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1、普通机床数控化改造 PLC 在矿井主排水控制系统的应用1、 概述随着计算机控制技术的迅速发展，以微处理器为核心的可编程序控制器（PLC）控制已逐步取代继电器控制， 普遍应用于各行各业的自动化控制领域。煤炭行业也不例外，但目前煤矿井下主排水系统仍多采用继电器控制，水泵的开停及选择切换均由人工完成，还做不到根据水位或其它参数自动开停水泵， 这将严重影响井下主排水泵房的管理水平和经济效益的提高。岱庄煤矿是 1999年设计竣工的生产能力为1.8Mta 的现代化矿井，井下涌水量较大，中央泵设计安装了 5 台 MD500-57 9 主排水泵，配套电动机 1250kW，3 趟排水管路。正常涌水时，2 台工作
2、， 2 台备用， 1台检修。鉴于 PLC 的先进性和可靠性， 煤炭工业邯郸设计院对5 台主排水泵及其附属的抽真空系统与管道电动阀门等装置实施了PLC 自动控制及运行参数自动检测， 动态显示，并将数据传送到地面生产调度中心，进行实时监测及报警显示。系统通过检测水仓水位和其它参数，控制水泵轮流工作与适时启动备用泵，合理调度 5 台水泵运行。系统通过触摸屏以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、电机温度、轴承温度、3 趟排水管流量等参数，并通过通讯模块与综合监测监控主机实现数据交换。该系统具有运行可靠、操作方便 、自动化程度高等特点，并可节省水泵
3、的运行费用2、 系统组成岱庄煤矿中央泵房井下主排水泵自动化控制系统图如图1 所示，整个自动控制系统由数据自动采集、自动轮换工作、自动控制、动态显示及故障记录报警和通讯接口等5 个部分组成。2、1数据自动采集与检测数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、 3 趟排水管流量；数字量检测的数据主要有：水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电磁阀状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力。数据自动采集主要由PLC 实现， PLC 模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓
4、水位，将水位变化信号进行转换处理，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率， 从而判断矿井的涌水量， 控制排水泵的启停。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，超限报警，以避免水泵和电机损坏。PLC 的数字量输入模块将各种开关量信号采集到PLC 中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停。在数据采集过程中，模拟量信号的处理是将模
5、拟信号变换成数字信号（A/D 转换），其变换速度由采样定律确定。一般情况下，采样频率应为模拟信号中最高频率成分的2 倍以上，这样经 A/D 变换的精度可完全恢复到原来的模拟信号精度。 A/D 变换的精度取决于 A/D 变换器的位数。如 5V 电压要求以 5mV 精度变换时，精度为 5mV/5V=0.1%,即 1/1000 十进制的 1000用二进 制表示时要求为 10 位,而本系统所采用的 A/D 模块分辨率为 16bit,其精度在 0.05%以上，该精度等级足以满足控制系统要求。同时，PLC 所采用的 A/D 模块均以积分方式变换， 可使输入信号的尖峰噪音和感应噪声平均化，适用于噪音严重的工
6、业场所。图 1岱庄煤矿井下主排水泵自动化监控系统图（略）2、2自动轮换工作为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了5 台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当某台泵或所属阀门故障、某趟管路漏水时，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序
7、自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产的目的。2、3自动控制系统控制设计选用了日本欧姆龙公司C200HE 型 PLC 为控制主机，该机为模块化结构，由PLC 机 架、CPU、数字量 I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。PLC 自动化控制系统根据水仓水位的高低、井下用电负荷的高、低峰和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时 间段（时间段可根据实际情况随时在触摸屏上进行调整和设置）等因素，建立数学模型，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制 5 台水泵运行。为了保证井下安全生产，系统可靠运行，水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，因此，系统设置了两套水
8、位传感器，模拟量和开关量传感器，两套传感器均设于水仓的排水配水仓内，PLC 将接受到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 速率，从而判断矿井的涌水量，同时检测井下供电电流值，计算用电负荷率，根据矿井涌水量和用电负荷，控制在用电低峰和一天中电价最低时开启水泵，用电高峰和电价高时停止水泵运行，以达到避峰填谷及节能的目的。2、4动态显示动态模拟显示选用日本
9、Digital 公司的 GP-570T 型触摸式工业图形显示器（触摸屏），系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电磁阀和电动阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。直观地显示电磁阀和电动阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和压力值 。用图形填充以及趋势图、 棒状图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。采用图形、 趋势图和数字形式直观地显示3 趟管路的瞬时流量及累计流量， 对井下用电负荷的监测量、 电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、超限报警，自动
10、记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕下端循环显示最新出现的3 条故障（故障显示条数可在触摸屏上设置），以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。3、系统功能及特点（1）PLC控制程序采用模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。该程序结构具有清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。（2）系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作，延长了水泵的使用寿命。（3）系统可根据投入运行泵组的位置，自动选择启动就近的真空泵，若在程序（4）系统根据电网负荷和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段，以“避峰填谷”原则确定开、停水泵时间，从而合理地利用电网信息，提高矿井的电网
11、运行质量。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - （5）PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量， 自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。（6）在触摸屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、 流量、压力、温度、电流、电压等参数，超限报警，故障画面自动弹出，故障点自动（7）系统具有通讯接口功能，PLC可同时与触摸屏及地面监测监控主机通讯，（8超温保护： 水
12、泵长期运行， 当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及 PLC 实现超限报警。流量保护： 当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值， 通过流量保护装置使本电动机故障：利用 PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、 漏电、低电压等电气故障，并参与控制。电动闸阀故障：由电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相等故障，并参与水泵的联锁控制。（9）系统控制具有自动、半自动和手动检修3 种工作方式。自动时，由PLC检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与；半自动工作方式时，由工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作；手动检修方式为故障检修和
13、手动试车时使用，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行，不影响其它泵组正常运。PLC柜上设有该名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 泵的禁止启动按钮， 设备检修时，可防止其他人员误操作， 以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -