基於可編程控制器的煤礦乳化液泵站自動控制保護系統的製作方法
2023-04-24 01:08:06
專利名稱：基於可編程控制器的煤礦乳化液泵站自動控制保護系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及基於可編程控制器的煤礦乳化液泵站自動控制保護系統。
背景技術：
目前，煤礦採煤工作面乳化液泵站的操作普遍採用人工控制。操作人員需要完成泵站的啟停操作、乳化液泵曲軸箱溫度檢測、乳化液的配製、乳化液箱水位控制等操作過程。由於操作人員勞動強度大及操作人員操作水平的不同，容易造成乳化液泵吸空、乳化液配比不合理、燒壞乳化液泵曲軸箱等故障。
發明內容
為了克服現有煤礦採煤工作面乳化液泵站人工控制的缺點，本實用新型提供一套煤礦乳化液泵站自動控制保護系統，該系統可滿足採煤工作面乳化液泵站的自動控制和保護要求，而且對採煤工作面乳化液泵站的安全運行提供可靠保障。
本實用新型解決其技術問題的技術方案是一套基於可編程控制器的煤礦乳化液泵站自動控制保護系統，以設置在防爆控制箱內的可編程控制器作為主控器，電機軟啟動器，壓力傳感器，溫度傳感器，液位傳感器，電磁閥，觸控螢幕通過電纜連接到可編程控制器，其特徵是乳化液泵站由n臺乳化液泵組成，所述的n臺乳化液泵均與電機軟啟動器相連，並由電機軟啟動器控制n臺乳化液泵中液泵的開啟數量，乳化液泵曲軸箱內上安裝有溫度傳感器、壓力傳感器和液位傳感器，乳化液泵的乳化液箱中安裝有液位傳感器與壓力傳感器，且防爆控制箱設有觸控螢幕。
所述的乳化液泵站由3臺乳化液泵組成，其中一臺為正常工作泵，一臺為增壓泵，一臺為備用泵，在乳化液泵站高壓出口處安裝有壓力傳感器，當出口壓力小於正常工作壓力時，自動開啟第二臺乳化液泵為系統增壓，當出口壓力高於上限時，自動停止增壓泵的工作，一臺泵出現故障時備用泵自動啟動。
所述的溫度傳感器、壓力傳感器、液位傳感器安裝在乳化液曲軸箱處，乳化液泵曲軸箱溫度出現異常或者乳化液泵曲軸箱潤滑油出現壓力或者液位異常時自動停止乳化液泵的工作並發出聲光報警。
所述的液位傳感器安裝在乳化液處，可根據時機要求自動進行乳化液配置和補充，並在其中設有極限最低液位，當工作面停液時，可在發生乳化液泵吸空前停止乳化液泵的工作。
所述的在乳化液泵站自動控制箱設有觸控螢幕，可以顯示泵站工作參數和控制泵站起停，並設有手動控制按鈕，以便在自動控制失效時對泵站進行手動操作。
整個乳化液泵站的控制由裝在防爆控制箱中的可編程控制器(PLC)完成，PLC控制整個泵站系統的三臺乳化液泵，與PLC相連接的觸控螢幕(HMI)實現控制操作和狀態參數的顯示，乳化液泵的啟停由操作員通過HMI發出指令，由PLC控制與拖動電動機相連接的軟啟動器來啟動/停止乳化液泵。液位傳感器安裝在乳化液箱中，通過電纜與PLC電連接，自動控制乳化液箱水位在正常範圍內。溫度傳感器固定在乳化液泵曲軸箱上通過電纜與PLC電連接，當乳化液泵曲軸箱出現溫度超限時自動停止該泵的工作。潤滑油壓力傳感器安裝在泵乳化液泵曲軸箱壁上通過電纜與PLC電連接，當潤滑油壓力下降超過壓力下限時自動停止該泵的工作。潤滑油液位傳感器安裝在泵乳化液泵曲軸箱內，通過電纜與PLC電連接，當潤滑油液位下降超過下限時，發出報警提示添加滑油。工作面信號供電出現中斷時，自動控制乳化液泵站停止工作，以保證工作人員安全。
本實用新型有益的效果是，可以實現採煤工作面乳化液泵站的全自動控制，保障採煤工作面乳化液泵站的安全高效運轉。
圖1是本實用新型系統框圖。
圖2是本實用新型主迴路控制圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
本實用新型的整個保護系統分為主機控制和乳化液箱控制兩部分主機控制的控制分為自動、手動和檢修狀態。自動狀態下3臺泵的控制完全由PLC進行控制，手動狀態下由操作員通過相應的按鈕控制控制泵站，檢修狀態下泵站不能啟動。
乳化液泵的拖動電機啟動和停車通過軟啟動實現，以減小對電網的衝擊和節省電能。
根據泵站功能，整個泵站系統中，有一臺泵始終處於正常工作狀態，一臺泵在系統出口壓力不足時作為補充，一臺泵作為系統的備用泵，在有泵發生故障時投入運行，保證系統正常工作。
在自動工作狀態下，點擊觸控螢幕上的啟動按鈕，1#泵啟動，間隔一定時間，泵進入穩定運行狀態為工作面輸送乳化液。當工作面用液量增大，壓力傳感器檢測到系統口壓力小於設定時，PLC啟動2#泵給系統增壓。當工作面用液量減小，系統壓力升高超出正常工作範圍時，PLC停止2#泵工作。3#泵為備用泵，當1#泵或2#泵出現故障時，PLC控制3#泵自動啟動保證系統正常工作。
另外為了保證3臺泵的使用壽命及減小檢修量，控制系統在每次啟動泵站時在3臺泵中輪換啟動。如泵站第一次啟動時，1#泵首先啟動，2#泵作為增壓用泵，3#泵為備用泵。在泵站停止運行後再次啟動時，控制系統會選擇2#泵首先啟動，3#泵作為增壓用泵，1#泵為備用泵。
對泵的保護控制主要是對泵冷卻潤滑油油溫、油位、油壓的檢測，若溫度傳感器檢測到泵的溫度升高到一定值，系統將發出聲光報警，並提示檢修；當溫度繼續升高，達到極限時，PLC會停止泵站工作，以保證泵本身不產生機械損傷。同樣的，對冷卻潤滑油的油位和油壓的檢測，在低限時發出聲光報警，提示進行檢修，在高限時停止泵站工作，保護設備。
乳化液箱的控制，乳化液箱中的液位設置3個閾值，分別為高位、低位和低極限位。當液位傳感器檢測到乳化液箱液位低於低位值時，PLC控制電磁閥打開，高壓水經過噴射配比泵與油混合，配製乳化液，補充到乳化液箱。當乳液位上升到高位值時，PLC電磁閥關閉，停止配液。在配液或管路部分出現故障，不能正常補充乳化液時，如果乳化液箱液位低於低極限值時，自動停止泵站工作，保護泵的設備安全。
圖1為本實用新型系統框圖主控制器為S7-200型可編程控制器，人機界面HMI為TP270觸控螢幕，通過MPI電纜和PLC連接。用於施耐德ATS48軟啟動器用於啟動/停止泵的拖動電機，三臺泵實用一臺軟啟動器，ATS48和PLC通過電纜電連接。安裝在泵高壓出口的西門子SITRANSPDS III壓力變送器通過電纜與PLC電連接，用於檢測系統出口壓力，供PLC判斷實用泵的臺數。安裝在泵體上的溫度傳感器Pt100熱電阻，西門子SITRANS P型壓力變送器，西門子SITRANS LC 300液位傳感器於PLC電連接，用於檢測泵體冷卻潤滑油的狀況，以保護設備。
安裝在乳化液箱上的西門子SITRANS LR 300液位傳感器，與PLC電連接，用於檢測乳化液箱的液位，供PLC決定何時開始配液補液。
圖2為本實用新型主迴路控制圖泵站啟動時，在觸控螢幕上按下「開始」按鈕，經PLC延時後，輸出一個500ms的脈衝啟動信號給AST48的「RUN」端，軟啟動器被允許啟動，AST48內部繼電器R1吸合，1#泵的主接觸器KM11吸合，ATS48按照設置的啟動時間啟動；啟動結束後，ATS48內部繼電器R2吸合，1#泵的旁路接觸器KM12吸合，此時KM11和KM12同時吸合；在較短的一段時間內，R2在R1後釋放，KM11釋放，泵繼續由KM12供電，完成整個啟動過程，進入運行狀態。同理可以啟動2#和3#泵。
泵站停止時，在觸控螢幕上按下「停止」按鈕，經PLC延時後，輸出一個500ms的脈衝信號給ATS48的L13端，軟啟動器級聯控制被激活，ATS48內部繼電器R1、R2吸合，於是主接觸器KM11吸合，ATS48與正在運行的電機接上；L13脈衝信號下降沿經PLC延時後，輸出一個500ms的負脈衝信號給ATS48的STOP端，ATS48的內部繼電器R2斷開，於是旁路接觸器KM12斷開，ATS48軟啟動器按已設置的聽持時間使泵停車，停車完成後，ATS48內部繼電器R1斷開，於是主接觸器KM11斷開，完成整個停車過程。同理可以停止2#和3#泵。
權利要求1.一套基於可編程控制器的煤礦乳化液泵站自動控制保護系統，以設置在防爆控制箱內的可編程控制器作為主控器，電機軟啟動器，壓力傳感器，溫度傳感器，液位傳感器，電磁閥，觸控螢幕通過電纜連接到可編程控制器，其特徵是乳化液泵站由n臺乳化液泵組成，所述的n臺乳化液泵均與電機軟啟動器相連，並由電機軟啟動器控制n臺乳化液泵中液泵的開啟數量，乳化液泵曲軸箱內上安裝有溫度傳感器、壓力傳感器和液位傳感器，乳化液泵的乳化液箱中安裝有液位傳感器與壓力傳感器，且防爆控制箱設有觸控螢幕。
2.根據權利要求1所述的基於可編程控制器的煤礦乳化液泵站自動控制保護系統，其特徵是乳化液泵站由三臺乳化液泵組成，其中一臺為正常工作泵，一臺為增壓泵，一臺為備用泵，在乳化液泵站高壓出口處安裝有壓力傳感器。
專利摘要本實用新型涉及基於可編程控制器的煤礦乳化液泵站自動控制保護系統，該系統以設置在防爆控制箱內的可編程控制器作為主控器，電機軟啟動器，壓力傳感器，溫度傳感器，液位傳感器，電磁閥，觸控螢幕通過電纜連接到可編程控制器，其特徵是乳化液泵站由n臺乳化液泵組成，所述的n臺乳化液泵均與電機軟啟動器相連，並由電機軟啟動器控制n臺乳化液泵中液泵的開啟數量，乳化液泵曲軸箱內上安裝有溫度傳感器、壓力傳感器和液位傳感器，乳化液泵的乳化液箱中安裝有液位傳感器與壓力傳感器，且防爆控制箱設有觸控螢幕。本實用新型可以實現採煤工作面乳化液泵站的全自動控制，保障採煤工作面乳化液泵站的安全高效運轉。
文檔編號E21B44/00GK2869960SQ20062006969
公開日2007年2月14日 申請日期2006年2月28日 優先權日2006年2月28日
發明者張廣明, 唐桂忠, 朱煒 申請人:南京工業大學