焦作西门子PLC总代理商

  1引言
    目前，使用中的北京地铁人防控制设备如：车站人防集中控制台、电动液压人防区间隔断门原地控制台、车站及区间通风道电动人防门控制柜等所采用的元件都是传统的常规开关、中间继

电器、时间继电器、闪烁继电器、报警器、直流稳压电源等。其突出的缺点是：技术落后、元件体积大、易损坏、接线复杂、工作不稳定、故障率高、检修不便，而且，由其组成的设备体积较大，需为其准备空间较大的地下控制室，从而使得土建成本较高。

    而目前北京地铁车站的新建速度非常快，已有地铁四号线、五号线等几十个地铁站的土建工程开始动工。而且，随着我国新一轮城市基础设施大规凝设高潮的到来，全国城市地下铁道建设呈高速增长之势。其地下铁道中的新人防设备的安装与已有人防设备的改造量都比较大。因此，本文探讨PLC在地铁人防领域中的应用，拟以技术先进的PLC代替原地铁人防控制设备中使用的传统的继电接触器控制系统，克服其存在的缺点，提高我国地铁人防控制设备的技术含量。

    2 PLC简介
    1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程序控制器，简称PLC，并成功地应用于汽车生产线上，实现了生产的自动控制。之后，PLC作为控制领域的新技术发展迅速，产品体积越来越小，功能越来越完善，产品更新换代频繁，新产品不断出现。并成为控制领域中常见、重要的核心装置之一，砌叻地应用到了工业控制的各个领域。

    PLC的主要特点：PLC的软件简单易学。它采用易学易懂的以继电器梯形图为基础的编程语言，而梯形图控制符号的定义与常规继电器的展开图完全一致，电气操作人员使用起来得心应手，不存在计算机技术与传统电气控制技术之间的专业鸿沟。PLC使用简便。在PLC构成的控制系统中，PLC的输入接口可与触点式开关直接相接，输出接口与执行元件相接，即只需在PLC的端子上接人相应的输入、输出信号线即可，使用非常方便；当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，可以通过编制修改程序实现；PLC的输入、输出可直接与交流220v、直流24v等强电相接，并有较强的带负载能力(负载电流一般可达2A)。PLC抗干扰能力强、运行稳定可*。PLC是专为工业控制设计的，在设计和制造过程中，采取了多层次的屏蔽、隔离、滤波、电源调整与保护等抗干扰措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可*性较高。继电接触器控制虽然有较好的抗干扰能力，但继电器触点在开闭时会受到电弧的损坏，寿命短。而且，在较恶劣的环境下，灰尘等落人继电器内，将影响继电器铁芯的闭合，严重时．将烧毁继电器；而PLC是以集成电路为基本元件的电子设备，其内部继电g-lg无触点型。元件的寿命几乎不用考虑，目前，PLC整机平均无故障工作时间一般可达2—5万h。PLC体积小，接线少，维护方便。

    3 用PLC替代传统的地铁人防控制系统设备分析
    PLC内部有足够多的电子式继电器、定时器、计数器．通过程序控制．完全可以取代原控制系统中的中间继电器、时间继电器、闪烁继电器等元件；而其24V直流电源输出端子可代替原直流稳压电源向系统提供直流电压。PLC的输出端子可直接控制系统中的交直接触器线圈、电磁阀、报警器、停车信号灯等，进而控制系统的工作。由于PLC体积小、重量轻、接线少．用其取代原继电接触器控制系统中的元件后，可节省较大的元器件安装空间，使控制台体积大大缩小．从而减小地下控制室的空间，节省昂贵的土建开支。使用PLC后，还可减少大量的接线工作．并使系统调试工作简单化。还可以较大地提高系统工作的稳定性及设备的使用寿命。地铁人防控制系统中的各种指令控制信号和反馈信号都是开关型信号，而且数量不多。可选用开关量的小型PLC产品：目前．开关量的小型PLC产品价格非常便宜，使用PLC产品还可以降低设备的制造成本。

    4 结束语
    ．可编程序控制器无论在技术性能方面、经济效益方面，还是设备的工作可*性、稳定性及使用寿命等多方面均优越于继电器逻辑控制。采用PLC取代原地铁人防控制系统中的继电接触器控制．必将大大改善地铁人防控制设备的质量和自动化的程度，使我国地铁人防控制设备的技术含量大大提高；并能节省建设投资．创造可观的经济效益。

  采用PLC自动检测水仓水位和其它参数，根据水仓水位的高低、矿井用电信息等因素，建立数学模型，合理调度水泵运行

可以达到避峰填谷及节能的目的。介绍了PLC在岱庄煤矿井下主排水控制系统的组成、系统的功能和特点及应用状况。

    1、概述　　
    随着计算机控制技术的迅速发展，以微处理器为核心的可编程序控制器（PLC）控制已逐步 取代继电器控制，普遍应用于各行各业的自动化控制领域。煤炭行业也不例外，但目前煤矿 井下主排水系统仍多采用继电器控制，水泵的开停及选择切换均由人工完成，还做不到根据水位或其它参数自动开停水泵，这将严重影响井下主排水泵房的管理水平和经济效益的提高 。
    岱庄煤矿是1999年设计竣工的生产能力为1.8Mt的现代化矿井，井下涌水量较大，中央泵 设计安装了5台MD500-57×9主排水泵，配套电动机1250kW，3趟排水管路。正常涌水时，2 台工作，2台备用，1台检修。鉴于PLC的先进性和可靠性，煤炭工业邯郸设计院对5台主排水泵及其附属的抽真空系统与管道电动阀门等装置实施了PLC自动控制及运行参数自动检测，动态显示，并将数据传送到地面生产调度中心，进行实时监测及报警显示。系统通过检测水仓水位和其它参数，控制水泵轮流工作与适时启动备用泵，合理调 度5台水泵运行。系统通过触摸屏以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地 反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、电机温度、轴承温度、3趟排水管流量等 参数，并通过通讯模块与综合监测监控主机实现数据交换。该系统具有运行可靠、操作方便 、自动化程度高等特点，并可节省水泵的运行费用。

    2、系统组成
    岱庄煤矿中央泵房井下主排水泵自动化控制系统图如图1所示，整个自动控制系统由数据自 动采集、自动轮换工作、自动控制、动态显示及故障记录报警和通讯接口等5个部分组成。

    2、1　数据自动采集与检测　
    数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。
    模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、3趟排水管流量；数字量检测的数据主要有：水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电磁阀状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力。
    数据自动采集主要由PLC实现，PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，将水位变 化信号进行转换处理，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，控制排水泵的启停。电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，超限报警，以避免水泵和电机损坏。PLC的数字量输入模块将各种开关量信号采集到PLC中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停。
    在数据采集过程中，模拟量信号的处理是将模拟信号变换成数字信号（A/D转换），其变换速度由采样定律确定。一般情况下，采样频率应为模拟信号中高频率成分的2倍以上，这样经A/D变换的精度可完全恢复到原来的模拟信号精度。A/D变换的精度取决于A/D变换器的位数。如5V电压要求以5mV精度变换时，精度为5mV/5V=0.1%,即1/1000十进制的1000用二进 制表示时要求为10位,而本系统所采用的A/D模块分辨率为16bit,其精度在±0.05%以上，该精度等级足以满足控制系统要求。同时，PLC所采用的A/D模块均以积分方式变换，可使输入信号的尖峰噪音和感应噪声平均化，适用于噪音严重的工业场所。
    2、2　自动轮换工作
    为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未 经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了5台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使 用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相 应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当某台泵或所属阀门故障、某趟管路漏水时，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自 动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产的目的。

    2、3　自动控制
    系统控制设计选用了日本欧姆龙公司C200HE型PLC为控制主机，该机为模块化结构，由PLC机 架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。PLC自动化控制系统根据水仓 水位的高低、井下用电负荷的高、低峰和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时 间段（时间段可根据实际情况随时在触摸屏上进行调整和设置）等因素，建立数学模型，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制5台水泵运行。
      为了保证井下安全生产，系统可靠运行，水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，因此，系统设置了两套水位传感器，模拟量和开关量传感器，两套传感器均设于水仓的排水配水仓内，PLC将接受到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，同时检测井下供电电流值，计算用电负荷率，根据矿井涌水量和用电负荷，控制在用电低峰和一天中电价低时开启水泵，用电高峰和电价高时停止水泵运行，以达到避峰填谷及节能的目的。

    2、4　动态显示
    动态模拟显示选用日本Digital公司的GP-570T型触摸式工业图形显示器（触摸屏），系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电磁阀和电动阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能 进行事故报警。直观地显示电磁阀和电动阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和压力值 。
    用图形填充以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。
    采用图形、趋势图和数字形式直观地显示3趟管路的瞬时流量及累计流量，对井下用电负荷的监测量、电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、 超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕下端循环显示新出现的3条故障（故障显示条数可在触摸屏上设置），以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。

    2、5　　通讯接口
    PLC通过通讯接口和通讯协议，与触摸屏进行全双工通讯，将水泵机组的工作状态与运行参数传至触摸屏，完成各数据的动态显示；同时，操作人员也可利用触摸屏将操作指令传至PL C，控制水泵运行。PLC同时将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统分站传至地面 生产调度监控中心主机，与全矿井安全生产监控系统联网，管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统 的遥测、遥控，并为矿领导提供生产决策信息。触摸屏与监测监控主机均可动态显示主排水系统运行的模拟图、运行参数图表，记录系统运行和故障数据，并显示故障点以提醒操作人员注意。

    3、　系统功能及特点
    （1）PLC控制程序采用模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。该程序结构具 有清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。
    （2）系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作，延长了水泵的使用寿命。 
    （3）系统可根据投入运行泵组的位置，自动选择启动就近的真空泵，若在程序设定的时间内达不到真空度，便自动启动备用真空泵。
    （4）系统根据电网负荷和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段，以“避峰填谷”原则确定开、停水泵时间，从而合理地利用电网信息，提高矿井的电网运行质量。
    （5）PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。
    （6）在触摸屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温 度、电流、电压等参数，超限报警，故障画面自动弹出，故障点自动闪烁。具有故障记录，历史数据查询等功能。
    （7）系统具有通讯接口功能，PLC可同时与触摸屏及地面监测监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现遥测遥控功能。
    （8）系统保护功能有以下几种。
    超温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC 实现超限报警
    流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本 台水泵停车，自动转换为启动另一台水泵。
    电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障，并参与控制。
    电动闸阀故障：由电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相等故障，并参与水泵的联锁控制。
    （9）系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。自动时，由PLC检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与；半自动工作方式时，由工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作；手动检修方式为故障检修和手动试车时使用，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行，不影响其它泵组正常运。PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮，设备检修时，可防止其他人员误操作，以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。