用浮力開關、電壓力表實現(xiàn)抽水泵的自動抽水
本文依據坎市發(fā)運站的生活水果抽水的實際情況，從提高系統(tǒng)的自動化和節(jié)省能耗及減輕工人的勞動強度出發(fā)，利用變頻控制 技術的自身優(yōu)勢，通過改造高位水池中進水管口，利用壓力差的原理，采用PLC控制，實現(xiàn)抽水泵的自動控制。
0.前言
福建煤電公司坎市發(fā)運站的生活水泵，負責永定礦K辦事辦、 機修廠、瓦礦、供電所、礦興中學等，是在永定礦區(qū)辦事處邊上的水 源地，用深井水泵將水抽到中學后山的高位水池，由于水池建在高 山上，樹林茂盛，距離遙遠，無法接電安裝電動閘閥進行聯(lián)鎖控制。 同時因水池容量小，而用水的人多，故此，水泵操作工要頻繁抽水。 由于用水量的不確定性，導致抽水溢流的狀況時有發(fā)生，這樣，不但 造成能耗的浪費，而且，給操作工帶來較大的工作壓力。2013年10 月，我站，針對這一狀況進行技改，利用PLC集中控制，變頻器及高 位水池閘閥的“自動”開關，實現(xiàn)了水泵抽水的自動抽水，從而，不但 減少了操作規(guī)程人員，并且，減輕了工作壓力，再有，取得了可觀的 經濟效益。
1.技術改造
（1）對高位的進水口改造:在進水口安裝一個4寸的球形閘閥，將 球形閘閥的手柄改造加工，與1.5寸的鍍鋅管加工成長2米的手柄， 另加工一個直徑40厘米、高50厘米的密閉圓桶，當為浮力用。用一條 1米長的鏈條的一端與密閉圓桶連接，鏈條的另一端與長2米的手柄連接。
（2）在水泵房中逆止閥管路的的上方安裝一個電壓力表，壓力表 為5公斤。
（3）改造控制:安裝PLC模塊及變頻器。
2.工作原理
當水池中的水位達到設定的高度時，在浮桶浮力的作用下，通過 杠桿原理將推動球形閘閥逐步關閉，由于出水口的減小，導致水管中 壓力的增大，當達到設定值時，電壓力表啟動,反饋給PLC控制器， PLC控制器發(fā)出指令切斷電源，從而實現(xiàn)水泵停機。當水池中的水位 下降到設定值時，球閥逐步開啟，由于設置了電機的延時裝置，只有當 球閥開啟和延時時間到時，電機重新啟動，從而實現(xiàn)了水泵的自動抽 水。
3.PLC井下排水自動控制系統(tǒng)分層
3.1地面監(jiān)控主站層
主要由工控機、監(jiān)控組態(tài)軟件、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)等設備組成，主 要通過光纜與井下PLC、防爆型網絡攝像機連接在一起。工控機通過 組態(tài)軟件能實時顯示由井下PLC采集并傳輸?shù)闹髋潘玫倪\行數(shù) 據，有效的存儲相關記錄，工作人員只要在地面生產指揮中心采用鼠 標操作，就能對各栗組的控制;工業(yè)電視與硬盤錄像機可實時顯示出 來、記錄井下工作狀況。
3.2控制及通訊管理層
PLC和觸摸屏組成的數(shù)據采集終端和數(shù)據處理系統(tǒng)、電控設備、 數(shù)據交換設備、信號采集裝置等設備組成。PLC負責完成信號處理、邏 輯判斷、故障診斷、參數(shù)記憶等相關功能。經過數(shù)據采集、模塊采集水 位信號決定泵能不能開啟以和開啟臺數(shù),并且根據選擇的控制方式按 流程啟動泵組，以此同時數(shù)據采集模塊將采集供電電源、電機、水泵的 各項參數(shù),比如:檢測開關是否帶電狀態(tài)、電機定子溫度、軸承溫度、泵 出水口壓力、主排水管流量、水泵前后軸溫度等。各數(shù)據將在觸摸屏上 顯現(xiàn)出來，然后由數(shù)據交換設備傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控主站。
3.3機械設備層
該自動控制系統(tǒng)是由原煤礦排水系統(tǒng)的設計，就原有排水系統(tǒng)設 備的基礎上進行改動。除了在電機、水泵和管道上做些機械結構的改 動來滿足傳感器的安裝需要，主要對原有排水閥門、注水閥門變成電 動可控閥門;加裝成水泵注水的射流泵或為泵抽真空用的真空泵來滿 足水泵啟動的需要。為保證它們的安全性，防止自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故 障時不能正常啟動泵組排水，不破壞原排水系統(tǒng)結構形式，保留原始 人工操作的方式。這種系統(tǒng)的主要功能是觸摸屏組態(tài)畫面的切換，對 各種運行參數(shù)進行檢測、設定及動態(tài)監(jiān)視,能很好的將歷史數(shù)據歸檔 及異常信號的報警,有效的檢測水倉水位和其它參數(shù),實時控制水泵 工作和適時啟動水泵，合理調度水粟運行。
4.影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的因素
PLC是一種自動化程度高、配置靈活的工業(yè)生產過程控制裝置。 其有著很高的可靠性，應用的場合也越來越廣，環(huán)境越來越復雜，被受 到的干擾將越來越多。在PLC控制系統(tǒng)中，PLC本身來說其薄弱環(huán)節(jié) 在I/O端口。來自電源波形的畸變、現(xiàn)場設備所產生的電磁干擾、接地 電阻的耦合、輸人元件觸點的抖動等各種形式的干擾，都可能影響系 統(tǒng)不能正常工作。研究影響PLC控制系統(tǒng)的干擾因素，能很好的提高 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性作用。
PLC的干擾產生有以下三個因素:（1)電源引人的干擾。雷電沖擊、 開關操作、大型電力設備啟停等等，都將會影響到系統(tǒng)的正常運行，造 成PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障。（2)1/0信號線引人的干擾。在使用PLC組成控 制系統(tǒng)時，需要和各種通信線路及大小設備連接起來，因此，可能會發(fā) 生不同的電磁干擾環(huán)境，影響PLC系統(tǒng)的運行。（3)接地線引人的干 擾。如果接地線處理混亂和電線上的電位分布不等，有可能在成數(shù)據 換亂，信號失真。
5.PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施
（1）最大限度地抑制干擾源。電源系統(tǒng)的抗干擾措施是為了提髙 抑制電網和電壓的波動及其變對系統(tǒng)電源產生的干擾,可以使用隔離 變壓器或低通濾波器的措施來進行解決?；蛘撸褂媒涣鞣€(wěn)壓電源來 增大抗干擾能力，使用在線式不間斷供電源(UPS)來代替PLC控制系 統(tǒng)的理想電源。
（2）阻隔禍合通道或衰減干擾信號。輸人端有感性負載時，在交流 信號輸人負載兩端并聯(lián)RC浪涌吸收器或壓敏電阻RV;等直流信號 負載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管VD或壓敏電阻RV或穩(wěn)壓二極管VX或 RC浪涌吸收器等。使用多芯信號電纜的時候,避免I/O線和其它控制 線共用同一電纜。
（3）降低系統(tǒng)本身對電磁噪聲的靈敏度，提高自身抗干擾能力。
6.經濟效益
改造后平均開機時間，由每天固定開機抽水20小時，縮短到平均 每天15小時，水泵功率為50KW，年節(jié)約電費4.5萬元，另減少了一名
操作工人，年工資3.5萬元，合計每年節(jié)約8萬元費用。
