煤礦排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李美霞

摘要：煤礦排水泵承擔(dān)排出井下全部涌水的重要任務(wù)，是保障煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，同時(shí)又消耗大量電能。為了保證其可靠而經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，準(zhǔn)確、及時(shí)地了解水泵的運(yùn)行情況，采用微機(jī)監(jiān)控操作是十分有效的手段。本文分別運(yùn)用PLC和單片機(jī)技術(shù)對(duì)排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：排水泵自動(dòng)控制PLC單片機(jī)

0引言

在煤礦排水泵站中，一般有一個(gè)由多臺(tái)排水泵組成的較大的泵站，它在整個(gè)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(yùn)行臺(tái)數(shù)也會(huì)因此有較大的變化，如果控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)造成排水泵的頻繁啟制動(dòng)，或各臺(tái)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短相差過(guò)分懸殊，這樣會(huì)加重泵的磨損、縮短泵的壽命，同時(shí)會(huì)造成對(duì)電網(wǎng)的頻繁沖擊，增加電能的損耗。

1排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)——單片機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1.1控制系統(tǒng)的構(gòu)成單片機(jī)水泵控制系統(tǒng)分為井上和井下2個(gè)主要部分，采用微型機(jī)和單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式實(shí)時(shí)控制，兩者通過(guò)調(diào)制解調(diào)器及2條電話線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。

上位機(jī)是設(shè)在中央變電所主控制室的80486DX4-S微型機(jī)，其作用是接收并貯存下位機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，輸出各種報(bào)表及匯總數(shù)據(jù)。并向單片機(jī)發(fā)出各種控制命令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。單片機(jī)的作用是完成水泵的定時(shí)啟動(dòng)，低水位停機(jī)，測(cè)控水泵及電機(jī)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(jī)發(fā)來(lái)的控制信息、自動(dòng)切換故障機(jī)組，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。并配打印機(jī)、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、顯示器和調(diào)制解調(diào)器。

下位機(jī)由MCS-51系列8031單片機(jī)構(gòu)成，應(yīng)用8255A作并行I/O。擴(kuò)展接口芯片，應(yīng)用EPROM2764固化主控程序，6116RAM程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片。水位、電量、溫度和流量等參數(shù)通過(guò)相應(yīng)的傳感器經(jīng)過(guò)放大濾波、多路開(kāi)關(guān)和采樣保持器送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0809。數(shù)據(jù)通訊采用半雙工方式，通過(guò)RS－232標(biāo)準(zhǔn)接口與調(diào)制解調(diào)器相連，數(shù)據(jù)傳輸率為300bps。

1.2控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與程序流程上位機(jī)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(jī)發(fā)送控制命令。打印運(yùn)行記錄和匯總，查看數(shù)據(jù)等；數(shù)據(jù)處理程序負(fù)責(zé)建立數(shù)據(jù)文件，打印故障狀態(tài)，打印運(yùn)行日志，并存儲(chǔ)60天內(nèi)的運(yùn)行參數(shù)。單片機(jī)的程序采用模塊式結(jié)構(gòu)，包括主程序、子程序和中斷服務(wù)程序等。主程序的作用是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化、測(cè)量各種參數(shù)和控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。子程序主要分為數(shù)據(jù)采集、標(biāo)度變換、故障處理、數(shù)據(jù)傳送和顯示子程序。中斷服務(wù)程序主要有時(shí)鐘服務(wù)程序等。

開(kāi)機(jī)后系統(tǒng)首先檢測(cè)水位，如水位高于危險(xiǎn)水位，則優(yōu)先啟動(dòng)水泵，否則就要看是否到達(dá)啟動(dòng)水泵的時(shí)間，如時(shí)間已到達(dá)，還要檢測(cè)電網(wǎng)的負(fù)荷情況。若電網(wǎng)負(fù)荷不高，立即啟動(dòng)水泵。在開(kāi)泵時(shí)間不到的情況下，若上位機(jī)輸入啟動(dòng)命令，且電網(wǎng)負(fù)荷不高，也立即啟動(dòng)水泵。在啟動(dòng)條件滿足后，打開(kāi)電磁閥，啟動(dòng)水泵。系統(tǒng)按水泵編號(hào)順序依次啟動(dòng)。如某臺(tái)水泵封鎖，則跳過(guò)，啟動(dòng)下一臺(tái)。

CPU在輸出打開(kāi)電磁閥的指令后，水泵的射流系統(tǒng)開(kāi)始抽真空，然后系統(tǒng)判斷是否達(dá)到真空度。按照規(guī)定，水泵應(yīng)在300s內(nèi)完成啟動(dòng)，因此，達(dá)到真空度的同時(shí)，還有一定的時(shí)間限制，該時(shí)間定為255so若在255s內(nèi)有真空度信號(hào)，則合上真空開(kāi)關(guān)電磁閥，開(kāi)啟電動(dòng)閥門。電動(dòng)閥門開(kāi)啟10s后，系統(tǒng)置水泵為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，開(kāi)始測(cè)量機(jī)組運(yùn)行參數(shù)及壓力。如果水泵不能上水，說(shuō)明此時(shí)壓力降低。當(dāng)壓力低于3.9Pa時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。

各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作后，都有一個(gè)相應(yīng)的表示設(shè)備狀態(tài)的開(kāi)關(guān)信號(hào)返回。在某一執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作后，便檢查該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的返回信號(hào)。如果沒(méi)有返回信號(hào)，說(shuō)明此機(jī)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，就換另一機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，并顯示故障位置，使已經(jīng)動(dòng)作的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)恢復(fù)初始狀態(tài)，置該機(jī)組為封鎖狀態(tài)，并由上位機(jī)打印出故障現(xiàn)象。水泵運(yùn)行后，系統(tǒng)便檢測(cè)電壓、電流、功率、電機(jī)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(diǎn)顯示2s。

對(duì)于上位機(jī)，通電后通訊接口立即被初始化，控制命令裝入內(nèi)存，顯示一組菜單，可以按照菜單進(jìn)行操作。將這些命令通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)送程序，送往單片機(jī)；對(duì)于單片機(jī)送來(lái)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(jìn)行處理。上位機(jī)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(jī)從單片機(jī)調(diào)用出來(lái)，只顯示數(shù)據(jù)并不作記錄，后者是單片機(jī)主動(dòng)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行存盤(pán)和打印記錄，作為運(yùn)行日志或故障記錄。

2結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)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(jī)控制即可完成，并且單片機(jī)水泵控制系統(tǒng)具有組態(tài)靈活、實(shí)時(shí)操作與監(jiān)控、運(yùn)行可靠、保護(hù)完備、通訊靈活方便、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，既可用于水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)，也可以作為其他機(jī)電設(shè)備的控制裝置。