式选择 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 太网送到上位机上。基于此在中央泵房选择西门 子 7 3 0 0系列的 3 1 5 2 D P的 P I E 作为系统控制 柜， 由 5台 E q 2 0 0 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 O F I B U S总线和系统控制柜相连接构成集散控 制系统。P L C通过 2 3 2 通讯模块 R T U通讯管理机 通讯， R T U通讯管理机将高压柜测控单元的数据 上传到 P I E， 同时将 P I E给出的分／ 合闸信号给高 压柜， 从而实现对水泵的起停控制。同时 P L C通 维普资讯 6 8 谭国俊等基于 P I E的煤矿井下中央泵房自动化设计 2 0 0 5年第 2 期 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 N T E C H软件包， 主要完成水 泵工 况监 测、 报 警、 打印及生产情况画面显示功能。如图 2 所示。 P R O F I B U S 总线 图 2 系统硬件组成 3 软件设计 在软件设计中有一个参数是非常重要的， 就 是水仓水位， 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 置两个同样的水位记 ， P L C同时对两个水位记取 样。如果两路信号相差大于 0 ． 1 5 m， 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。 系统要运行可靠， 对其有关设备是否能够安 全运行的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 口初电动闸阀故障水位传感器故 障， 水泵起停时间， 运行电流 ， 电机温度 ， 电机 、 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。 该系统中各个机组有 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 ， 系统将根据 当前情况 自动 用射流方式或者真空泵方式来抽真空 ， 当真空度 达到要求后启动电机， 同时观测出水口处的压力 ， 当其大于 5 M P 的时候打开出水口处的电动闸阀 实施正常排水。为了完善系统 ， 防止意外情况发 生， 同时为了便于检修 ， 还保 留了手动方式， 此方 式在正常运行情况下是不使用的。整个系统的软 件流程图如图 3 所示。 图 3 系统软件流程图 4 结语 由于 P I E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 ， 故障率极低， 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。 【 作者简介] 谭 国俊 1 9 6 2 一 ， 教授 ， 博士生导师， 长期从事电力 电 子与电气传动研究。 【 收稿 日期 2 O O 5 0 2 2 4 】 维普资讯