王 彤，王 捷

(1.遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院黃海汽車學(xué)院，丹東118009;2.遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息系，丹東118009)

0 引言

目前，小型礦山選礦廠普遍采用沉淀池、事故壩、河套聯(lián)合人工控制供水系統(tǒng)。由于采水點(diǎn)多，距離遠(yuǎn)，不同季節(jié)采水點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化，人工控制的系統(tǒng)很難滿足實(shí)際選礦需要，同時(shí)浪費(fèi)能源。本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際用水量及采水點(diǎn)供水能力，采用了基于PLC控制及變頻技術(shù)的控制系統(tǒng)，采水點(diǎn)、控制中心、儲(chǔ)水池之間的通訊采用無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了智能自動(dòng)控制供水系統(tǒng)，故障自動(dòng)報(bào)警，并且滿足節(jié)能及用水的需求。

1 小型選礦廠供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)方案

由于該小型選礦廠工作儲(chǔ)水池的采水采用沉淀池、事故壩、河套聯(lián)合的方式供水。我們?cè)诔恋沓亍⑹鹿蕢?、河套分別安裝了兩臺(tái)水泵。工作儲(chǔ)水池安裝有水位檢測(cè)器，能檢測(cè)水位上限及水位下限。監(jiān)控中心采用PLC系統(tǒng)控制器。監(jiān)控中心、工作儲(chǔ)水池、沉淀池、事故壩、河套各個(gè)部分之間采用無線網(wǎng)絡(luò)通訊，傳輸運(yùn)行命令及工作狀態(tài)。

工作儲(chǔ)水池的水位檢測(cè)器，可以提供水位狀態(tài)，水位有三種狀態(tài)：低于下限，高于下限低于上限，高于上限。并實(shí)時(shí)將水位狀態(tài)通過無線網(wǎng)絡(luò)開關(guān)量控制器傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

監(jiān)控中心的PLC根據(jù)水位狀態(tài)及設(shè)置的工作程序，通過無線網(wǎng)絡(luò)開關(guān)量控制器將水泵的工作位置及數(shù)量傳輸?shù)剿霉ぷ鳜F(xiàn)場(chǎng)，水泵根據(jù)命令啟動(dòng)水泵運(yùn)行或停止。當(dāng)水泵發(fā)生故障時(shí)也通過無線開關(guān)量控制器將故障信息傳輸至監(jiān)控中心。

PLC可編程控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備。PLC由于采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，故障率低等特點(diǎn).此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。使整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性。

水泵工作現(xiàn)場(chǎng)采用變頻器控制系統(tǒng)和管路防凍控制器。水泵工作現(xiàn)場(chǎng)安裝有變頻器控制系統(tǒng)，水泵的工作由變頻器控制.水泵變頻改造具有顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式.既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且還大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，系統(tǒng)具有變頻節(jié)能、功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能、軟啟動(dòng)節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，可以為電網(wǎng)節(jié)約容量.直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯.

1.2 變頻調(diào)速節(jié)能裝置的節(jié)能原理

1) 變頻節(jié)能［1］

輸出功率與流量成立方關(guān)系。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。選擇的水泵都大于實(shí)際需求，通過變頻調(diào)節(jié)流量時(shí)就可以節(jié)約大量的電能。

2)功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能

普通電機(jī)的功率因數(shù)在0.6－0.7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，COSФ接近1，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

3)軟啟動(dòng)節(jié)能

變頻器的啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)了水泵和閥門的使用壽命。

1.3 實(shí)際節(jié)能

在水泵工作時(shí)，選礦廠的用水量是不固定的，平均壓力為水泵額定壓力(揚(yáng)程)的93%，平均流量為水泵額定流量的97%，水泵平均功率 P=0.93×0.973=0.90489 額定功率。

普通電機(jī)的功率因數(shù)在實(shí)際使用中在0.85－0.9之間，采用變頻方式工作時(shí)功率因數(shù)大于0.95，節(jié)能一般在7%左右。

所以采用變頻方式控制水泵的工作頻率，將節(jié)約大量的電能，經(jīng)實(shí)際使用綜合節(jié)能達(dá)22%，與理論計(jì)算基本吻合。

1.4 小型選礦廠供水控制系統(tǒng)的功能

1)在設(shè)計(jì)中采用智能壓力檢測(cè)控制及變頻控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制送水揚(yáng)程，同時(shí)自動(dòng)檢測(cè)儲(chǔ)水池水位，并根據(jù)儲(chǔ)水池水位自動(dòng)控制水泵的工作［2］。

2)采用智能檢測(cè)控制及儲(chǔ)水池水位檢測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)控制水泵的工作數(shù)量，滿足生產(chǎn)需求［3］。

3)為防止冬天氣溫較低輸水管路凍結(jié)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了輸水溫度檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)管路溫度自動(dòng)啟動(dòng)水泵功能。

4)監(jiān)控中心具有以下功能：自動(dòng)顯示現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)：水泵運(yùn)行狀態(tài)，儲(chǔ)水池水位?？梢赃x擇自動(dòng)運(yùn)行及人工啟動(dòng)運(yùn)行兩種工作方式。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)具有聲光報(bào)警。

5)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)具有聲光報(bào)警并自動(dòng)斷電，報(bào)警功能包括電機(jī)缺相、超壓、欠壓、超載、水泵堵轉(zhuǎn)。

6)監(jiān)控中心與水泵工作現(xiàn)場(chǎng)可以采用無線通信方式。水泵工作現(xiàn)場(chǎng)具有自動(dòng)運(yùn)行及人工啟動(dòng)運(yùn)行兩種工作方式。

7)水泵出現(xiàn)故障時(shí)水泵工作現(xiàn)場(chǎng)具有聲光報(bào)警。

8)根據(jù)不同季節(jié)，設(shè)計(jì)兩種自動(dòng)工作模式，河套為主沉淀池為輔方式，事故池為主沉淀池為輔方式。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)由水位檢測(cè)系統(tǒng)、控制中心、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成。

控制中心采用南京亞銳公司PLC AF－20MR－E為核心組成，AF-20MR-E具有抗干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

水位檢測(cè)系統(tǒng)采用浮球水位檢測(cè)器，浮球水位檢測(cè)器具有可靠性高，使用簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備由水泵控制器，防凍控制器，組成。水泵控制器采用正弦變頻器，防凍控制器采用XWTA－3001溫度控制儀。

控制中心與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及水位檢測(cè)器的通訊采用深圳易聯(lián)科的KYL－802開關(guān)量模擬量采集模塊/無線模塊/無線數(shù)傳模塊，該模塊具有抗干擾能力強(qiáng)、通訊距離遠(yuǎn)、雙向通訊、工作可靠等特點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電路框圖如圖1，控制中心電路框圖如圖2，水位檢測(cè)電路框圖如圖3。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電路框圖

圖2 控制中心電路框圖

圖3 水位檢測(cè)電路框圖

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)說明：主要軟件系統(tǒng)采用PLC編程軟件梯形圖編制，設(shè)計(jì)過程中充分考慮了程序工作的實(shí)時(shí)性、可靠性。變頻器的工作頻率采用電壓調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)工作壓力變化更加穩(wěn)定。加泵與減泵的過程充分考慮了對(duì)系統(tǒng)壓力的影響。圖4是控制系統(tǒng)程序流程圖。

圖4 控制系統(tǒng)程序流程圖

4 結(jié)束語

本文研究的基于無線網(wǎng)絡(luò)的PLC選礦廠供水系統(tǒng)在丹東市寬甸縣的選礦廠應(yīng)用過程中，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了近一年。經(jīng)考核，水位控制穩(wěn)定度達(dá)到98%以上，未發(fā)生實(shí)質(zhì)性設(shè)備故障，平均節(jié)約電能22%。

由于設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，沒有因?yàn)樵O(shè)備故障影響礦山的選礦工作。預(yù)計(jì)用一年半的時(shí)間節(jié)約電能的費(fèi)用就可以收回設(shè)備投資。

［1］劉長(zhǎng)軍.對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)節(jié)能原理的幾點(diǎn)分析［J］.中小企業(yè)管理與科技，2011，276(1)：287.

［2］黃煒.水泵變頻節(jié)能技術(shù)淺析［J］.商業(yè)文化，2010，157(5)：189.

［3］李劍鋒.濟(jì)三礦應(yīng)用水泵自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)［J］.煤礦機(jī)械，2010，31(10)：105.