孫 杰，史殿峰

（遼寧鐵煤集團(tuán)，遼寧 鐵嶺 112700）

1 控制系統(tǒng)

1）使用條件。該控制系統(tǒng)可使用在額定電壓1 140 V或660 V交流50 Hz的供電線路中，通過自行設(shè)計可編程控制器PLC運(yùn)行程序，對兩臺三相交流水泵的水位監(jiān)控，實現(xiàn)無人自動起動、停止以及二者自動切換進(jìn)行控制，并同時對水泵開啟前進(jìn)行自動補(bǔ)水控制，可根據(jù)高、低水位自動控制補(bǔ)水箱的供水與停水，同時對水泵溫度及壓力進(jìn)行實時監(jiān)測，當(dāng)溫度超限或者壓力過高，可編程控制器可以對其進(jìn)行實時監(jiān)測進(jìn)行保護(hù)，并發(fā)出報警信息，提示就近維護(hù)人員前來進(jìn)行故障處理[1]。通過將一個AC 220 V/DC 12 V本安電源安裝到本控制開關(guān)內(nèi)，利用此本安電源將外部引入的各個水位控制信號以及溫度、壓力等模擬量信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，送到控制器進(jìn)行計算，比較，在進(jìn)行控制保護(hù)。

2）控制系統(tǒng)采用元件HHY3P液位自動控制器（AC 36 V電源，觸頭容量220 V/5 A）高、中、低水位；水泵電機(jī)、泵體溫度保護(hù)元件采用PT100，它的阻值跟隨溫度的變化成正比關(guān)系，PT100的阻值與溫度變化關(guān)系為：當(dāng)PT100溫度為0℃時它的阻值為100 Ω，在100℃時它的阻值約為138.5 Ω。阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的，屬于正溫度系數(shù)電阻。PT100的熱電阻大概溫度變化1℃時，電阻值變化0.4 Ω。當(dāng)泵1（包括水泵電機(jī)、泵體）本體或泵2本體（包括水泵電機(jī)、泵體）任一出現(xiàn)溫度過高時，編程控制器實時接收溫度信號，當(dāng)任一溫度實際值與程序內(nèi)部設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)大于設(shè)定值時，PLC輸出執(zhí)行超溫保護(hù)停機(jī)；溫度變送器型號為TM6921-1111屬于熱電阻輸入，智能溫度變送器，它采集PT100的溫度信號，轉(zhuǎn)換成兩路0～5 V電壓信號，送入EM231的A/D模塊內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再送給主控制器內(nèi)進(jìn)行溫度比較計算，輸出保護(hù)；壓力變送器，管路壓力的壓力變送器型號為BOOST PSC-3051，應(yīng)用了先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)及頻率相移鍵控技術(shù)，提高了整機(jī)性能可靠性，方便了現(xiàn)場和控制室之間的連接[2-3]，它的核心是一個電容式壓力傳感器，是一個完全密封的組件，過程壓力通過隔離膜片和灌充液硅油傳到感壓膜片引起位移。傳感膜片和兩電容極板之間的電容差由電子部件轉(zhuǎn)換成4～20 mA DC的二線制輸出的電信號。它的組成由“δ”室傳感器（敏感元件）、線路板模塊、A/D轉(zhuǎn)換、微處理器、EEPROM存儲器、D/A轉(zhuǎn)換器、數(shù)字通訊等構(gòu)成，它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號（如4～20 mA DC等），在這里將此信號送到A/D模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換后送到可編程控制器中進(jìn)行比較，實現(xiàn)自動控制。壓力變送器是一種接受壓力變量,經(jīng)傳感轉(zhuǎn)換后,將壓力變化量按一定比例轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)輸出信號的儀表。其原理大致是：將水壓這種壓力信號轉(zhuǎn)變成電流（4～20 mA）信號，壓力和電壓或電流大小成線性關(guān)系，一般是正比關(guān)系，所以，變送器輸出的電壓或電流隨著壓力增大而增大，得出一個壓力和電壓或電流的關(guān)系。該系統(tǒng)中當(dāng)泵1管路或泵2管路任一出現(xiàn)壓力值超限時，編程控制器實時接收壓力信號，當(dāng)任一壓力的實際值與設(shè)計程序內(nèi)的設(shè)定值比較，當(dāng)大于設(shè)定值時，PLC輸出執(zhí)行超壓保護(hù)停機(jī)；本控制開關(guān)A/D模擬量轉(zhuǎn)換模塊采用EM231模擬量轉(zhuǎn)換模塊，其地址分布A+，A-為AIW0 B+，B-為AIW2 C+，C-為AIW4 D+，D-為AIW6，不用的口要用短接線連接，防止該口有誤動作信號輸入。

該系統(tǒng)采用S7-200可編程控制器CPU224CN和一塊EM231模擬量轉(zhuǎn)換模塊，壓力變送器輸出4～20 mA電流信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，得到的數(shù)值是6 400～32 000，即A0=4，Am=20，D0=6 400，Dm=32 000，代入公式，得出A=（D-6 400）×（20-4）/（32 000-6 400）+4。

該模擬量與AIW0對應(yīng)，則當(dāng)AIW2的值為12 800（就是D的值）時，相應(yīng)的模擬電信號是6 400×16/25 600＋4＝8 mA。（A=（D-6 400）×（20-4）/（32 000-6 400）＋4，代入數(shù)值A(chǔ)=（12 800-6 400）×（20-4）（/32 000-6 400）＋4，推導(dǎo)出6 400×16/25 600＋4=8 mA。

溫度傳感器，-50～200℃與4～20 mA相對應(yīng)，以T表示溫度值，AIW0為PLC模擬量采樣值，則根據(jù)上式直接代入得出：T=70×（AIW0-6 400）/25 600-10可以用T直接顯示溫度值。

2 原理簡介（見圖1）

圖1 電路設(shè)計原理圖

主泵在工作前首先對其進(jìn)行補(bǔ)水操作，補(bǔ)水箱上配置Φ25進(jìn)水閥門、開關(guān)內(nèi)部采用HHY3P液位自動控制器，該控制器采用AC 36 V電源，觸頭容量為220/5 A，內(nèi)部具有高、中、低水位控制，其內(nèi)部控制繼電器在高水位時工作，液位控制器內(nèi)部繼電器常開點閉合，PLC-I0.4有輸入信號，對應(yīng)PLC-Q0.7輸出信號，控制KA7和KA8得電。其中KA8常閉點（129、130）斷開電動球閥的K1、K2輸入信號，這時補(bǔ)水電動球閥關(guān)閉，停止自動上水。當(dāng)水位下降低于中水位以下時，又接通補(bǔ)水電動球閥內(nèi)部的K1和K2，這時補(bǔ)水電動球閥開啟，自動上水。到高水位時關(guān)閉，如此循環(huán)。KA8得電后，KA7本身的兩對常開接點閉合，分別串入由PLC輸出Q0.0和Q0.1先導(dǎo)控制KA1-A1和KA2-A1回路中，以保證只有補(bǔ)水箱中的水處于高水位時，才允許泵1和泵2得電開始排水。以防止水泵工作前出現(xiàn)吸空現(xiàn)象。在PLC輸出給泵1、泵2開關(guān)的先導(dǎo)回路串接如下：控制本回路啟動控制器來的常開點；互鎖對方的水泵開關(guān)內(nèi)KA1或KA2；串接一個如果PLC可編程控制器故障時，斷開自動控制改為本身手動控制的鈕子開關(guān)NK1或NK2；在泵1、泵2遠(yuǎn)控線K1、K3之間除串接KA1或KA2中間繼電器常閉點之外，再串接對方主接觸器KM1或KM2的常閉點K13、K14，這樣就是保證當(dāng)泵1或泵2開關(guān)本身出現(xiàn)故障跳閘時，由于可編程控制器輸出的先導(dǎo)信號是同時的，如果泵1開關(guān)出現(xiàn)問題，當(dāng)泵2開關(guān)在其他條件具備的情況下自動切換泵2運(yùn)行，以保證水位不超限。系統(tǒng)手動/自動原理在兩個泵的輸出先導(dǎo)回路K1、K3之間除一個可編程控制器輸出控制接點，對方磁力開關(guān)回路中間繼電器和接觸器常閉點閉鎖之外，再串接一個鈕子開關(guān)NK1（斷泵1自動）、NK2（斷泵2自動），以作為當(dāng)本控制開關(guān)可編程控制器出現(xiàn)故障時，扳動這兩個扳倒開關(guān)，斷開給兩個泵的自動控制信號，由人工操作水泵本身控制磁力開關(guān)進(jìn)行近控啟動或者遠(yuǎn)方啟動。兩個泵的高、中、低水位之間設(shè)計有一定高度，防止兩個泵之間同時具備條件啟動。水位開關(guān)設(shè)計高度按照主泵1在最下端，依次在中間是超主泵1高水位報警，在上端就是副泵2的高、中、低水位。當(dāng)泵1和泵2本身開關(guān)同時出現(xiàn)過流、漏電等故障時，可自動切斷故障開關(guān)本身控制回路，PLC自動控制就不起作用。

3 推廣應(yīng)用前景

井下水倉無人自動排水PLC控制應(yīng)用技術(shù)項目通過鐵煤集團(tuán)大興礦采區(qū)污水倉的實際應(yīng)用，得到現(xiàn)場操作人員的一致好評，通過自動監(jiān)測工作水位及警戒報警水位，實現(xiàn)程序自動運(yùn)行，控制兩臺鍛泵的自動啟動運(yùn)行和超警戒水位報警，通過泵站管路壓力和泵體溫度自動監(jiān)控，實時進(jìn)行自動保護(hù)。這一項目的投入運(yùn)行，在智能化礦山建設(shè)上實現(xiàn)了無人化作業(yè)，實現(xiàn)了減員提效，設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，值得推廣使用。