PLC在水泵自动化监控系统中的应用

1、 收稿日期:2006-11-13作者简介:肖林京(1966- , 男, 山东沂水人, 工学博士, 教授, 博士生导师, 2000年获北京科技大学博士学位, 现任山东科技大学机电学院院长兼党委书记, 主要从事煤矿自动化、煤矿信息化等方面的工作, 发表论文40余篇。P LC 在水泵自动化监控系统中的应用肖林京, 孙传余, 梁慧斌(山东科技大学机械电子工程学院, 山东青岛266510摘要:随着自动化监控技术的日益成熟, P LC 的应用也越来越广泛, 文章介绍了应用P LC 技术建立的井下水泵自动化监控系统。该系统中采集信号齐全, 故障保护也面面俱到, 工作流程准确无误, 旨在减轻工人的负担, 实现

2、无人值守, 提高水泵房的安全性、经济效益和现代化管理水平。关键词:P LC; 水泵; 自动化监控系统; 西门子中图分类号:TH3文献标识码:B 0320102203随着计算机控制技术、通讯技术展, 化监控领域。, 水泵电机需根据水位的变化频繁地起动, 操作步骤比较繁琐, 环境条件恶劣, 噪音较大, 气温偏高, 工人容易疲劳, 特别在发生水灾的情况下, 留人值守泵房也是很危险的。水泵自动化监控系统的应用, 可减轻工人负担, 实现无人值守, 也为全矿井进行联网监控, 统一指挥奠定了基础。1水泵房设备概况水泵房内基本设备包括:电机、水泵、排水管路、真、电动闸阀、电磁阀、射流阀、电动闸门、超声波数字流

3、量仪、真空表、压力表等, 如图1所示。5台排水电机为上海电机厂的6k V, 1600k W , Y5601-4型电机, 起动方式为串电抗降压起动, 真空泵电机为380V, 250W , YS-T 型电机2台, 1台备用。水泵均为上海第一水泵厂的PJ200×9型泵, 流量7m 3/min, 扬程83813m, 带压力表和真空度表显示。2趟排水管道为377×16型管, 单管排水能力15124m 3/min, 管路总排水能力30148m 3/min 。真空主管道口径为70mm, 真空分管道口径为25mm, 真空管路里配有两种不同型号的电磁阀, 正常工作以“真空泵抽空”为主, 以“

4、射流泵抽空”为辅。排水管路里闸阀均为电动闸阀, 通过DKX 型电动阀门控制箱进行操作, 排水管图1水泵房设备201信息工程煤炭工程2007年第3期 路还配有超声波数字流量仪。3个水仓中均有超声波数字物位仪, 水仓间的配水闸门为电动闸门。水泵正常工作时, 2台工作, 2台备用, 1台检修。2P LC 自动化监控系统211P LC 采集的信号自动化监控系统中, 水泵电机的“开/停”是通过“真空开关柜”间接控制的, 电动闸阀及电动闸门是通过“电动阀门控制箱”间接控制的, 真空电机和电磁阀动作、水仓水位、各种故障保护等均由P LC 直接控制。根据现场实际情况, 系统共采集94个D I, 80个DO,

5、70个A I 信号。涉及电动机、水泵及排水管路、水仓、真空开关柜、电动阀门控制箱、真空管路等诸方面, 如图2所示。212P LC 故障保护功能P LC 控制具有完善的故障保护功能, 出现故障后有相应的声光报警, 并在触摸屏上显示出相应的故障信息, 故障处理完毕后, 报警自动消失。主要的保护项有:1 真空开关柜无储能; 真空开关柜过压、过流; 真空开关柜不能合闸; 真空开关柜不能分闸; 真空开关柜跳闸。2 电动阀开过转矩; 电动阀关过转矩; 电动阀开不到位; 电动阀关不到位; 电动阀过载。3 ; 电机震动剧烈; 电机电流过小。5; 。 。图2采集信号213P LC 模块组P LC 模块组应能根据

6、煤矿井下的电网情况和各个时段的收费标准, 据“移峰添谷”原则, 确定在低收费段起动水泵, 因此所选P LC 必须具备“日期时间”功能; 另一方面P LC 模块组应能与全矿井安全检测监控系统联网, 支持网页浏览功能, 矿局网内的计算机用户可以使用I E 浏览器, 输入对应的I P 地址, 就可浏览和共享水泵房的信息, 但从安全角度考虑, 普通用户仅具有浏览功能, 不能对水泵房的设备进行操纵。为能实现地面遥控和无人值守功能, 所以要求P LC 的通讯能力强、工程组态灵活、具备自诊断、扩展容易、使用方便、界面友好等。故采用了性能可靠、应用广泛的Sie mens S7-300系列P LC 及其功能模块

7、。根据上面统计的采集信号数量, 考虑一定的设计冗余和信号处理工作量, P LC 的CP U 使用CP U317, 如图3所示。图中CP U317为中央处理器, 预留1个备用, I M 360、I M 361用于扩展机架, S M321为数字量输入模块, S M322为数字量输出模块, S M323为数字量输入/输出模块, S M331为模拟量输入模块, CP341为通信模块, 可连接触摸屏或其他设备, CP343为工业以太网通信模块。3P LC 自动化监控系统的工作流程水泵房自动化监控涉及电机、水泵、真空泵、电动闸阀、电磁阀、仪表显示、水位检测等具体设备, 可按以下5个环节顺序进行操作:水位实

8、时检测; 抽真空、自动注水; 电机起动与闸阀操纵; 参数通信与屏幕显示; 故障预防检测。311水位实时检测水位信号是水泵自动化系统中的一个非常重要参数, 水位实时检测的任务是根据水位高低的变化自动发出“开/停”水泵的命令, 水位传感器的可靠性和准确性将直接影3012007年第3期煤炭工程信息工程 响整个系统的性能, 为此设置了两套水位传感器1个“超声波数字物位仪”, 用来连续检测水位的变化; 4个开关量的“浮球式液位开关”, 用来离散地判断水位的变化, 两套传感器均放在水仓的配水井内, 相互并联工作。“浮球液位开关”对应的水位1最低, 水位4最高。当水位升到水位2时, 若处于低计费时段, 可以

9、立即启动; 若处于高计费段, 则暂缓启动。当水位继续上升至水位3时, 则不论电网如何, 必须启动水泵。若水位继续上升至水位4时, 则表明二台水泵的排水量已不足以排出矿井的出水, 则启动第三台水泵, 两趟管路, 一齐排水, 若水位仍维持在水位4, 甚至继续上升, 则启动第四台水泵。无论投入几台水泵, 水位必须下降到水位1以下, 方可停泵。“超声波物位仪”将水位变化的准确值传入P LC, 并送到触摸屏上进行显示 。图3P LC 模块组312抽真空、在水泵腔内无水情况下起动, 由于密度空气比水小得多, 即使水泵满转速运行, 也不可能把水吸入到泵腔内; 而且在无水情况下, 由于“填函”中的密封填料与泵

10、轴的干摩擦, 会造成定子与转子之间的热咬合, 因此水泵起动前必须首先进行抽真空或自动注水。系统中采用“真空泵抽真空”和“射流泵抽真空”的双重方式, 以“真空泵抽真空”为主、“射流泵抽真空”为辅, 真空泵起动后, 由真空度表监视真空度, 电流、流量作为监视真空度的后备参数。“射流泵抽真空”仅在意外条件下由人工进行手动操作。313电机起动与闸阀操纵水泵电机容量大, 耗电量高, 属一级负荷, 对控制系统的安全性、可靠性要求也较高。若因水泵长期不用, 电机受潮或有其它故障而未被发现, 在紧急情况下, 需要投入却不能投入时, 会影响整个矿井的安全。故水泵房的电机按照“轮换工作制”的方式进行工作, 使故障

11、早发现、早处理, 确保矿井的安全。当系统发现某台电机及其所属闸阀故障时, 该泵组自动退出循环, 其余泵组照常运行。电机起动时, 因为离心式水泵轴功率特性曲线, 在零流量时具有最小起动电流值, 为了降低起动电流, 水泵操作规程规定:离心式水泵一定要关闭出水闸阀进行起动; 当水泵停机时, 为防逆止阀突然关闭, 水流速度剧烈变化, 造成水击事故, 必须先关闭出水闸阀, 缓慢减小水流流速, 最后停机。314参数通信与屏幕显示在检测水位的同时, 电动机电流、电压, 电动闸阀、电动闸门和电磁阀的开关状态、排水流量、水仓水位、水泵压力、真空度等参数, 都送至P LC 内部, 并在触摸屏上实时显示出来, 然后

12、通过网络, 以B /S模式, 传送到地面上的计算机终端, 用户可方便地查询和使用资源。315故障预防检测水泵正常排水后, 通过对电动机电流、电压, 电动闸阀、电动闸门和电磁阀的开关状态、排水流量、水仓水位、水泵压力、真空度等参数的实时监控, 以及它们之间固有的约束关系, 形成一个完善的故障预测闭锁环。例如当某台水泵排水利用率不高, 或电动闸门生锈以致无法彻底关闭或打开时, 通过超声波数字流量仪测定的流量值将达不到预定值, 此时该水泵组将停机, 转为起动另一水泵组。4结论将P LC 技术应用到矿井下的水泵房中, 可减轻工人负担, 实现无人值守, 也为全矿井进行联网监控, 数字化建设奠定基础。按照“移峰填谷”的原则, 合理调度各台水泵的“轮流工作”与“适时起动”, 既避免了人工判断水位的不准确, 杜绝了水泵人为的频繁起动, 也实现了在用电低峰期, 起动水泵的功能。提高了泵房的可靠性、用电效率、经济效益和现代化管理水平。在矿井的综合化数字信息建设进程中, 发挥着重大的作用, 在实际应用中,