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詢！ 誠尋各地經(jīng)銷商加入、歡迎到工廠參觀。趙先生：13761082948  18916290352   021-31252621   QQ:1659726318 地址：上海市奉賢區(qū)西閘公路1373號   網(wǎng)站：www.yrkjsh.com乳化泵站系統(tǒng)

進(jìn)行智能化綜合控制。
上海躍爾自動化科技有限公司
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關(guān)鍵詞：井下排水系統(tǒng)  PLC  自動控制  可靠性
        0 引言
        在煤礦開采過程中會連續(xù)不斷地涌出礦井水，為保證煤礦生產(chǎn)安全，必須及時將涌出的礦井水快速地排放到地面，煤礦主排水系統(tǒng)能否正常運行直接關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)。礦井排水系統(tǒng)

一般由水倉、吸水井、多臺排水泵（包括其抽真空引水裝置）、閘閥、配水閥以及多路排水管路組成，這些設(shè)備具有電機(jī)功率大、電壓高、啟動復(fù)雜、故障多發(fā)等特點。目前，礦井排水系統(tǒng)普遍采

用人工操作，人員勞動強(qiáng)度大、電機(jī)啟停時間長、水泵運行效率低等諸多問題，如何實現(xiàn)煤礦井下排水泵的自動控制和無人值守，并滿足煤礦生產(chǎn)調(diào)度綜合自動化的要求，便成為當(dāng)前急需解決的問

題。針對當(dāng)前煤礦排水系統(tǒng)的實際情況，本文提出一種實現(xiàn)煤礦井下主排水系統(tǒng)的設(shè)計方案，并付諸實踐。系統(tǒng)在某煤礦投入運行后，取得了良好的應(yīng)用效果。
        1 控制設(shè)備配置設(shè)計
        煤礦井下排水系統(tǒng)通常為多臺水泵水平布置方式，依據(jù)現(xiàn)場情況，煤礦井下中央泵房水平布置了4臺礦用多級耐磨泵，并配套4臺6kV異步電動機(jī)，采用兩趟并行排水管路將井下水倉礦井涌水

排至地面。系統(tǒng)中每臺水泵配有一臺射流泵用于實現(xiàn)本臺水泵的啟動。排水系統(tǒng)管路設(shè)計見圖1所示。
        為保證排水泵遠(yuǎn)程自動控制功能的實現(xiàn)，要求設(shè)備運行的所有重要參數(shù)都應(yīng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)測功能，需要對水泵流量、壓力、負(fù)壓、溫度、電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行采集處理，因此，必須對原有

排水泵進(jìn)行了改造，在水泵本體和拖動電機(jī)上增加溫度傳感器，在主排水管道上增加了壓力傳感器和電動閘閥，在射流泵管道上設(shè)計了負(fù)壓傳感器及兩個電動球閥，在吸水管上設(shè)計了流量傳感器，

在吸水井內(nèi)設(shè)計了液位傳感器。
        2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
        系統(tǒng)采用現(xiàn)場層(遠(yuǎn)程IO)、控制層(PLC)和管理層(上位機(jī))組成的三級控制系統(tǒng)來實現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動控制。上位機(jī)利用友好的人機(jī)界面實現(xiàn)人機(jī)對話和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，PLC作為控制器完成

邏輯處理和控制任務(wù)，遠(yuǎn)程IO實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和上傳，通過專門的控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和統(tǒng)一調(diào)度控制。其中控制層主要由PLC控制柜構(gòu)成，是整個排水系統(tǒng)的控制核心，PLC控制柜由PLC、觸

摸屏、檢測部分(模擬量和開關(guān)量監(jiān)測采集)、執(zhí)行部分等組成，其硬件結(jié)構(gòu)框圖
        PLC控制柜中的核心部分是PLC模塊，用于完成對于監(jiān)測量的處理、運算和存儲，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行邏輯處理，控制水泵及附屬設(shè)備啟停。為保證控制器的可靠性，系統(tǒng)選用德國西門子生

產(chǎn)的S7-300系列PLC作為主要控制單元，考慮到現(xiàn)場設(shè)備比較分散，就地控制箱采用遠(yuǎn)程I/O的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及控制，并通過現(xiàn)場總線同CPU模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)為實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)、就地控制

命令采集、輸出控制指令、設(shè)備邏輯控制等功能，主PLC配置了2塊32路數(shù)字量輸入模塊和2塊16路數(shù)字量輸出模塊，遠(yuǎn)程I/O配置1塊32路數(shù)字量和1塊16路數(shù)字量輸出模塊。主PLC還配置了1塊模擬量

采集模塊完成對水位的監(jiān)測，遠(yuǎn)程I/O部分配置1塊模擬量采集模塊完成對壓力、負(fù)壓及流量的監(jiān)測。為便于現(xiàn)場對水泵的半自動控制，系統(tǒng)配置了觸摸屏，可實現(xiàn)實時動態(tài)顯示水泵當(dāng)前狀態(tài)，并為

用戶提供水泵控制的平臺。
   
  2.2 系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
        2.2.1 現(xiàn)場級控制網(wǎng)絡(luò) 排水系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)及參控設(shè)備較多，采用傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)接線復(fù)雜、可靠性低且維護(hù)困難。因此，系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線實現(xiàn)設(shè)備層和控制層的連接。系統(tǒng)設(shè)計了現(xiàn)

場總線網(wǎng)絡(luò)，主要用于數(shù)字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出等小數(shù)量級的快速循環(huán)通信，將現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)配置成Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，采用西門子的ET200分布式I/O進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及控制。
        2.2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) 在PLC控制柜與設(shè)在礦調(diào)度室的上位機(jī)之間建立了工業(yè)以太網(wǎng)，用于實現(xiàn)現(xiàn)場控制層與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。控制層PLC統(tǒng)一采用了西門子的S7-300系列PLC進(jìn)行配置

，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單清晰，避免了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連時必須安裝相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的缺點。系統(tǒng)選取西門子的S7-300系列以太網(wǎng)通信模塊CP343-1，利用該模塊可以方便地實現(xiàn)PLC與監(jiān)控中心之間的以太網(wǎng)通信。為保

證信號的可靠傳遞和防止電氣干擾對通信的影響，系統(tǒng)采用以太網(wǎng)與光纖傳輸技術(shù)實現(xiàn)控制PLC與調(diào)度中心上位機(jī)之間的通信。
        3 控制系統(tǒng)功能設(shè)計
        3.1 系統(tǒng)具有靈活多樣的控制方式。①就地控制：操作員通過就地箱上的按鈕及指示燈完成對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直接控制，主要用于設(shè)備檢修維護(hù)；②井下集控：操作員通過觸摸屏實現(xiàn)對水泵的

半自動控制，控制命令由觸摸屏下發(fā)至PLC，后者完成整個控制過程；③遠(yuǎn)程集控：操作員在地面遠(yuǎn)程上位機(jī)，通過鼠標(biāo)電機(jī)控制控件，實現(xiàn)對于井下水泵機(jī)組的遠(yuǎn)程控制；④全自動控制：該控制方

式下，用戶無需操作，PLC根據(jù)水位等參控信息合理調(diào)度水泵機(jī)組，完成排水。還可根據(jù)水倉水位、用電峰谷等參數(shù)選擇合理的控制方案，自動控制水泵機(jī)組的投入和退出。
        3.2 實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控，可以通過圖、表、曲線等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示及分析處理。
        3.3 根據(jù)水位、供電峰谷時段劃分等情況，合理調(diào)度水泵，節(jié)省運行費用。
        3.4 系統(tǒng)可實現(xiàn)在故障出現(xiàn)時自動采取停機(jī)等保護(hù)措施，并提示故障類型，保護(hù)類型包括溫度保護(hù)、流量保護(hù)等多種類型。
        3.5 系統(tǒng)故障時能提供聲光報警，報警記錄可查詢。
        3.6 系統(tǒng)留有網(wǎng)絡(luò)接口和分站擴(kuò)展功能。
        4 控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計
        排水系統(tǒng)是否能可靠運行直接影響著煤礦生產(chǎn)和人員安全，為提高控制系統(tǒng)的可靠性，針對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)從設(shè)備本身、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)等各方面設(shè)計了可靠性保障措施。
        4.1 設(shè)備可靠運轉(zhuǎn)保障 設(shè)備可靠運轉(zhuǎn)是安全排水的前提，針對現(xiàn)場實際情況，該系統(tǒng)開發(fā)了排水系統(tǒng)控制軟件的輔助管理模塊，對設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的管理。依據(jù)設(shè)備運行情況，監(jiān)控軟件的設(shè)

備輔助管理模塊讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)后進(jìn)行邏輯處理，給出維護(hù)意見，從管理上來彌補(bǔ)設(shè)備本社在可靠性上的不足。
        4.2 傳感器可靠性保障 排水系統(tǒng)采用了多種傳感器，傳感器的可靠性直接影響著系統(tǒng)的整體可靠性。不同的傳感器對系統(tǒng)的影響也不盡相同，根據(jù)影響范圍的不同，系統(tǒng)將傳感器分為全局

型和局部型。其中全局型傳感器為液位傳感器，它的可靠性關(guān)系到整個系統(tǒng)安全排水的實現(xiàn)，其余傳感器主要反映單臺泵的運轉(zhuǎn)工況，屬于局部型。系統(tǒng)中的全局型傳感器采用冗余設(shè)計，而對于局

部型傳感器則采取自診斷方式確定其故障類型并報警，提示工作人員進(jìn)行維護(hù)或者更換。
        4.3 通信可靠性保障 控制PLC與上位機(jī)之間的通信故障判別采用校驗碼與狀態(tài)位相結(jié)合的方式，其中校驗碼判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，狀態(tài)位判斷傳輸通道的通暢性，如果狀態(tài)位不正常時表

明通信通道中斷，啟用備用通訊網(wǎng)絡(luò)。
        5 結(jié)束語
        本文詳細(xì)講述了基于S7-300系列PLC的煤礦井下排水泵自動控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和思路，該系統(tǒng)已經(jīng)在煤礦投入使用，通過現(xiàn)場的實際運行結(jié)果表明，系統(tǒng)是有效可靠的。本系統(tǒng)優(yōu)越性在于

采用先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)PLC與上位機(jī)之間的通行，控制執(zhí)行功能主要由PLC完成，上位機(jī)則完成信息處理和圖像顯示，PLC和上位機(jī)實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)、分工合作，使得系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定。系統(tǒng)特

別針對排水系統(tǒng)的高可靠性要求，給出相應(yīng)的可靠性設(shè)計方案，解決了由于通信、傳感器的不穩(wěn)定導(dǎo)致控制系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行的問題，顯著地提高了排水自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了煤礦排水系

統(tǒng)的無人值守和減員提效，有利于排水自動控制系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。