基于无线网络的PLC选矿厂供水系统

王 彤，王 捷

(1.辽宁机电职业技术学院黄海汽车学院，丹东118009;2.辽宁机电职业技术学院信息系，丹东118009)

0 引言

目前，小型矿山选矿厂普遍采用沉淀池、事故坝、河套联合人工控制供水系统。由于采水点多，距离远，不同季节采水点会发生变化，人工控制的系统很难满足实际选矿需要，同时浪费能源。本设计根据实际用水量及采水点供水能力，采用了基于PLC控制及变频技术的控制系统，采水点、控制中心、储水池之间的通讯采用无线网络，实现了智能自动控制供水系统，故障自动报警，并且满足节能及用水的需求。

1 小型选矿厂供水控制系统设计方案

1.1 设计方案

由于该小型选矿厂工作储水池的采水采用沉淀池、事故坝、河套联合的方式供水。我们在沉淀池、事故坝、河套分别安装了两台水泵。工作储水池安装有水位检测器，能检测水位上限及水位下限。监控中心采用PLC系统控制器。监控中心、工作储水池、沉淀池、事故坝、河套各个部分之间采用无线网络通讯，传输运行命令及工作状态。

工作储水池的水位检测器，可以提供水位状态，水位有三种状态：低于下限，高于下限低于上限，高于上限。并实时将水位状态通过无线网络开关量控制器传输到监控中心。

监控中心的PLC根据水位状态及设置的工作程序，通过无线网络开关量控制器将水泵的工作位置及数量传输到水泵工作现场，水泵根据命令启动水泵运行或停止。当水泵发生故障时也通过无线开关量控制器将故障信息传输至监控中心。

PLC可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的控制设备。PLC由于采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有可靠性高，抗干扰能力强，故障率低等特点.此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。使整个系统具有极高的可靠性。

水泵工作现场采用变频器控制系统和管路防冻控制器。水泵工作现场安装有变频器控制系统，水泵的工作由变频器控制.水泵变频改造具有显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式.既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且还大大减少了设备维护、维修费用，系统具有变频节能、功率因数补偿节能、软启动节能的优点，可以为电网节约容量.直接和间接经济效益十分明显.

1.2 变频调速节能装置的节能原理

1) 变频节能［1］

输出功率与流量成立方关系。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。选择的水泵都大于实际需求，通过变频调节流量时就可以节约大量的电能。

2)功率因数补偿节能

普通电机的功率因数在0.6－0.7之间，使用变频调速装置后，COSФ接近1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

3)软启动节能

变频器的启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击，延长了水泵和阀门的使用寿命。

1.3 实际节能

在水泵工作时，选矿厂的用水量是不固定的，平均压力为水泵额定压力(扬程)的93%，平均流量为水泵额定流量的97%，水泵平均功率 P=0.93×0.973=0.90489 额定功率。

普通电机的功率因数在实际使用中在0.85－0.9之间，采用变频方式工作时功率因数大于0.95，节能一般在7%左右。

所以采用变频方式控制水泵的工作频率，将节约大量的电能，经实际使用综合节能达22%，与理论计算基本吻合。

1.4 小型选矿厂供水控制系统的功能

1)在设计中采用智能压力检测控制及变频控制系统，自动控制送水扬程，同时自动检测储水池水位，并根据储水池水位自动控制水泵的工作［2］。

2)采用智能检测控制及储水池水位检测系统，自动控制水泵的工作数量，满足生产需求［3］。

3)为防止冬天气温较低输水管路冻结，系统设计了输水温度检测系统，根据管路温度自动启动水泵功能。

4)监控中心具有以下功能：自动显示现场工作状态：水泵运行状态，储水池水位。可以选择自动运行及人工启动运行两种工作方式。当现场水泵出现故障时具有声光报警。

5)当现场水泵出现故障时具有声光报警并自动断电，报警功能包括电机缺相、超压、欠压、超载、水泵堵转。

6)监控中心与水泵工作现场可以采用无线通信方式。水泵工作现场具有自动运行及人工启动运行两种工作方式。

7)水泵出现故障时水泵工作现场具有声光报警。

8)根据不同季节，设计两种自动工作模式，河套为主沉淀池为辅方式，事故池为主沉淀池为辅方式。

2 系统的硬件设计

控制系统由水位检测系统、控制中心、现场设备组成。

控制中心采用南京亚锐公司PLC AF－20MR－E为核心组成，AF-20MR-E具有抗干扰能力强，编程简单，功能强大等特点，在工业自动控制系统中得到广泛应用。

水位检测系统采用浮球水位检测器，浮球水位检测器具有可靠性高，使用简单，成本低等特点。

现场设备由水泵控制器，防冻控制器，组成。水泵控制器采用正弦变频器，防冻控制器采用XWTA－3001温度控制仪。

控制中心与现场设备及水位检测器的通讯采用深圳易联科的KYL－802开关量模拟量采集模块/无线模块/无线数传模块，该模块具有抗干扰能力强、通讯距离远、双向通讯、工作可靠等特点。

现场设备电路框图如图1，控制中心电路框图如图2，水位检测电路框图如图3。

图1 现场设备电路框图

图2 控制中心电路框图

图3 水位检测电路框图

3 系统的软件设计

软件设计说明：主要软件系统采用PLC编程软件梯形图编制，设计过程中充分考虑了程序工作的实时性、可靠性。变频器的工作频率采用电压调节，使系统工作压力变化更加稳定。加泵与减泵的过程充分考虑了对系统压力的影响。图4是控制系统程序流程图。

图4 控制系统程序流程图

4 结束语

本文研究的基于无线网络的PLC选矿厂供水系统在丹东市宽甸县的选矿厂应用过程中，连续稳定运行了近一年。经考核，水位控制稳定度达到98%以上，未发生实质性设备故障，平均节约电能22%。

由于设备运行稳定，没有因为设备故障影响矿山的选矿工作。预计用一年半的时间节约电能的费用就可以收回设备投资。

［1］刘长军.对变频节能技术节能原理的几点分析［J］.中小企业管理与科技，2011，276(1)：287.

［2］黄炜.水泵变频节能技术浅析［J］.商业文化，2010，157(5)：189.

［3］李剑锋.济三矿应用水泵自动化监控系统［J］.煤矿机械，2010，31(10)：105.