于圣濤
摘 要:以某大型礦井的中央排水的自動化監(jiān)控系統(tǒng)為例,從系統(tǒng)的構成、功能、設計原則、工作原理等方面對PLC自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行介紹,該系統(tǒng)能夠使井下排水系統(tǒng)提高其經(jīng)濟效益及管理能力。
關鍵詞:礦井排水系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng) PLC
中圖分類號:TD636 文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2013)009-053-02
影響礦井下安全的原因有很多,其中最重要的一個因素就是井下 涌水,井下一旦出現(xiàn)透水事故,所影響的將不僅僅是礦井的經(jīng)濟效益,更嚴重的將會對井下工人的生命安全造成威脅。如今國內(nèi)大多數(shù)礦井中的水泵房使用的還是傳統(tǒng)的、人工操作的排水系統(tǒng)。這種排水系統(tǒng)因為其自動化程度低,需要人工操作的地方多,所以存在極大的安全隱患,已經(jīng)很難適應現(xiàn)代礦井生產(chǎn)的要求了。而隨著計算機技術的發(fā)展,PLC已經(jīng)普遍應用于自動化控制領域了,傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)正逐步被替代。而將這種系統(tǒng)引入到礦山的管理、生產(chǎn)中,已經(jīng)成為國內(nèi)外采礦業(yè)的共識。本文就從以下幾方面,對該系統(tǒng)進行簡要的介紹。
1 PLC系統(tǒng)設計的原則
1.1 系統(tǒng)可靠性
因為具有就地控制與遠程控制這樣兩個控制模式,根據(jù)設定出的最佳程序來進行關于自動啟停的改造。這樣一旦集控通訊被切斷時,就可以自動的轉(zhuǎn)化為就地控制的模式,對各個方位的電機、啟動柜、水泵以及真空系統(tǒng)等部分進行全方位的監(jiān)控,并在系統(tǒng)發(fā)生異常狀況時可以提前發(fā)出預警。
1.2 技術先進性
該系統(tǒng)使用的不再是傳統(tǒng)的總線傳輸技術,而是光纖環(huán)網(wǎng)通訊技術,這種技術能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群涂煽啃浴?/p>
該系統(tǒng)也不再使用VC.Net編程技術,而是組態(tài)軟件控制技術,這種技術能夠在很大程度上提高系統(tǒng)的可靠性,同時還能增強程序的通用性,并保證系統(tǒng)在進行二次開發(fā)與擴容時能夠變得更加規(guī)范、便宜。
1.3 效益經(jīng)濟性
在水泵的啟動算法內(nèi)加入電價計算時的避風填谷原則,這樣能確保水泵的能耗一直是最經(jīng)濟狀態(tài)。累積水泵運行的時間,并記錄每一次啟動時運算時間所用最少的水泵,這樣一來,不但保證了水泵磨損的均勻程度,同時也避免了水泵的重復使用導致的設備疲勞。利用水倉中關于水位啟動、水位報警、停機水位等設定,在確保水倉安全水位在符合要求的條件下,以減少水泵啟動的次數(shù)。
2 PLC系統(tǒng)組成
2.1 主體系統(tǒng)
這種系統(tǒng)的主體部分是由水泵泵組控制結(jié)構和泵房工業(yè)視頻監(jiān)控這兩方面組成的,二者分別將光纖信號都傳輸給自身的上一級,系統(tǒng)的主結(jié)構如圖1。
控制系統(tǒng)中的組成為:工控機、可進行編程的控制器、溫度變送器、壓力變送器、振動變送器、EPS電源柜、液位變送器、集中控制柜、電動閥門等。結(jié)構的組成分為上位機結(jié)構和下位機結(jié)構,其中工控機屬于上位機,而PLC則是下位機。
2.2 水泵集中控制系統(tǒng)
水泵的集中控制系統(tǒng)主要包括了控制、檢測和執(zhí)行這三部分。其中檢測部分有包含了開關量與模擬量這兩種檢測。模擬量檢測主要由功率、溫度傳感、電流傳感、流量傳感等變送器組成的,主要檢測的是中央泵房內(nèi)的主排水系統(tǒng)。開關量檢測主要是針對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行檢測,其中包括高壓啟動柜內(nèi)真空斷路器的運行狀態(tài)、電動閥的運行狀態(tài)、真空泵的運行狀態(tài)以及電抗柜內(nèi)真空接觸器的運行狀態(tài)等。
除上述兩個系統(tǒng)外,還有一個視頻監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)中主要包括了攝像設備、傳輸設備、硬盤錄像設備、服務器、網(wǎng)絡終端、顯示設備、存儲設備以及相應的工業(yè)電視網(wǎng)絡等。
3 系統(tǒng)的具體功能
3.1 功能概述
(1)地面監(jiān)控系統(tǒng)的功能。對現(xiàn)場的檢測參數(shù)進行實時采集,并保持與PLC進行實時數(shù)據(jù)通信。對現(xiàn)場的各種運行數(shù)據(jù)進行實時記錄與顯示。
(2)現(xiàn)場控制站的功能。對各種系統(tǒng)進行自動監(jiān)控;對水泵的出水壓力進行實時采集,并將此作為電機保護參數(shù);對水泵進水口的真空程度進行實時采集,并依此來判斷電機的運行情況;對開關處的各種運行參數(shù)進行實時采集;按照實時采集而來的水倉水位數(shù)據(jù)來控制電機的運行;利用就地控制箱來控制系統(tǒng)的運行等。
(3)輪換功能。為了避免因水泵長期不使用而導致使用時無法運行的情況出現(xiàn),系統(tǒng)程序因此設計除了自動輪換控制,其會對水泵運行的時間進行自動記錄,以此來決定再開機時的具體開機順序,保證各臺水泵都能被使用到,使各水泵的使用時間保持在一個相對持平的狀態(tài),以此來延長各水泵的使用壽命。
(4)自動控制功能。在起動水泵前必須保證泵中處于滿水狀態(tài),灌水的程度一般是通過真空度來判斷的,只有當真空度達到了某特定值時,水泵才會被起動。如果真空度不達標,泵中仍有空氣,將會導致無法上水及相關部件燒毀等問題出現(xiàn)。系統(tǒng)通常都是用射流泵或真空泵將其抽成真空,通過真空表來確定其真空度,在運行狀態(tài)正常的情況下,水泵的運行狀態(tài)是通過水流量、出口壓力以及真空度這幾個數(shù)值來判斷的。
3.2 視頻系統(tǒng)
這里談到的主要是視頻系統(tǒng)的特點:通過網(wǎng)絡傳輸,結(jié)構靈活,容量擴展性強;數(shù)字化攝像機無距離限制,具有可靠性和無干擾的優(yōu)點;獲得授權的客戶端可進行攝像、錄音和查詢等操控,不受時間與地域的影響;可按要求選擇存盤路徑;可定時錄像;過期錄像資料定期清理;錄像文件可通過多種分類進行查詢;可進行多路、單路錄像回放,支持逐幀播放;獲得授權的網(wǎng)絡終端可設置攝像視頻參數(shù);支持任何一路錄像文件的輸出與切換;可實施多地點實時監(jiān)控與錄像,兩項功能互不影響;運行操作可查詢,可進行自檢;獲得授權的網(wǎng)絡客戶端能喝主機同步進行錄像、播放和存盤。
4 運行原理及系統(tǒng)配置
4.1 運行方式
該系統(tǒng)的運行方式分為三種:全自動式運行、遠程手動式運行、就地手動式運行。
全自動式運行:系統(tǒng)的下位機PLC對水倉的水位狀態(tài)進行實時采集,并按照水倉的具體水位情況,以及水泵的運行時長來自動確定是否啟動或停機相應的水泵。
遠程手動式運行:獲得授權的工作人員利用桑偉計算機對水泵的啟停狀態(tài)進行控制。當系統(tǒng)處在正常工程的狀態(tài)中,不管是何種方式,都能進行現(xiàn)場參數(shù)的實時采集,并將這些參數(shù)連通設備的運行狀態(tài)由網(wǎng)絡傳輸至調(diào)度室。
就地手動式運行:按照水倉內(nèi)的水位狀態(tài),利用現(xiàn)場的手動控制柜就地進行水泵啟停的手動控制。
4.2 系統(tǒng)配置
在系統(tǒng)的軟件配置方面,其主監(jiān)控操作系統(tǒng)為Windows2000Professional,具體的編程軟件則是由SIEMENS公司出品的STEP7V5.3SP3,其中的組態(tài)軟件同樣是由SIEMENS公司出品的WINCCV6.2SP3,其數(shù)據(jù)庫使用的則是Microsoft的SQLserver2000WINCC版。
在系統(tǒng)的硬件配置上,可編程控制器(PLC)用的是SIEMENS公司的S7- 300這一系列;在超聲波液位儀、流量計和溫度、振動、壓力變送器方面,沒有具體要求;系統(tǒng)的電源選用的則是EPS系統(tǒng)。當發(fā)生掉電時,由該電源向控制系統(tǒng)提供運行電源及動力電源。
5 總結(jié)
礦井排水的自動化監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn),基本上已經(jīng)可以滿足礦井排水系統(tǒng)的各種要求了,同時該系統(tǒng)還保證了中央排水運行的可靠性與經(jīng)濟性。
參考文獻:
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