【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 啟動(dòng)過(guò)程第一是監(jiān)測(cè)水倉(cāng)的水位，當(dāng)水倉(cāng)的水位達(dá)到設(shè)置的水位標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通過(guò)控制射流泵的電磁閥線圈，打開(kāi)噴射泵為離心式水泵注水。射流泵的工作會(huì)導(dǎo)致水泵入口處的真空度增加，離心泵的腔體會(huì)在大氣壓的作用下被配水井中的水注滿，當(dāng)水泵入口處的真空度達(dá)到要求后，水泵機(jī)組的電動(dòng)機(jī)觸電接通使水泵被開(kāi)啟。此后水泵出口壓力將逐漸增加，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)就不再增加，此時(shí)開(kāi)啟該水泵的電動(dòng)閘閥，使得這個(gè)水泵進(jìn)行排水，同時(shí)關(guān)閉射流泵停止為其引水。 停機(jī)過(guò)程在水泵的作用下水倉(cāng)的水位逐漸下降，當(dāng)水位低于安全水平時(shí)，需要先關(guān)閉排水管的電動(dòng)閘閥，然后再關(guān)閉逆止閥，防止排水管中的水倒流到水倉(cāng)內(nèi)，然后關(guān)閉水泵電機(jī)，使其停止工作。本章先是介紹了PLC的特點(diǎn)功能，工作原理，然后分析了煤礦井下自動(dòng)控制的原理，即是以PLC控制箱為核心，采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)，對(duì)水泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)與上位機(jī)通信，接收來(lái)自上位機(jī)和顯示控制臺(tái)的控制命令，實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，最后從硬件方面簡(jiǎn)單介紹了井下排水系統(tǒng)的組成部分，最后簡(jiǎn)單介紹了射流泵、離心泵等相關(guān)技術(shù)。3主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)煤礦主排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩套排水管路，分別為1 主排水管路和2 副排水管路。因?yàn)榈叵颅h(huán)境的復(fù)雜性，所以采用了3臺(tái)隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)作為三臺(tái)水泵的驅(qū)動(dòng)，在正常情況下一臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作，一臺(tái)備用，一臺(tái)維護(hù)。此外吸水管采用無(wú)底閥設(shè)計(jì)，在泵啟動(dòng)前使用真空泵把水泵排水腔和吸入管道中的氣體抽空，使得水泵葉輪能夠完全浸沒(méi)在水中，達(dá)到良好的排水。 從上圖我們可以看到，所有水泵都和1 主排水管路和2 副排水管路相接，支路上分別安裝了排水閘閥，并且在排水管路上安裝了真空閥。此外，主排水管路和副排水管路上都安裝了流量傳感器，正壓力傳感器安裝在每臺(tái)水泵的出水口處，負(fù)壓力傳感器安裝在水泵吸水口處來(lái)檢測(cè)水泵的真空度，將溫度傳感器安裝在水泵和電機(jī)上來(lái)檢測(cè)電機(jī)軸承溫度和水泵軸承溫度。在水倉(cāng)中裝配兩組液位傳感器，一組為超聲波傳感器用來(lái)檢測(cè)水倉(cāng)庫(kù)水位的變化趨勢(shì)，另一組是數(shù)字液位開(kāi)關(guān)，是由3套浮球液位開(kāi)關(guān)組成，可以根據(jù)浮球的沉浮情況來(lái)判斷水位的高低，使系統(tǒng)能夠根據(jù)水位變化來(lái)自動(dòng)控制水泵的工作狀態(tài)。 PLC 的選型根據(jù)煤礦安全監(jiān)管法規(guī)，礦用水泵必須有三種工作方式即工作、備用和檢修。工作方式是指在本次水泵操作中當(dāng)前水泵被優(yōu)先開(kāi)啟，備用是指在本次水泵操作時(shí)當(dāng)前水泵處于備用狀態(tài)，當(dāng)打開(kāi)的水泵不能滿足施工的排水要求時(shí)，備用水泵才開(kāi)始工作，檢修是指是在本次水泵的操作中，當(dāng)前的水泵不被使用，則是對(duì)該水泵進(jìn)行維護(hù)。按照系統(tǒng)的需求，礦井主排水控制系統(tǒng)的PLC主要包括數(shù)字量輸入、模擬輸入和數(shù)字量輸出三種信號(hào)。數(shù)字量輸入信號(hào)主要包括水泵的工作,水泵的啟動(dòng)和停止信號(hào)、水泵控制方式選擇的信號(hào)、選擇真空泵的信號(hào)、真空泵啟動(dòng)和停止信號(hào)、排水閥以及電磁閥等開(kāi)關(guān)位置的信號(hào)等。數(shù)字輸出信號(hào)包括控制水泵起停信號(hào)、故障指示信號(hào)、水泵操作指令、控制排水閘閥和電磁閥開(kāi)關(guān)的信號(hào)等。模擬輸入信號(hào)是指水泵出水口正壓、入水口負(fù)壓、水泵和電機(jī)的軸承溫度、排水道路的水流量、水倉(cāng)庫(kù)水位和水泵的開(kāi)停狀態(tài)等信號(hào)。 PLC各模塊信號(hào)連接圖 根據(jù)上圖，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)出PLC所需的模擬量輸入點(diǎn)數(shù)，數(shù)字量輸入、輸出點(diǎn)數(shù)和通訊模塊點(diǎn)數(shù)， 模擬量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)模擬量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)名稱所需點(diǎn)數(shù)水泵出水口壓力3水泵吸收口真空度3水泵軸承溫度3電機(jī)軸承溫度3排水管的流量2水泵開(kāi)停檢測(cè)3水倉(cāng)的水位1合計(jì)18 數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)名稱所需點(diǎn)數(shù)控制模式選擇2急停1復(fù)位1水泵啟動(dòng)、停止6水泵的工作方式選擇6自動(dòng)、手動(dòng)1真空泵的選擇1真空泵啟動(dòng)、停止2排水閥開(kāi)、關(guān)12排空閥開(kāi)、關(guān)12數(shù)字液位開(kāi)關(guān)3合計(jì)47 通訊口數(shù)目統(tǒng)計(jì)通訊口數(shù)目通訊對(duì)象所需點(diǎn)數(shù) 上位計(jì)算機(jī)1電量檢測(cè)模塊1合計(jì)2 數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)名稱 所需點(diǎn)數(shù) 水泵啟動(dòng)、停止 6水泵運(yùn)行的指示3故障指示1急停指示1水位超限指示1報(bào)警1排水閥開(kāi)、關(guān) 12排空閥開(kāi)、關(guān) 12合計(jì)37從上面的幾個(gè)表我們可以統(tǒng)計(jì)出，數(shù)字量輸入點(diǎn)共有47個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn)共有37個(gè)，模擬量輸入點(diǎn)有18個(gè)，通訊口共有2個(gè)，其中PLC與文本顯示器通過(guò)RS485通信；PLC和PC機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)通信，PLC通信模塊的信息首先傳遞到地下光纖通信箱，然后通過(guò)光纖傳輸?shù)降孛婀饫w接線盒，再把用光端機(jī)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)的信號(hào)傳送交換機(jī)，供地面監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)使用。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)I / O點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計(jì)我們選擇西門子S7 200系列的PLC做為控制核心，包括226CN的CPU模塊1個(gè)， EM223CN數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊2個(gè)，EM231模擬量輸入模塊5個(gè)。PLC的I/O端口對(duì)應(yīng)于不同的映像寄存器，端口的分配要與程序中使用的寄存器相互對(duì)應(yīng)，不然會(huì)因?yàn)檫壿嫽靵y而使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。根據(jù)煤礦井下主排水控制系統(tǒng)的要求，對(duì)每個(gè)PLC模塊I/O端口的定義如下表所示 EM231端口定義模塊號(hào)輸入端口端口定義EM2311AIW01水泵開(kāi)停檢測(cè)AIW21水泵吸水口負(fù)壓AIW41水泵出水口負(fù)壓AIW61主排水管路流量EM2312AIW82水泵開(kāi)停檢測(cè)AIW102水泵吸水口負(fù)壓AIW122水泵出水口正壓AIW142副排水管路流量EM2313AIW163水泵開(kāi)停檢測(cè)AIW183水泵吸水口負(fù)壓AIW203水泵出水口正壓AIW22水倉(cāng)水位EM2314AIW241水泵軸溫AIW261電機(jī)軸溫AIW282水泵軸溫AIW302電機(jī)軸溫EM2315AIW323水泵軸溫AIW343電機(jī)軸溫AIW36備用AIW38備用 EM223CN端口定義EM223CN端口定義模塊號(hào)輸入端口端口定義輸出端口端口定義EM22311排水閘閥開(kāi)到位1排水閘閥打開(kāi)1排水閘閥關(guān)到位1排水閘閥關(guān)閉2排水閘閥開(kāi)到位2排水閘閥打開(kāi)2排水閘閥關(guān)到位2排水閘閥關(guān)閉3排水閘閥開(kāi)到位3排水閘閥打開(kāi)3排水閘閥關(guān)到位3排水閘閥關(guān)閉4排水閘閥開(kāi)到位4排水閘閥打開(kāi)4排水閘閥關(guān)到位4排水閘閥關(guān)閉5排水閘閥開(kāi)到位5排水閘閥打開(kāi)5排水閘閥關(guān)到位5排水閘閥關(guān)閉6排水閘閥開(kāi)到位6排水閘閥打開(kāi)6排水閘閥關(guān)到位6排水閘閥關(guān)閉1電磁閥開(kāi)到位1電磁閥打開(kāi)1電磁閥關(guān)到位1電磁閥關(guān)閉2電磁閥開(kāi)到位2電磁閥打開(kāi)2電磁閥關(guān)到位2電磁閥關(guān)閉EM22323電磁閥開(kāi)到位3電磁閥打開(kāi)3電磁閥關(guān)到位3電磁閥關(guān)閉4電磁閥開(kāi)到位4電磁閥打開(kāi)4電磁閥關(guān)到位4電磁閥關(guān)閉5電磁閥開(kāi)到位5電磁閥打開(kāi)5電磁閥關(guān)到位5電磁閥關(guān)閉6電磁閥開(kāi)到位6電磁閥打開(kāi)6電磁閥關(guān)到位6電磁閥關(guān)閉備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用 CPU226CN端口定義輸入端口端口定義輸出端口端口定義遠(yuǎn)控故障指示就地急停指示自動(dòng)/手動(dòng)水位超限指示復(fù)位報(bào)警急停1水泵運(yùn)行指示超高限水位開(kāi)關(guān)2水泵運(yùn)行指示高限水位開(kāi)關(guān)3水泵運(yùn)行指示底限水位開(kāi)關(guān)1水泵啟動(dòng)1水泵工作1水泵停止1水泵檢修2水泵啟動(dòng)2水泵工作2水泵停止2水泵檢修3水泵啟動(dòng)3水泵工作3水泵停止3水泵檢修備用1水泵啟動(dòng)備用1水泵停止備用2水泵啟動(dòng)2水泵停止3水泵啟動(dòng)3水泵停止1/2真空泵選擇真空泵選擇真空泵停止備用 CPU226CN端口定義 部分內(nèi)存變量分配部分內(nèi)存變量分配變電量名稱地址備注上電延時(shí)T37預(yù)設(shè)值5s1水泵運(yùn)行計(jì)時(shí)T38預(yù)設(shè)值10s2水泵運(yùn)行計(jì)時(shí)T39預(yù)設(shè)值10s3水泵運(yùn)行計(jì)時(shí)T40預(yù)設(shè)值10s1水泵運(yùn)行時(shí)間VD722水泵運(yùn)行時(shí)間VD763水泵運(yùn)行時(shí)間VD801水泵運(yùn)行次數(shù)VD842水泵運(yùn)行次數(shù)VD883水泵運(yùn)行次數(shù)VD92最少運(yùn)行時(shí)間VD96最少運(yùn)行次數(shù)VD1001泵啟動(dòng)標(biāo)志2泵啟動(dòng)標(biāo)志3泵啟動(dòng)標(biāo)志PLC作為排水系統(tǒng)的控制中樞和數(shù)據(jù)處理中心，根據(jù)煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)，以為工作在煤礦井下的中央泵房?jī)?nèi)，所以PLC的控制柜應(yīng)使用防爆外殼，電纜需要用從外殼上的喇叭進(jìn)出，不用的喇叭嘴用堵片將之密封，這樣就可以達(dá)到防爆的效果。數(shù)字輸入和輸出連接到中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離保護(hù)和抑制信號(hào)干擾。 PLC CPU226 接線圖 數(shù)字量I/O模塊EM2231 數(shù)字量I/O模塊EM2232 模擬量輸入模塊 EM2311 PLC 模塊的連接圖 小結(jié)本章介紹了煤礦井下排水系統(tǒng)的管路情況，采用了主副兩組排水管路，用3臺(tái)礦用隔爆型三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)3臺(tái)離心式水泵。之后統(tǒng)計(jì)了系統(tǒng)輸入輸出的點(diǎn)數(shù)，根據(jù)點(diǎn)數(shù)選擇對(duì)PLC模塊進(jìn)行類型并對(duì)各個(gè)模塊的端口進(jìn)行定義，最后給出系統(tǒng)硬件的接線圖，為系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。234 自動(dòng)控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的編程語(yǔ)言為西門子公司開(kāi)發(fā)的STEP7，這是一種可運(yùn)行于通用微機(jī)中，在Windows操作環(huán)境下進(jìn)行編程的語(yǔ)言。使用軟件提供的梯形圖邏輯編程語(yǔ)言來(lái)完成程序編譯，然后可直接通過(guò)S7200專用的PC/PPI電纜完成程序的下載和PLC與計(jì)算機(jī)的通信。主程序是由上電延時(shí)和子程序的調(diào)用兩個(gè)部分組成的。上電延時(shí)是為了給PLC足夠的啟動(dòng)時(shí)間，為了避免開(kāi)機(jī)的誤操作，本系統(tǒng)設(shè)置了5秒的上電延時(shí)時(shí)間。 圖 上電延時(shí)因?yàn)镾7200系列PLC程序是以并行處理的方式運(yùn)行的，所以調(diào)用子程序不需要設(shè)置先后順序，CPU會(huì)周期性的反復(fù)掃描主程序，并在一定的條件下執(zhí)行掃描各個(gè)子程序。：