李美霞
摘要:煤礦排水泵承擔排出井下全部涌水的重要任務,是保障煤礦安全生產的關鍵設備,同時又消耗大量電能。為了保證其可靠而經濟地運行,準確、及時地了解水泵的運行情況,采用微機監(jiān)控操作是十分有效的手段。本文分別運用PLC和單片機技術對排水泵自動控制系統(tǒng)進行設計。
關鍵詞:排水泵自動控制PLC單片機
0引言
在煤礦排水泵站中,一般有一個由多臺排水泵組成的較大的泵站,它在整個排水系統(tǒng)中起著很重要的作用。尤其在出現(xiàn)透水的情況下,顯得尤為重要。由于積水受環(huán)境的影響很大,因而排水泵的運行臺數(shù)也會因此有較大的變化,如果控制系統(tǒng)設計不當,就會造成排水泵的頻繁啟制動,或各臺電機運行時間長短相差過分懸殊,這樣會加重泵的磨損、縮短泵的壽命,同時會造成對電網的頻繁沖擊,增加電能的損耗。
1排水泵自動控制系統(tǒng)設計——單片機自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
1.1控制系統(tǒng)的構成單片機水泵控制系統(tǒng)分為井上和井下2個主要部分,采用微型機和單片機來實現(xiàn)分布式實時控制,兩者通過調制解調器及2條電話線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。
上位機是設在中央變電所主控制室的80486DX4-S微型機,其作用是接收并貯存下位機發(fā)來的數(shù)據(jù),輸出各種報表及匯總數(shù)據(jù)。并向單片機發(fā)出各種控制命令,實現(xiàn)遠程控制。單片機的作用是完成水泵的定時啟動,低水位停機,測控水泵及電機的軸承溫度、填料溫度、定子溫度,監(jiān)視電壓、電流、功率等參數(shù),并接收上位機發(fā)來的控制信息、自動切換故障機組,對現(xiàn)場進行實時控制。并配打印機、軟盤驅動器、顯示器和調制解調器。
下位機由MCS-51系列8031單片機構成,應用8255A作并行I/O。擴展接口芯片,應用EPROM2764固化主控程序,6116RAM程序數(shù)據(jù)存儲芯片。水位、電量、溫度和流量等參數(shù)通過相應的傳感器經過放大濾波、多路開關和采樣保持器送入數(shù)模轉換器ADC0809。數(shù)據(jù)通訊采用半雙工方式,通過RS-232標準接口與調制解調器相連,數(shù)據(jù)傳輸率為300bps。
1.2控制系統(tǒng)軟件設計與程序流程上位機程序包括系統(tǒng)命令程序和數(shù)據(jù)處理程序,系統(tǒng)命令程序是向單片機發(fā)送控制命令。打印運行記錄和匯總,查看數(shù)據(jù)等;數(shù)據(jù)處理程序負責建立數(shù)據(jù)文件,打印故障狀態(tài),打印運行日志,并存儲60天內的運行參數(shù)。單片機的程序采用模塊式結構,包括主程序、子程序和中斷服務程序等。主程序的作用是對系統(tǒng)進行初始化、測量各種參數(shù)和控制系統(tǒng)運轉。子程序主要分為數(shù)據(jù)采集、標度變換、故障處理、數(shù)據(jù)傳送和顯示子程序。中斷服務程序主要有時鐘服務程序等。
開機后系統(tǒng)首先檢測水位,如水位高于危險水位,則優(yōu)先啟動水泵,否則就要看是否到達啟動水泵的時間,如時間已到達,還要檢測電網的負荷情況。若電網負荷不高,立即啟動水泵。在開泵時間不到的情況下,若上位機輸入啟動命令,且電網負荷不高,也立即啟動水泵。在啟動條件滿足后,打開電磁閥,啟動水泵。系統(tǒng)按水泵編號順序依次啟動。如某臺水泵封鎖,則跳過,啟動下一臺。
CPU在輸出打開電磁閥的指令后,水泵的射流系統(tǒng)開始抽真空,然后系統(tǒng)判斷是否達到真空度。按照規(guī)定,水泵應在300s內完成啟動,因此,達到真空度的同時,還有一定的時間限制,該時間定為255so若在255s內有真空度信號,則合上真空開關電磁閥,開啟電動閥門。電動閥門開啟10s后,系統(tǒng)置水泵為運轉狀態(tài),開始測量機組運行參數(shù)及壓力。如果水泵不能上水,說明此時壓力降低。當壓力低于3.9Pa時,系統(tǒng)自動停止水泵運轉。
各個執(zhí)行機構動作后,都有一個相應的表示設備狀態(tài)的開關信號返回。在某一執(zhí)行機構動作后,便檢查該執(zhí)行機構的返回信號。如果沒有返回信號,說明此機構出現(xiàn)問題,就換另一機構啟動,并顯示故障位置,使已經動作的各執(zhí)行機構恢復初始狀態(tài),置該機組為封鎖狀態(tài),并由上位機打印出故障現(xiàn)象。水泵運行后,系統(tǒng)便檢測電壓、電流、功率、電機定子、軸承的溫度、泵體填料以及其它參數(shù),并送到LED數(shù)碼管顯示,每點顯示2s。
對于上位機,通電后通訊接口立即被初始化,控制命令裝入內存,顯示一組菜單,可以按照菜單進行操作。將這些命令通過數(shù)據(jù)發(fā)送程序,送往單片機;對于單片機送來的數(shù)據(jù),由數(shù)據(jù)接收程序接收,再由數(shù)據(jù)處理程序進行處理。上位機接收到的數(shù)據(jù)分為2類,即查看數(shù)據(jù)和記錄類數(shù)據(jù)。前者由上位機從單片機調用出來,只顯示數(shù)據(jù)并不作記錄,后者是單片機主動發(fā)送過來的數(shù)據(jù),進行存盤和打印記錄,作為運行日志或故障記錄。
2結束語
自動控制系統(tǒng)不需要人員參與,依靠PLC與各傳感器的工作或單片機控制即可完成,并且單片機水泵控制系統(tǒng)具有組態(tài)靈活、實時操作與監(jiān)控、運行可靠、保護完備、通訊靈活方便、應用范圍廣等特點,既可用于水泵自動控制系統(tǒng),也可以作為其他機電設備的控制裝置。