基于PLC的压风机自动控制系统的设计与应用(1).pdf

8 0 山 童 堪蕉 斜枝 2 0 16 年 第 4 期 基于 P L C的压风机 自动控制系统的设计与应用 司 栋 ， 刘 超 刘 杰 ， 1 ． 淄博矿业集 团岱 庄煤矿 ，山东 济 宁 2 7 2 0 0 0 ； 2 ． 山东省充填开采 工程技术研 究中心 ，山东 济宁 2 7 2 0 0 0 摘要 岱 庄煤矿 为解决压风机依 赖人 工操作 、工作效率低 的现状 ，以 ML G一 2 5 ． 5 ／ 8 1 6 0 G型螺杆式空气压缩机为对 象，通 过 自主研发设 计，实现了基 于产电 LS MAS T E RKI 2 0 S DR T1 4 U P L C的压风机 的 自动控 制的设计与应用 关键词 自动控 制产电P L C 中图分 类号T D6 3 7 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 6 ． 0 4 ． 0 3 2 De s i gn a nd a ppl i c a t i o n of pr e s s ur e f a n a ut om a t i c c o nt r ol s y s t e m ba s e d on PLC Si Do n g ， Li u Ch a o Li u J i e ’ ， 1 ． Zi b o Mi n i n g Gr o u p Da i z h u a n g c o a l mi n e ， S h a n d o n g J i n i n g 2 7 2 0 0 0 ； 2 ． S h a n d o n g P r o v i n c e fi l l i n g mi n i n g e n g i n e e r i n g t e c h n o l o g y r e s e a r c h c e n t e r , S h a n d o n g J i n i n g 2 7 2 0 0 0 Ab s t r a c t I n Da i z h u a n g c o a l mi n e t o s o l v e t h e p r o b l e m t h a t t h e p r e s s u r e f a n i mmo d e r a t e l y r e l y o n ma n u a l o p e r a t i o n ， a n d t h e s t a t u s o f t h e l o w wo r k e ffic i e n c y , t o ML G 一 2 5 ． 5 ／ 8 1 6 0 G t y p e s c r e w t y p e a i r c o mp r e s s o r a s t h e o b j e c t ， t h r o u g h i n d e p e n d e n t r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t d e s i g n ， t h e r e a l i z a t i o n o f t h e a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m d e s i g n a n d a p p l i c a t i o n o f wi n d p r e s s u r e ma c h i n e b a s e d o n e l e c t r i c i t y g e n e r a t i o n L S Ma s t e r K1 2 0 S DR T 1 4 U P L C ． Ke y wo r d s a u t o ma t i c c o n t r o l p o we r g e n e r a t i o n P LC 淄博矿业集团岱庄煤矿 目前井下共有两个压风 机房 ，每个 压风 机房 都有 三 台型号 为 ML G． 2 5 ． 5 ／ 8 ． 1 6 0 G的螺杆式移动空气压缩机，主要负责给各采 区提供风动力。每台空气压缩机排气量为 2 5 ． 5 m3 ／ mi n 。鉴于本矿的具体情况，压风机房属于无人值 守机电硐室，由电气维修1 - 根据采区风动力的需要， 适时地对三台压风机的运行状态进行调度。正常情 况下，两台压风机运行，一台备用来保证采区用风。 当压力较低风动力不足时，再加开备用风机保证用 风；当压力较高风动力充足时，开两台保证用风 ； 交接班时间用风极少 ，开一台保证用风。 1 问题 分 析 1 长期以来压风机采用人丁控制。由于该 矿机电T区管辖范围广，人员存在严重不足的情况， 该压风机房未设司机专门值班 ，由维修T负责 日常 的开关机操作。然而 ，维修丁在对包机范围内的其 他设备进行巡回检查和维修时会失去对压风机房的 控制，在集中生产风压降低动力不足时，维修T接 收稿 日期 2 0 1 5 一 l 2 2 5 作者 简 介司栋 1 9 8 8 ． ，男 ，助理 工程 师，现 供职 于 山东能 源淄矿集 团岱庄煤矿 到 通知再去加 开压风机就会 影响采 区用 风 ，对生 产 不利 ；在交 接班风压较高 风动力 充足的时候 ，两 台 压风机运行，就会造成浪费，提高了运营成本。 2所使用的压风机是水冷式压风机，在每 次开机之前要求维修工对压风机进水闸阀手动调节 进水量 ，由于人T操作存在很多的不确定性。调大 了，容易造成水资源的浪费 ；调小了，压风机长期 在高温状态下运行 ，对设备的维修维护带来麻烦。 3根据新 的质量标准化关于机 电方面的相 关规定， “ 压风机房宜采用无人值守 ，集 中控制方 式。”由于引进一套 自动控制系统需要相 当大的资 金投入 ，该矿压 风机没有装设 自动控 制系统 。 2 系统改造方案 为 了解决 以上难题 ，岱庄煤矿 成立 了技 术攻关 小组 ，认真对各种技术方案进行探讨 与调研 ，自主 研发 了一套基于 P L C的压风机 自动控制系统 ，实现 了井下压风机 自动控制 ，无人值守 。 2 ． 1 硬 件 方 面 2 ． 1 ． 1 传感器 改造 在压 风机房 门 口风管路 上加设 了一个 电接 点压 童 堪茬 斜枝 2 0 16 年 第 4 力表作为压力信号，然后将电信号输入到压风机控 制器中。通过对电接点压力表的上限和下限的设置 ， 当风管路压力低于下限时，给系统发 出开机信号； 当风管路压力高于上限时，给系统发出停机信号。 电接点压力表广泛应用于石油 、化工、冶金 、 电站 、机械等工业部门或机电设备配套中测量无爆 炸危险的各种流体介质压力。由测量系统、指示系 统 、 磁助电接点、 外壳、 调整装置和接线盒 插头座 等组成。它是基于测量系统中的弹簧管在被测介质 的压力作用下 ，迫使弹簧管之末端产生相应的弹性 变形一位移 ，借助拉杆经齿轮传动机构的传动并予 放大，由固定齿轮上的指针 连同触头 将被测值 在度盘上指示 出来。与此同时，当其与设定指针上 的触头 上限或下限 相接触 动断或动合 的瞬时， 使控制系统中的电路得以断开或接通，以达到自动 控制和发信报警的目的。 2 ． 1 ． 2进水管路 改造 由于原有的进水管路已经不能满足 自动化改造 的需求 ，所以在原有管路的基础上，在每台压风机 的手动进水闸阀的后面增加了一套 电动阀门，每台 手动进水闸阀 保持常开 负责调节进水管路的进 水量，通过控制器对电动阀门发出开关信号，实现 压风机的自动进水。保证压风机开机时的进水量稳 定可靠。 2 ． 1 ． 3 加载 阀门改造 由于原有的手动加载阀门已经不能满足 自动化 改造的需求，所以在原有加载阀门的基础上，在手 动加载阀门风管的两端加了两个三通，并接了一个 电磁阀，通过 自动和手动都能实现对压风机的加载 和卸载 。示意 图见 图 1 。 图 1 加载 阀门改造 示意图 2 ． 1 ．4 原有压风机保护改造 将原有的压风机保护 断油保护、断水保护 、 81 油虑油细、超温保护、超压保护 从原来的启动器 中拆除，连接到制作好的自动控制器中，实现对三 台压风机保护的统一控制。所有保护还设有单独电 源 ，确保了系统的可靠性。电控部分 1 ≠ } 压风机为 例 示意图见图 2 。 图 2 电控 部 分 1 ≠ } 压 风 机 为 例 示 意 图 2 ． 1 ． 5 自动控制器的改造 由于该矿并没有压风机 自动控制系统，本次改 造属于自主研发，所用的控制器利用报废开关的外 壳，通过对可编程控制器的编程 ，输入输出、电源 模块的连接以及其他接线端子的连接，制作完成了 一 台压风机 自动控制系统 ，实现了对 一 4 1 0 m水平东 翼压风机房三台压风机的自动和手动的全面控制。 2 ． 2 软 件 方面 本次改造使用的是L S 产电可编程控制器 P L C ， 型 号 为 MAS T E R K1 2 0 S D R T 1 4 U、MAS T E R K1 2 0 S ． D R T 1 0 U。根据现场情况进行编程，将程序下载到 P L C中，其 中两套 MA S T E R K1 2 0 S ． D R T 1 4 U作为 自 动控制模块，可实现对三台压风机的自动控制。另 外一套MA S T E R K1 2 0 S ． D R T 1 0 U作为手动控制模块， 作为备用 ，当自动控制不起作用时，实现手动控制。 2 ． 2 ． 1 控制工艺流程 为了使改造后的系统更加的符合现场需求，通 过对现场长达一个月的跟踪调查 ，在对 P L C进行编 程后 ，实现了如下的控制工艺 1 当外界压力低于传感器下限时，给系统 发出开车信号 ，计时 5 s 后外界压力仍然低于下限时 对 1 ≠ } 压风机发出开车信号，1 撑压风机开车；当 1 压风机开机后 2 mi n 外界压力仍然低于下限时，对 2 ≠ } 压风机发出开车信号，2 ≠ } 压风机开车；当 2 压 风机开机后 2 mi n 外界压力仍然低于下限时，对 3 ≠ } 8 2 童 撼晨 科 技 2 0 16 年 第 4 期 压风机发出开机信号，3 ≠ } 压风机开车。 2当外界压力高于传感器上限时，给系统 发 出关机信号 ，计时 5 mi n后外界压力仍然高于上 限时，对 1 拌 压风机发出停车信号 ，1 ≠ } 压风机停车； 计时 5 mi n后外界压力仍然高于上限时，对 2 ≠ } 压风 机发出停车信号 ，2 ≠ ≠ 压风机停车；计时 5 mi n后外 界压力仍然高于上限时， 对 3 ≠ } 压风机发出停车信号 ， 3 ≠ } 压风机停车。 3开机 和关 机环 节都 是 采用 循 环控 制 ，可 避免单台压风机长期运行 ，保证每台压风机的开机 概率 、开机时间都大致相同。 4压风机开机过程中，对断油 、断水等开 机时压力打不起来的情况，采用了屏蔽处理，计时 3 0 s 之后投入保护 ，既避免了故障开车又解决了开 机 过程中经常停 车的困扰 。 5 在压风机运行期间，系统对压风机的各 项保护进行循环扫描，确保故障停车。 6 每 台压风机的开关机顺序根据现场实际 情况设定， 开机顺序为进水阀门开 一电动机启动 一 加载 ／ 卸载阀门吸合。关机顺序为加载 ／ 卸载阀 门释放 一电动机停车 一进水阀门关。 7在 自动控制不起作用时，切换按钮打到 手动模式，手动起停各压风机。 2 ． 2 ． 2 P L C接线 示意 图 图 3 ～图 5 l n l l G 02 - - ”G F 傩 检测 一 一 ， - 竺 0 3 o 量o 1 ， 8 竺 压 q 栅 探 护 ， _ 竺 L 0 ‘l ＆ 14 G 竺 【 压 晡咻 护 竺 0 6_ t ” 0 竺 一 ’ 压 睬护 ， _ 竺 一 3 昌 ， m 0 竺 匪 - ， ， - L D T 2． i t 0 竺 压 附 馈 竺 ‘ _ m 0 ～ -‘．． ．一 } 压 0 E 机反 馈 ／ 墨 t． 0 0 口 撕反 馈 9 *T 螽 * 0 ∽ nG 一 ≈0 H0 图 3 自动控制模块 P L C接 线图 每套 P L C通过接人输入输出继电器，有单独的 电源供电，确保了系统运行的可靠型，且自动控制 模块的 P L C中附有报警输出点 ，当设备启动失败管 路压力低于下限时，可报警警示工作人员。 图 4 手动控制模块 P L C接线 图 每套 P L C通过接人输入输出继电器 ，有单独的 电源供电，确保 了系统运行的可靠型，且 自动控制 模块的 P L C中附有报警输出点 ，当设备启动失败管 路压力低于下限时，可报警警示工作人员。 暑 0 0 2 0 一l I a 0 ． I 【 门打开 竺 Q 3 0 墓。 I10 竺 1 - 1 压 哺 栽 竺 Q ‘ l2 0 -----------------一 --------一 2 压 门 打开 竺 i 0 ---- ------ ---- -一 -- ----一 3 雁 P ． 3 ． I “0 m 0 l 6 0 啪 竺 0 6 ， l 0 ／ 水门打卉 0 t ‘ ／ 瞄 毗 咖攀 0 e l 8 0 图 5 反 馈 模 块 P L C 接 线 图 3 取得 的效果 1 将手动控制改为 自动化无人控制 ，实现 2 4 h全天候无人值守 自动控制。 2防 止 由于手 动调 节进 水量 不 当造成 的压 风机过热或防尘水浪费、设备磨损严重，利于延长 设备运行寿命。 3具备压风机启动失败报警装置 ，防止在 设备故障停机后，无人察觉造成采区风动力不足， 影响生产 。 4系统 双 电源设 置 ，防止 出现 电源故 障 ， 造成整套 自动控制系统瘫痪 ，双 P L C设计，手动 自 动都可实现对压风机的控制，增加系统可靠性。 5 循 环周 期 监测 外部 管 路压 力 ，根据 风 动 力实际情况开停设备，避免了空载运行情况，降低 电耗 。 上接第 7 9页 【 4 J h t t p ／ ／ www ． c h i n a n e ws ． c o m／ g n ／ 2 0 1 4 ／ 0 1 0 9 ／ 5 7 1 6 4 9 8 ． s h t ml f 5 ] 国蔡 卫 ，马 尚权 ． 我 国煤 矿安全 管理 的现状及 对策 [ J ] 煤炭科 学枝术 ，2 0 0 4 ，3 2 1 27 4 7 6 ． [ 6 ] 汉君关于煤矿事故致 因理论的探讨 【 J ] ． 煤矿安全， 2 0 05．3 6 1 1 3 3 3 5 ． [ 7 ] 景国勤，杨玉中，张明安 ． 煤矿安全管理 [ M】 ． 徐州中 国矿业大学 出版社 ，2 0 0 7 2 2 2 4 ． [ 8] 乔 国厚 ，煤矿 安全 风险 综合评 价 与预 警管理模 式研 究 【 D ] ． 武汉 中国地质 大学，2 0 1 3