基于无线网络的PLC选矿厂供水系统.pdf

仪器仪表用户 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 1 0 4 1 ． 2 0 1 1 ． 0 5 ． 0 0 6 基于无线网络的 P L C选矿厂供 水 系 口科研设计成果口 统 王彤 。王捷 1 ． 辽宁机电职业技术学院 黄海汽车学院， 丹东 1 1 8 0 0 9 ； 2 ． 辽宁机电职业技术学院 信息系， 丹东 1 1 8 0 0 9 摘要 本文探讨了基于无线网络的P L C控制及变频技术的小型选矿厂供水系统的控制方法。该控制方法在节能方面效果 显著， 在季节变换时能确保水位稳定 ， 可靠供水方面效果尤为显著。其方法是根据选矿厂用水量， 自动调节不同地点的某台 水泵的起停及转速 ， 使该选矿厂供水系统实现一种智能化变频调速恒压供水系统。使工作储水池水位保持恒定。克服了选 矿厂原供水系统 ， 供水水位不稳定、 耗电量大、 可靠性差、 劳动强度大的缺点。水位稳定度达到 9 8 ％以上。 节约电能 2 2 ％。 关键词 供水系统 ； 变频；节能；智能化； P LC控制 中图分类号 T P 2 7 1 ． 4 文献标志码 A W a t e r s u p p l y s y s t e m o f PLC c o n c e n t r a t i n g mi l l b a s e o n wi r e l e s s n e t wo r k W ANG T o n g ． WANG J i e 1 ． L i a o n i n g J i d i a n P o l y t e c h n i c o f H u a n g h a i E n g i n e e r i n g V e h i c l e C o l l e g e ， D a n d o n g 1 1 8 0 0 9 ， C h i n a ； 2 ． L i a o n i n g J i d i a n P o l y t e c h n i c D e p a r t m e n t o f I n f o r ma t i c s ， D a n d o n g 1 1 8 0 0 9 ， C h i n a Ab s t r a c t Con t r o l li n g me t h o d s f or wa t e r s u p p ly s y s t e m o f PL C c o n c e n t r a t i n g mi l l b a s e o n wi r e l e s s n e t wor k a r e d is c u s s e d ． Th i s c o n t r o l li n g me t h o d wo r k s well o n t h e f a c e t o f e n e r g y c o n s e wa t ion ．I t c a n e n s u r e t h e s t a b i li z a t io n o f wa t e r le v el a t t h e c h a n g e o f s e a s o n，e s p e c i a l ly o n t h e f a c e t o f d e p e n d a b le wa t e r s u p p l y ．T h i s p r o c e s s a u t o c o n t r o l wa t e r p u mp i n d if f e r e n t p l a c e o n t h e b a s i s o f wa t e r c o n s u mp t i o n o f c on c e n t r a t i n g mi l l ，wh i c h r e a l iz e s i n t e l l ig e n t a u t o ma t ic c o n t r o l f or wa t er s u p p ly s y s t e m o f t h e c o n c e n t r a t i n g mi l 1 ．I t o v e r c o me s all t h e s h or t c o mi n g s o f l a r g e p o we r c on s u mp t i o n，lo w i n t e ll i g e n t a n d b a d ly r e l ia b i l it y ．Th e s t a b i l i t y o f wa t e r l e v e l r e a c h e d 9 8 ％ a n d s a v e d e l e c t r ic e n e r g y 2 2 ％ ． Ke y wo r d sp r o g r a mme o f b e n e f ic i a t i o n；s y s t e m o f wa t e r s u p p ly；me t h o d o f c o l l e c t i n g wa t e r ；e n e r g y - s a v i n g；i n t e l l i - g e n t i z e；a u t o c o n t r o I 3 历史数据的存储和检索 对重要的数据进行 在线存储 ， 也可以通过历史报表或者历史趋势 曲线来 检索历史数据。 4 安全管理 对于重要设备的操作、 重要参数的 修改均会 自动记录， 包括登录的操作员、 对设备进行 的操作、 时间以及修改前后的参数值等， 以利于进行 管理及事故分析 。 5 总结 本文的城市热 网监控 系统 采用的 S C A D A系统 是以计算机为基础的生产过程控制与调度 自动化系 统， 在数据采集及集中监测方面具有国内先进水平， 可 以对一级热力站控制系统和多个二级换热站进行 调度管理。该系统功能齐全、 性能稳定、 性价比高， 对 远程数据传输和无人值守系统均有一定的实用价值 和指导意义 。口 参考文献 [ 1 ]彭大维． 换热站计算机控制系统[ J ] ． 仪表技术与传 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 感器， 2 0 0 5 ， 4 3 3 3 5 ． [ 2 ]熊新民， 曹毅． 小区供暖换热站监控系统设计[ J ] ． 微 计算机信息， 2 0 0 9 ， 2 5 1 8 1 0 ． [ 3 ]梁涛， 马爱龙， 张健， 等． 具有远程监控功能的换热站 自动控制系统 [ J ] ． 电子技术与应用， 2 0 0 7 ， 1 O 9 3 9 6． [ 4 ]徐伟， 邹瑜．供热系统温控与热计量技术 [ M] ． 北 京 中国计划出版社 ， 2 0 0 0 1 2 2 1 2 6 ． [ 5 ]贺平 ， 孙刚．供热工程[ M] ． 第三版． 北京 中国建筑 工业出版社， 1 9 9 3 2 8 3 5 ． [ 6 ]李凌云， 王青． 混水换热站水力工况分析及应用[ J ] ． 区域供热， 2 0 0 8 ， 4 4 7 49 ． [ 7 ]李品， 刘志峰， 谢川， 等． 基于工控组态软件的供热控 制系统[ J ] ． 微计算机 ， 2 0 0 6 ， 3 1 1 4 - 1 5 ． 作者简介 齐瑞 1 9 5 3 一 ， 男 ， 高级工程师， 研究方向 城市供热 管网控制系统、 垃圾焚烧发电。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 5 - 0 6 E I C V o l 1 8 2 Q ． 墨 1 7 口科研设计成果口 0 引言 目前 ， 小型矿山选矿厂普遍采用沉淀池、 事故坝 、 河套联合人工控制供水 系统。由于采水点 多 ， 距离 远， 不 同季节采水点会发生变化 ， 人工控制的系统很 难满足实际选矿需要 ， 同时浪费能源。本设计根据实 际用水量及采水 点供水 能力， 采用 了基于 P L C控制 及变频技术的控制系统 ， 采水点 、 控制 中心 、 储水池 之间的通讯采用无线 网络 ， 实现 了智能 自动控制供 水系统 ， 故障 自动报警， 并且满足节能及 用水 的 需求 。 l 小型选矿厂供水控制系统设计方案 1 ． 1 设计方案 由于该小 型选矿厂工作储水池的采水采用沉淀 池 、 事故坝 、 河套联合的方式供水。我们在沉淀池 、 事 故坝 、 河箬分别安装了两台水泵。工作储水池安装有 水位检测器， 能检测水位上限及水位下限。监控中心 采用 P L C系统控制器。监控中心、 工作储水池、 沉淀 池、 事故坝、 河套各个部分之间采用无线网络通讯， 传 输运行命令及工作状态。 工作储水池的水位检测器， 可以提供水位状态， 水位有三种状态 低于下限， 高于下限低于上限， 高于 上限。并实时将水位状态通过无线 网络开关量控制 器传输到监控 中心 。 监控中心 的 P L C根据水位状态及设置的工作程 序， 通过无线网络开关量控制器将水泵的工作位置及 数量传输到水泵工作现场， 水泵根据命令启动水泵运 行或停止。当水泵发生故障时也通过无线开关量控 制器将故障信息传输至监控中心。 P L C可编程控制器是一种专门为在工业环境下 应用而设 计 的控制设 备。P L C由于采用严 格 的生 产工艺制造 ， 内部 电路采取 了先进 的抗干扰 技术 ， 具有可靠性高， 抗干扰能力强 ， 故障率低等特点． 此 外， P L C带有硬件故障自我检测功能， 出现故障时 可及时发出警报信息。使整个系统具有极高的可 靠性。 水泵工作现场采用变频器控制系统和管路防冻 控制器。水泵工作现场安装有变频器控制系统， 水泵 的工作由变频器控制． 水泵变频改造具有显著的节电 效果 ， 是一种理想 的调速控制方式． 既提高了设备效 率 ， 又满足了生产工艺要求 ， 并且还大大减少 了设备 维护、 维修费用， 系统具有变频节能、 功率因数补偿节 能 、 软启动节能的优点 ， 可以为电网节约容量． 直接和 1 8 El C VO f ． 1 8 2 01 1 N0 ． 5 仪器仪表用户 间接经济效益十分明显． 1 ． 2 变频调速节能装置的节能原理 1 变频节能 输出功率与流量成立方关系。即水泵电机的耗 电功率与转速近似成立方 比的关 系。选择 的水泵都 大于实际需求， 通过变频调节流量时就可以节约大量 的电能。 2 功率因数补偿节能 普通电机的功率因数在 0 ． 6 0 ． 7 之间， 使用变 频调速装置后 ，C O S 接近 1 ， 从而减少了无功损耗 ， 增加了电网的有功功率。 3 软启动节能 变频器的启动电流从零开始， 最大值也不超过额 定 电流 ， 减轻 了对 电网的冲击 ， 延长了水泵和阀门的 使用寿命。 1 ． 3 实际节能 在水泵工作时， 选矿厂的用水量是不固定的， 平 均压力为水泵额定压力 扬程 的 9 3 ％， 平 均流量 为 水泵额定流量的 9 7 ％， 水泵平均功率 P 0 ． 9 3 0 ． 9 7 3 0 ． 9 0 4 8 9额定功率。 普通电机的功率因数在实际使用中在 0 ． 8 5 0 ． 9之问， 采用变频方式工作时功率 因数 大于 0 ． 9 5， 节能一般在 7 ％左右。 所以采用变频方式控制水泵的工作频率 ， 将节约 大量的电能 ， 经实际使用综合节能达 2 2 ％ ， 与理论计 算基本吻合。 1 ． 4 小型选矿厂供水控制系统的功能 1 在设计中采用智能压力检测控制及变频控制 系统， 自动控制送水扬程， 同时自 动检测储水池水位， 并根据储水池水位 自动控制水泵的工作 T 2 j 。 2 采用智能检测控制及储水池水位 检测系统 ， 自动控制水泵的工作数量 ， 满足生产需求 3 j 。 3 为防止冬天气温较低输水管路冻结 ， 系统设 计 了输水温度检测系统 ， 根据管路温度 自动启动水泵 功能 。 4 监控中心具有 以下 功能 自动显示现 场工作 状态 水泵运行状态 ， 储水池水位 。可以选择 自动运 行及人工启动运行两种工作方式。当现场水泵出现 故障时具有声光报警。 5 当现场水泵出现故障时具有声光报警并 自动 断电 ， 报警功能包括 电机缺相 、 超压 、 欠压 、 超载、 水泵 堵转。 6 监控中心与水泵工作现场可以采用无线通信 欢迎光临本干 U 网站 h t t p ／ ／ w ww． e ie ． e o m． C I“ I 仪器仪表用户 方式。水泵工作现场具有自动运行及人工启动运行 两种工作方式 。 7 水泵 出现故 障时水 泵工作现场具有声光 报警。 8 根据不同季节， 设计两种自动工作模式， 河套 为主沉淀池为辅方式， 事故池为主沉淀池为辅方式。 2 系统的硬件设计 控制系统 由水位检测系统 、 控制 中心 、 现场设备 组成。 控制中心采用南京亚锐公司 P L C A F一 2 0 MRE 为核心组成 ， A F ． 2 0 MR - E具有抗干扰能力强 ， 编程简 单， 功能强大等特点， 在工业 自动控制系统中得到广 泛应用 。 水位检测系统采用浮球水位检测器 ， 浮球水位检 测器具有可靠性高， 使用简单， 成本低等特点。 现场设备由水泵控制器， 防冻控制器， 组成。水 泵控制器采用正弦变频器， 防冻控制器采用 X WT A一 3 0 0 1 温度控制仪。 控制中心与现场设备及水位检测器的通讯采用 深圳易联科的 K Y L一 8 0 2 开关量模拟量采集模块／ 无 线模块／ 无线数传模块， 该模块具有抗干扰能力强、 通 讯距离远、 双向通讯、 工作可靠等特点。 现场设备 电路框图如图 1 ， 控制 中心 电路框图如 图2 ， 水位检测电路框图如图3 。 图 1 现场设备 电路框图 “ 4 ／ l 墼夔 f 圈 圈 藿 圈 圈 匿 图2 控制中心电路框图 图 3 水位检测电路框图 3 系统的软件设计 软件设计说 明 主要 软件 系统采 用 P L C编程软 件梯形图编制， 设计过程中充分考虑了程序工作的实 时性、 可靠性。变频器的工作频率采用电压调节， 使 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 旦 遮 盛墨日 系统工作压力变化更加稳定 。加泵与减泵的过程充 分考虑了对系统压力的影 响。图 4是控制系统程序 流程 图。 图 4控 制 系统 程 序 流 程 图 4结束语 本文研究的基于无线网络的 P L C选矿厂供水系 统在丹东市宽甸县 的选矿厂应用过程中， 连续稳定运 行了近一年。经考核 ， 水位控制稳定度达到 9 8 ％ 以 上， 未发生实质性设备故障， 平均节约电能2 2 ％。 由于设备运行稳定， 没有因为设备故障影响矿山 的选矿工作。预计用一年半的时间节约电能的费用 就可以收回设备投资。口 参考文献 [ 1 ]刘长军． 对变频节能技术节能原理的几点分析[ J ] ． 中小企业管理与科技， 2 0 1 1 ， 2 7 6 1 2 8 7 ． [ 2 ]黄炜． 水泵变频节能技术浅析[ J ]． 商业文化， 2 0 1 0 ， 1 5 7 5 1 8 9 ． [ 3 ]李剑锋． 济三矿应用水泵 自动化监控系统 [ J ]． 煤矿 机械， 2 0 1 0 ， 3 1 1 0 1 0 5 ． 作者简介 王彤 1 9 6 0 一 ， 男，教授， 学士， 研究方向 主要从事 电气控制自动化方面的研究； 王捷 1 9 6 1 一 ， 女， 副教授， 学士， 研究方向 主要从事电气控制 自动化方面的研究。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 4 - 2 8 El C Vo 1 ． 1 8 2 01 1 No ． 5 1 9