尾矿坝回水远程自动控制系统设计.pdf

2023年第6期新 疆 有 色 金 属尾矿坝回水远程自动控制系统设计黄德海（新疆喀拉通克矿业有限责任公司，新疆富蕴 836107）摘要：本文主要介绍使用西门子S7-200PLC实现尾矿坝回水远程自动控制的方案，变频器在实际应用中的使用方法及注意事项，以期为今后类似设计提供参考及为快速解决本系统故障提供指导。关键词：西门子S7-200PLC；远程自动控制；变频器1 引言由于夏季气温高，绿化用水增加、冶炼厂冷却循环水蒸发量大，夏季用水量较其他季节都大，使得工业水达不到所需用水量。而选矿厂每天均有大量水资源随着尾矿被排到尾矿坝，在尾矿坝澄清之后这部分水资源是可以作为工业水循环利用的。本系统的设计即为实现尾矿坝水资源的远程自动控制返回选矿厂循环利用，以节约水资源，并及时有效地解决矿山夏季用水紧缺的现状，减少工作人员的配置，降低工人劳动强度，降低生产成本。2 实现方案由于尾矿坝距矿区距离较远，可通过远程自动控制系统的投入使用，利用光缆传输控制信号，监控系统运行状态，达到对回水泵站的远程控制、监测。系统由位于尾矿坝水体中间的1号、2号两台泵将水抽到坝岸上的一个工业水池（工业水池起到蓄水作用，且尾矿水在水池中得以再次沉降），再经过3号泵将澄清后的尾矿水从水池输送回矿区。尾矿坝水体上方设有一个控制箱，控制向水池抽水的 1号、2 号两台泵；坝岸上的控制箱控制 3 号泵，向矿区输送回水。自动控制模式有两种自动控制实现方案分别介绍如下：2.1 方案一方案一所需的硬件设备有工控机 1台，西门子MM440变频器3台，CPU226 2个，摩莎MOX交换机3个，EM231模块 2个，EM232模块2个，CP243-1太网通讯模块2个，压力变送器1台，液位计1台，小继电器若干。一台变频器拖动一台水泵，使用液位计测量水池液位，利用工业水池的液位来自动控制各个泵的启停。两个控制箱内各安装一台西门子 S7200PLCCPU226，利用 EM231模块检测液位计输出液位值，PLC根据液位自动控制3台变频器的的启停，同时检测各个泵和变频器的运行状态。因检修，生产任务不同等原因不同时段需要的用水量不同，使用变频器调节泵的运行转速，利用EM232，AO 模块远程给定变频器 420mA 控制信号，以控制变频器的运行频率输出达到控制泵转速的目的；使用EM231，AI模块采集各泵的运行电流，变频器的运行频率等模拟量参数。为了使CPU226和上位机通讯，且保证通讯质量拟采用目前广泛使用的以太网通讯方式。两个控制柜内的 CPU 各连接一个以太网通讯模块 CP243-1；因距离较远采用光纤传输通讯信号，需要将以太网通讯转换为光信号，两个控制柜各需要一台 MOX交换机。通过工控机上的winCC上位人机界面软件执行各种操作，监控各种运行状态信号，与工控机相连的一台摩莎 MOX交换机同时与两个与 CPU226相连交换机互连，互相传输通讯信号。2.2 方案二考虑到一个CPU226上面的DI、DO点已经足够启停这三台泵及各个泵的状态信号的采集，不需要每个控制箱均安装一台CPU。经过在网上查询有数字量光端机和模拟量光端机这种设备可以将数字量和模拟量转换为光信号通过光纤远距离传输，然后再将光信号转换成对应的数字量和模拟量。且光端机的价格相对于CPU226来说非常便宜。所以可以在两个控制箱内安装数字量光端机和模拟量光端机，利用光端机传输控制信号，这样只需要使用在 3号泵控制箱内的一台 PLC即可实现控制三台泵。DOI:10.16206/ki.65-1136/tg.2023.06.033772023年第6期新 疆 有 色 金 属方案二所需硬件配置为：工控机 1 台，西门子MM440变频器3台，CPU226 1个，MOX交换机1对，EM231模块 2个，EM232模块1个，CP243-1太网通讯模块1个，压力变送器1台，液位计1台，数字量光端机1对（接受和发射），模拟量光端机1对（接受和发射）。方案二与方案一相比大大节约了成本，故本系统采用方案二。2.3 方案二的具体实施3台泵均采用西门子 MM440变频器拖动，利用变频器启停各个泵，调节泵的转速。3台变频器的启停，调速均有手动控制及自动控制两种模式。2.3.1 手动模式说明三台水泵手动控制模式相同，下面以启停 1号水泵为例介绍如下。利用启动按钮 SB2 启动 220VAC继电器 KA2，KA2线圈得电，常开触点吸合锁定启动按钮SB2。同时KA2另一组常开触点启动变频器，水泵开始运行。按下停止按钮SB1即可停止变频器，同时停止水泵。变频器的运行频率由电位器RL给定。2.3.2 自动模式说明利用 STEP7-Micro/WIN 编写控制程序，蓄水池一共3米，当水池液位低于0.75米时,1号、2号水泵启动向水池供水，水池液位高于2.5米时，1号、2号泵自动停止。当选矿厂需要用水时，在上位工控机上点击3号回水泵的启动按钮即可由PLC的DO点触发24VDC小继电器KA1，经由KA1（接线方式如上图所示）的常开点启动3号变频器。在程序中设定连锁，当水池液位低于0.5米时，禁止启动3号变频器，防止水池内没水时3号水泵空转。3 台变频器的运行频率在上位中设定，通过EM232模块将4-20mA模拟量值送入到变频器的频率设定端子，达到远程设定变频器运行频率的目的。通过与CP243-1相连的摩莎交换机和与工控机相连的摩莎交换机相互传输以太网控制通讯。以太网通讯方式可通过STEP7-Micro/WIN软件的以太网向导来组态。2.3.3 需设定的主要变频器参数根据功能要求对变频器进行参数修改，主要参数有：泵的额定电压、泵的额定电流、泵的额定功率、电机额定频率；选择命令给定源（启动/停止）方式为通过端子控制，P0701=2。定义数字开关量的输入端子功能，将变频器DIN1 端子设为接通正传/断开停车，P0701=1；DIN2端子设为故障复位P0702=9。变频器当前的状态以开关量的形式用继电器输出，方便用户通过输出继电器的状态来监控变频器的内部状态量。继电器1设为变频器运行中，采集继电器 1的常开点，P0733=52.2；继电器 3设为故障监控，采集继电器3的常闭点，P0731=52.3。将变频器的两路模拟量输出分别设为变频器的当前运行的实际频率，变频器输出电流，P0771-in000=21,in001=27,将两路模拟量输出标定为 4-20mA，P0778=4。3 其他注意事项因控制柜内有变频器，动力电缆，干扰会比较大，模拟量信号（如液位值、压力值、变频器的电流，频率反馈值）会受到干扰此时需要采取抗干扰措施。PLC的各个模块需要接地良好；EM231模拟量输入模块的信号负应与模块电源负端M并到一块，这样可以减少共模干扰；传输4-20mA模拟量信号的线缆应使用带屏蔽层的电缆且屏蔽层应单端接地；在模拟量信号进入EM231模块之前加配电隔离器。4 结语系统投入使用之后可根据实际需要，远程设定各个变频器的运行频率。循环利用水资源，并及时有效地解决矿山夏季用水紧缺的现状，减少工作人员的配置，降低工人劳动强度，降低生产成本。参考文献：1 王永华.现代电气控制及PLC应用技术2 曹行健，黄文钰.深入浅出西门子S7-200PLC（第三版）3 西门子MM440变频器说明书.西门子（中国）自动化公司收稿：2023-01-2078