基于PLC的泵房自动化控制应用

郑强+张明

摘  要：采用PLC自动监测水仓水位，根据水仓水位的高低与各台水泵连续开机次数累加等参数建立数学模型，合理调度水泵，实现其全自动运转，准确发出启、停水泵的命令，控制设备运行。介绍了PLC在北宿煤矿井下二水平排水控制系统的组成、功能、特点及应用情况。

关键词：PLC;井下排水系统;自动控制;北宿煤矿

一、概述

井下泵房排水系统作为煤矿生产的主要设备，担负着井下排水防涝的重要任务。但是，目前煤矿井下主排水系统控制和管理水平都相对比较落后，与国外相比具有很大的差异。主要表现有：在电气控制上，自动化监控程度较低，水泵的开停及选择切换均需要人工完成，还做不到根据水位等参数自动开停水泵;在管理水平上，大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。这些都影响了排水系统的管理和经济效益的提高。

北宿煤矿-290m水平的中央泵房内安装三台MDM280-43

×3多级离心式排水泵，每台水泵的流量为280 m3/h，扬程129M，配带电机容量为160KW，电压为660V。我们对三台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自动控制改造，实现了基于PLC的自动控制，并能够实现运行参数自动检测和动态显示，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。

二、设计模型及依据

系统是根据水仓水位的高低与连续开机次数累加等参数建立数学模型，合理调度三台排水泵，实现其全自动运转，;同时由PLC控制柜上的触摸屏实时显示监测水泵的运转参数。

水泵的开机顺序为：打开射流电磁阀（每泵二只）自动灌引水、开启排水泵、自动打开排水管路上气动阀、关闭射流电磁阀，实现排水泵自动开机。

水泵的关机顺序为：自动关闭排水管路上电动阀、关闭排水泵，实现排水泵自动关机。

系统将水仓水位的上限、下限分别设置两级。水位上限为：一级（高）、二级（高高）;水位下限为：一级（低）、二级（低低）。

水位上限时的开机顺序：一级超限时，起动第一台水泵运行排水，二级超限时声光告警，启动第二台水泵运转;在水位下限时的停机顺序与开机时相反，分别为：一级低限时，停止一台水泵运行排水，二级低限时停止第二台水泵运转。

下次开机时的开机顺序由各台水泵的开机次数的累加值决定，实现各台水泵轮换运转，即开机次数最少的水泵下次开机时应优先开机，开机次数最多的水泵下次应最后开机。并且，单台水泵的单次运行时间最多为8个小时，超过8个小时时，系统自动停止此台水泵运行，并自动开启下一台水泵。以使各台水泵具有较为平均的开机时间累加，延长其使用寿命，保证安全生产。开机次数达到50次时，在触摸屏上显示维护信息，确认后，开机次数复位为零。

三、系统监控与保护

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、电机温度、3趟排水管流量;数字量检测的数据主要有：水泵软启动器的状态、电动阀的工作状态、电磁阀状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力。

水仓水位是系统的最主要参数，它通过装在水仓顶部的两台超声波料位计来采集的，精度可达到1mm。其他参数的监测主要是用于在PLC中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停以及监测水泵、电机的运行状况，超限报警，以避免水泵和电机损坏。

动态模拟显示选用人机公司的MT-508S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、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。实时显示水泵抽真空情况和出水口压力值 。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。自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕上端循环显示正在出现的故障，并伴有声音报警，直到故障消除，以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。PLC与触摸屏通讯的同时也和地面监控中心通讯，实时传送数据，实现远程监控功能。

四、控制模式

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 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柜上设有该泵的禁止启动按钮，设备检修时，可防止其他人员误操作。并且，系统设有管理权限，只有输入正确密码后才可以进行单个设备的试机及检修工作， 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。

结论：从长远看，北宿煤矿泵房排水系统自动化改造提高设备运转的稳定性、可靠性和安全性;提高了工人的工作效率，能够实现无人值守;方便统一调度和集中管理，提高了管理水。因此，泵房控制自动化是现代化矿井的发展趋势。endprint