PLC和变频器在矿井水处理系统中的应用研究

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　　内容摘要:本文介绍了变频调速在矿井水的处理系统中原理,重点介绍了PLC控制系统的结构特点,以及系统硬件和软件方法。
　　关键词:可编控制器;变频调速;供水系统
　　中图分类号:TD442+.2
　　文献标识码:A
　　
　　国投新集公司新集二矿矿井水处理站始建于1997年,在为了适应矿区的生产,在2004年决定改造扩容。为了能提高效率和节约环保,在电气控制部分决定选用PLC。当时PLC已经在电气控制系统中应用最为广泛,它不仅编程简单,维护方便,并配有各类通讯接口与模块处理,可方便各级连接。
　　
　　一、方案选取
　　
　　在矿井水处理系统中,管道中的水能够保持一定流量,我们选用PLC配以不同功能的传感器,根据管道中矿井水的流量,通过变频器控制加药泵的转速,使管道中的加药量,始终保持在合适的范围,并配上过流、过压、过载、加药箱液位保护装置。系统中加设一套相同装置的备用设备。另外,在PLC通过扩展I/O接口实现监测,控制和通讯等功能。
　　
　　二、控制原理
　　
　　
　　本系统为PLC实时设备监控系统,对3台提升泵和2台加药泵、2台搅拌机、自动排污进出水浊度参照、水流信号、水位信号、加药箱液位信号、水泵过载短路故障报警。加药泵工作方式根据提升泵流量值比较后,进行PID调节输出,驱动加药泵工作,接到提升泵工作信号后,接通变频器电源,变频器软起动,接通加药泵接触器,加药泵开始工作,其流量大小根据需要设定(使用编程器或手提电脑对PLC内原设定的流量大小参数进行修改),PLC检测所有接触器的开关状态。因为变频器具有短路、过载等保护功能。所以当当前变频器所驱动的水泵发生上述故障时,变频器将自动切断一次供电回路,进入保护状态并输出报警信号。PLC对这些报警信号进行检测,而后对加药泵的投入。具体过程为PLC检测报警信号。首先断开当前加药泵的接触器启动变频器进行备用加药泵,同时输出该泵故障报警信号。提升泵工作方式为两用一备,由PLC根据时间进行3台水泵工作切换,因为资金问题,采用Y/▲降压启动,未采用变频器控制。因此PLC只需要对3台提升泵的接触器,时间继电器进行断开,接通操作即可。当水泵发生短路、过载等情况,热继电器热敏元件动作,使接触器断开。并向PLC输出报警信号。PLC检测到报警信号后,起动备用提升泵,并同时向上位机发出声光报警指示。系统设置工频,变频、手动/自动、电位器/中控变频转换。当选择工频时PLC只进行信号检测,故障报警。加药泵的开、关、停均由安装控制柜面板的手动按钮或上位机远程控制。
　　
　　三、系统硬件
　　
　　
　　(一)系统结构框图。PLC不仅要控制提升水泵的起停,还要间接控制加药泵的起停工作和报警输出。下面就水处理系统结构进行说明。P1、P2、P3为3台提升水泵。P4、P5为两台加药泵,P6为JPLC的报警输出,则水处理各硬件的连接如右图所示。
　　(二)各硬件的工作说明:1.变频器。加药泵都由变频器直接控制,一台加药泵用一台变频器。变频器的起停分为手动和PLC控制,变频器输入有一路压力传感器信号(反馈量),一路电位器信号(参考量)两路开关量(一路起停信号和一路复位信号).有两路输出信号(一路故障保护报警信号、5HZ信号)。2.水流开关。水流开关用于检测提升泵、加药泵启动管路是否有水流通过,提升泵出水端安装一个水流传感器,两台加药泵各有一个水流传感器,在水处理系统出口处安装有水浊度信号传感器。具体工作过程:PLC启动提升泵和加药泵后,PLC将检测水流传感器输出信号,若该信号指示无水或者无药液流动,PLC则判定提升泵和加药泵有故障,产生故障信号,并将该故障声光信号传至上位机,同时将该水泵断电并启用备用泵投入运行。当管路压力或水浊度趋于设定值,变频器工作频率很低,此时加药泵的转速非常低,水流开关亦有可能发出无水流信号,这种情况并非故障,PLC将通过检测变频器的低频输出信号来区别(低于5HZI时变频器输出一路信号)。3.手动自动选择开关。每面柜均设个手动/自动转换开关。该转换开关为一个三位选择开关,安装于二次控制回路中。1位为选择自动,2位为选择手动,0位为断电悬空。
　　
　　
　　四、系统软件
　　
　　系统PLC软件采用模块化编程,由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警与报警输出模块等组成。
　　(一)手动运行模块。按系统的要求,在系统处于手动运行时,PLC只接收各电路保护信号和各传感器信号,并由此判断各工作泵的运行状态,在出现故障的情况下,输出报警信号,右图是此模块的程序流程图。(二)自动运行模块。按系统的要求,在系统处于自动运行时,PLC要完成的工作有:接收各电路保护信号;接收各传感器信号;对加药泵进行变频调速。在电路出现故障的情况下,输出报警信号,左图是此模块的程序流程图。
　　(三)故障诊断与报警输出模块。在故障诊断与报警输出模块中,程序通过接收到的保护信号和传感器信号,根据一定的条件得出诊断结果,如果没有故障,则程序继续执行;如果有故障则向上位机输出声光报警信号,通知工作人员进行处理。具体的故障有:
　　A.各工作泵的过流保护信号是否有效。B.提升泵、加药泵启动后,水流检测计无法检测到水流或药液(加药泵在变频器工作在超低频时不适用)。C.加药箱液位处于超低液位。D.其它故障。
　　结语:国投新集二矿矿井水处理站在2005投入至今,为矿区节省大量能源,并且结构紧凑,动作精确,美观大方,是一种非常理想的水处理系统。

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