基于PLC的矿井中央泵房自动控制排水系统.pdf

2 0 1 1 年第1 期 煤矿机 电 8 3 基于 P L C的矿井 中央泵房 自动控制排水 系统 王云花， 李大锋 ， 楚凡 义马煤业集团股份有限公司 租赁分公司，河南 义马 4 7 2 3 0 0 摘要 介绍 了基于 P L C的泵房 自动控制排水 系统， 该系统采用高压软启 动器取代高压 电机直 接启动的方式， 不仅降低 了启动能耗 ， 而且实现 了液位稳定、 流量稳定 、 全矿 电气负荷负载平衡功能 和削峰填谷等功能， 使泵房实现无人值守和地面远程监控。 关键词 中央泵房；自动控制系统；无人值 守 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 1 O 1 0 0 8 3 0 3 Th e Au t o ma t i c Co n t r o l Dr a i n a g e S y s t e m o f Co a l Mi n e Ce n t r a l Pu mp j n g St a t i on Ba s e d on PL C W A N G Y u n h u a ， L I D a - f e n g， C H U F a n L e a s i n g B r a n c h o f Y i ma Mi n i n g G r o u p C o ． ， L t d ． ， Y i m a 4 7 2 3 0 0， C h i n a Abs t r a c t I n t r o d u c e t he p u mpi n g s t a t i o n a u t o ma t i c c o n t r o l d r a i n a g e s y s t e m b a s e d o n PLC，t h i s s y s t e m u s e s h i g h p r e s s u r e s o f t s t a r t t o r e pl a c e h i g h p r e s s u r e mo t o r di r e c t s t a r t ，n o t o n l y r e d u c e s s t a r t 。 u p e n e r g y c o n s u mp t i o n，b u t a l s o r e a l i z e s h y d r a u l i c s t a b i l i z a t i o n，flo w r a t e s t a b i l i z a t i o n，a l l mi n e e l e c t r i c l o a d b a l a n c e f u n c t i o n a n d p e a k c l i p pi n g o r c a n y o n f i l l f u nc t i o n．wh i c h r e a l i z e s t h e u n a t t e n d e d p ump s t a t i o n a n d d i s t a n t g r o u n d c o n t r o 1 ． K e y wo r d s c e n t r a l p u mp i n g s t a t i o n ；a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m；u n a t t e n d e d 1 基于 P L C的泵房 自动控制排水系统 千秋煤矿隶属 义 马煤业 集 团公 司， 1 9 5 8年 投 产 ， 设计生产能力为 6 O万 t ／ a ， 1 9 7 6年 进行 了技术 改造 ， 到 2 0 0 7年核定生产能力为 2 1 0万 t ／ a 。为建 设成高水平的数字化矿井 ， 决定对 中央泵房的排水 系统进行 自动化改造。 本系统的数据采集基于 P L C来实现 ， 以操作 台 来实现对水泵的 自动控制 ， 除每套水泵及相关设备 外 ， 还进行就地／ 集控的转换 。各台水泵以位置为单 位相互连接 、 数据共享 ， 地面统一调度 、 统一控制 ， 数 据传输使用串联方式 ， 多 台水泵相互连接。电动机 的电磁启动器控制由本系统控制现有设备 的启 动、 停止； 通过电流 、 电压变送器采集工作电流、 电压 ， 且 预留故障反馈输入点。电动闸阀对改造实行高集成 度的方案 ， 将闸阀配 电部分集成到 P L C隔爆控制箱 内， 以减少布线、 减少设备 、 提高集成度。根据工况 设定 ， 以及时间、 水位、 煤矿用电负荷等参数 自动开 启 、 停止水泵的运转 ， 并 能实现泵 阀的联 锁启 动， 对 运行 中的各种参数进行实 时监控 ， 通过接 口向上传 送数据 。水泵运行计量／ 时间／ 运行统计 在地面控 制站上应可分别对 每台水泵 的运行电耗 、 工作时间 等进行统计 ， 便 于管理人员及 时掌握每台水泵的工 况。控制系统具有较强 的抗干扰能力 ， 并具有汉字 显示功能 ， 可 自动汉字提示故 障信号和系统有关信 息。千秋矿井下中央泵房现有 4台大型水泵 ， 以及 Q B R G - 4 0 0 ／ 6 K矿用 隔 爆 型交 流 高 压软 启 动 器 2 台， 按控制器一拖二 的智能转换原 则 ， 设计 了基于 P L C的井下中央泵房 自动控制排水系统。 自动控制排水系统的原理 图见 图 1 。 2系统设备及组成 水泵房监控装置主要有 P L C隔爆控制箱 、 井底 集中操作台、 L E D模拟显 示屏、 就地 控制箱和外 围 传感器及地面上位工控机 选配 等 5部分组成 。 其系统原理图见图 2 。 8 4 煤矿机 电 2 0 1 1 年第 1 期 1 电机 2 电机 3 电机 4 电机 图 1 基于 P L C的泵房 自动控 制排水系统原 理图 本安控制显不台 图 2系统原理 图 1 P L C控制箱 由可编程控制器 、 信号变送器 、 中间继 电器、 安 全栅 等组成 ， 主要 完成对 信号 的变 换、 放大 ， 并 由 P L C运算、 判断发出各种控制信号 ， 监控水泵的运行 工 况 。 2 井底集中操作台 由指示灯、 按钮、 触摸屏等组成 ， 完成整套 系统 的控制与监视 。 3 L E D模拟显示屏 显示系统主要设备的各个工况。 4 就地控制箱 主要由按钮 、 指示灯等组成。 5 传感器 包括超声水位计 、 流量传感器 、 闸门位置行程开 关 、 电机电流传感器等组成。 3 系统功能的实现 1 排真空环节 水泵只有在其叶轮完全淹没于水中的情况下 ， 泵体内部才能造成必要 的真空度实现正常排水。如 果真空度不够 ， 泵 内有空气存在 ， 将会造成不上水和 转动部件烧坏等故障。本方案采用射流 阀抽真空 ， 由高精度真空传感器监测真空度 ， 压力 、 流量作为监 测真空度的后备 。 2 闸阀操纵环节 为了减小启动功率 ， 水泵操作规程规定离心式 水泵一定要关闭出水闸阀然后启动 ， 而当水泵停车 时 ， 为了避免水锤事故 ， 必须先关闭闸阀， 缓慢减小 流速， 最后停车。 3 水位 自动监控环节 根据水位的高低 自动准确发出开 、 停水泵命令 ， 选用超声波液位传感器 ， 它具有高精度 、 非接触式 、 非机械型、 维护方便 、 安装容 易、 标定简单等许多优 点 ， 确保工作可靠性和准确性。 4 参数传输和显示环节 操作台的显示屏上可模拟显示水仓水位 、 水泵 流量、 水泵压力及电动机 、 电磁 阀和 电动阀的各种工 作状态 ， 所有检测参数及工作 状态均可 由井下 P L C 通过传输网络传送给地面计算机， 由计算机分析处 理， 在显示器上模拟显示 ， 并做出曲线、 报表， 以利于 地面管理人员作出正确判断 ， 向井下可编程控制器 发出控制命令 。 5 故障保护环节 水泵电动机容量大 ， 耗电量高 ， 属一级负荷 。本 系统设 3种安全保护 1 流量保护 当水泵启动后或正常运行 中， 如 流量达不到正常值 ， 通过流量保护装置使本 台水泵 停车 ， 转为启动另一台水泵 。 2 电动机故障 P L C监视水泵电机欠压、 过流、 短路等故障， 由高压开关柜的综合保护器提供 ， 并参 与控制。 2 0 1 1 年第 1 期 煤矿机 电 8 5 3 电动闸阀故障 由电动机综保监控闸阀电机 的主要保护功能 ， 并参与控制。 6 电动机的 自动控制 此为排水设备综合 自动化控制系统 的中心环 节 ， 由 P L C 、 中间继 电器 、 接触器等组成。上述环节 最终都要与本环节配合 ， 根据水位情况 自动开停水 泵 。 为了防止因备用泵长期不用使电机受潮或有其 它故障未被发现 ， 造成紧急情况时需要投入而不能 投入以至影响矿井安全 ， 本环节按 “ 轮换工作制” 来 控制 ， 做到有故障早发现、 早处理 ， 以免影响矿井安 全 。系统根据水泵的开启次数 自动按一定顺序轮换 开启水泵 ， 当某 台或其所属 阀门故障 或检修 时 ， 该泵退出轮换 ， 其余各泵仍按轮换工作制运行 。 4 实际运行情况 本系统投入运行 以来 ， 中央泵房系统安全可靠 ， 提高 了排水能力 ， 降低了事故率 ， 能够最大限度地减 少因电控系统故障而造成 的事故 ， 又节约了设备维 修费用 ， 延长了设备使用寿命 。根据现配备 的先进 检测 、 监控系统能完成主排水 系统 自动化控制 ， 实现 中央泵房无人值守 。 参考文献 [ 1 ] 吴 同性． 基于 P L C及 以太环 网平台 的井 下 中央泵 房 自动化 系 统设计 [ J ] ．煤炭技术 ， 2 0 1 0 5 ． [ 2 ] 尹文波 ，张鲁花 ，张惠子．煤矿 井下 中央水 泵房 自动化控制 系统设计 [ J ] ．煤矿机 电， 2 0 1 0 2 ． [ 3 ] 谭 国俊 ， 韩耀 飞．基于 P L C的中央泵房 自动化设计 [ J ] ．工矿 自动化 ， 2 0 0 6 1 ． [ 4 ] 刘元法 ，张海 明．一种井下泵房 自动化 控制系统 的设计 [ J ] ． 煤 矿机 电 ， 2 0 0 9 1 ． [ 5 ] 李志红 ， 王峰．基于 P L C的矿井 中央泵房 自动控制 系统设计 [ J ] ．煤矿机械 ， 2 0 1 0 3 ． 作者简介 王云花 1 9 7 7 一 ， 女。2 0 0 9年毕业于中国矿业大学机电 自动化专业， 现在义煤集 团租赁公 司从事机 电设备管理工作。 收稿 日期 2 0 1 01 11 1 ； 责任编辑 姚克 上接第 8 2页 按照图 4设计的配置方案 ， 即可达到安全断电 控制 目的。两台分站本安断电输 出控制接点接线方 案见 图 5 。 图 3 煤与瓦斯突 出矿井采煤工作面 甲烷传感器 、 断电开关的布置图 图 4 两站监测 、 监控配置图 图 4中各分站的监测 、 断电控制均属常规设计 ， 不同的是两台分站同时控制一处开关如 D1处监控 断 电开关 时 ， 需要按 照图5 所示 方案接线 。 此 方案 本安三通接线盒 图 5 两分 站 控 制 一处 开关 控 制 接点 接 线 图 中， 因为实施断电控制是 由分站直接执行的， 即可实 现立即断电控制 ， 不存在延时断电， 而且分站与中心 站通讯中断或通讯线断线不会影 响分站正 常的工 作。如果分站输出的控制线断线 ， 则可 以立 即闭锁 被控开关 。这种方案虽然多用 了一些监控 电缆 ， 但 可以消除采用异地控制时产生的不安全因素。 3结 语 根据现场条件进行 了硬件改造 ， 消除了不安全 因素 ， 达到了安全断电的控制。应注意的是 ， 要彻底 地解决好 目前异地控制存在 的安全隐患 ， 最佳方案 还是应从加强系统软件功能人手 ， 即通过增加分站 与分站之问的直接通讯来传送控制命令 ， 而不必受 中心站控制。 作者简介 李 程 1 9 6 3一 男， 工程师。毕业于佳木斯职工大学， 现在 龙煤集 团鹤 岗分公司新岭煤 矿从事机 电管理 工作 。 收稿 日期 2 0 1 01 02 8 ； 责任编辑 姚克