王延祥

0 引言

利用自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)在國(guó)內(nèi)外一些科技型企業(yè)電氣控制中廣泛應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，筆者對(duì)其應(yīng)用于礦井主排水泵控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，從而對(duì)章村礦主排水系統(tǒng)進(jìn)行了遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)改造。該技術(shù)首先在該礦三井中央泵房成功應(yīng)用，并在四井－200 m水平泵房和24采區(qū)泵房得到推廣，實(shí)現(xiàn)了井下集中控制和地面上位機(jī)遠(yuǎn)程控制，自動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)運(yùn)行參數(shù)，數(shù)據(jù)可利用光纖通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳送至管理層辦公室計(jì)算機(jī)，從而擴(kuò)大了監(jiān)控范圍，提高了礦井的綜合自動(dòng)化和信息化水平。

1 自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)概述

自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由PLC控制器、流量計(jì)、壓力傳感器、溫度傳感器、接觸器、變送器等組成。水泵自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)可編程控制器、微機(jī)控制器、Win CC組態(tài)軟件對(duì)排水系統(tǒng)中的水泵機(jī)組和管路閥門(mén)進(jìn)行控制，集排水監(jiān)測(cè)控制和電機(jī)開(kāi)停及閥門(mén)開(kāi)關(guān)管理于一體的機(jī)電一體化系統(tǒng)。通過(guò)改造，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及自動(dòng)化程度都有所提高。系統(tǒng)接線示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)接線示意圖

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)設(shè)備主要有集中控制臺(tái)、電源箱、就地控制箱和上位機(jī)等。集中控制臺(tái)、電源箱放置在泵房?jī)?nèi)集中控制硐室，就地控制箱放置在泵房?jī)?nèi)水泵控制現(xiàn)場(chǎng)（常固定在泵房墻壁上）。集中控制臺(tái)主要有顯示和控制功能，這些功能由可編程控制器采集外部信號(hào)并通過(guò)程序運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)?？删幊炭刂破鞑捎肞LC控制，運(yùn)算速率高、穩(wěn)定性好。

（1）通過(guò)可編程控制器能夠自動(dòng)采集、顯示水泵和閘閥的各種運(yùn)行參數(shù)。（2）系統(tǒng)能夠根據(jù)水倉(cāng)水位、工作制及負(fù)荷情況控制水泵自動(dòng)工作。（3）可編程控制器能夠通過(guò)監(jiān)測(cè)水泵現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)信號(hào)，判斷水泵的工作情況。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)出警報(bào)信息，并根據(jù)故障類(lèi)型判斷是否停止水泵運(yùn)行。（4）可以自動(dòng)、手動(dòng)、就地控制水泵的啟動(dòng)和停止以及閘閥的開(kāi)關(guān)。（5）系統(tǒng)的上位機(jī)（地面遠(yuǎn)程監(jiān)控室）可完成水泵控制的各種操作，并監(jiān)控水泵的運(yùn)行參數(shù)和閘閥的動(dòng)作情況。（6）每臺(tái)水泵都設(shè)有就地控制箱，可在檢修方式下就地開(kāi)停水泵及相應(yīng)的閘閥。（7）系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)可編程、PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展、顯示操作方便等特點(diǎn)，可通過(guò)RS485或工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接。（8）控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，自動(dòng)顯示故障信號(hào)和系統(tǒng)信息。（9）系統(tǒng)的主要監(jiān)測(cè)信號(hào)包括：各臺(tái)水泵的開(kāi)停信號(hào)，各只閘閥的開(kāi)關(guān)位置信號(hào)，排水管流量，水倉(cāng)水位信號(hào)，水泵的負(fù)壓值、正壓值，電動(dòng)機(jī)溫度及電動(dòng)機(jī)軸承溫度信號(hào)、電壓、電流等，同時(shí)備有高清攝像頭監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)情況。（10）系統(tǒng)的控制信號(hào)包括：電機(jī)的開(kāi)停控制、閘閥的控制及射流泵閘閥的控制。

3 系統(tǒng)的控制方式及其原理

系統(tǒng)控制方式分為自動(dòng)、手動(dòng)、檢修（就地）3種，主要監(jiān)測(cè)的參數(shù)有水泵的控制方式、水泵軸溫、水池水位、管路壓力、管路流量以及閘閥開(kāi)關(guān)到位情況等。

3.1 自動(dòng)控制方式

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定時(shí)間、水位以及用電負(fù)荷等參數(shù)自動(dòng)開(kāi)啟、停止水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，并能實(shí)現(xiàn)水泵和閘閥的聯(lián)鎖啟動(dòng)，對(duì)運(yùn)行中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至上位機(jī)。具體操作如下：首先在操作臺(tái)選擇某個(gè)泵工作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，將工作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至自動(dòng)控制的啟動(dòng)條件，然后選擇排水管路，如果符合條件，在上位機(jī)控制界面點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)完畢后，實(shí)時(shí)監(jiān)控水泵及閘閥的運(yùn)行參數(shù)和水位、管路流量、壓力等參數(shù)；如果水泵運(yùn)行期間出現(xiàn)故障，它會(huì)依據(jù)監(jiān)測(cè)的故障參數(shù)自動(dòng)停止運(yùn)行，并發(fā)出警報(bào)；若監(jiān)控人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)想停止水泵的運(yùn)行，點(diǎn)擊停止按鈕即可，上位機(jī)可對(duì)各臺(tái)水泵運(yùn)行狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便于上位機(jī)管理人員及時(shí)掌握每臺(tái)水泵的工作狀況。上位機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控主界面如圖2所示。

圖2 上位機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控主界面圖

3.2 手動(dòng)控制方式

首先在集中控制臺(tái)選擇要啟動(dòng)的水泵，并將其禁啟按鈕打開(kāi)，然后選擇該泵的工作方式，將工作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至手動(dòng)控制的啟動(dòng)條件，選擇該泵的排水管路，觀察水泵的啟動(dòng)條件，如水倉(cāng)水位等，如果符合啟動(dòng)條件，先按下射流泵閘閥啟動(dòng)，閘閥打開(kāi)到位后，水流經(jīng)過(guò)閘閥產(chǎn)生負(fù)壓，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水泵參數(shù)，設(shè)定水泵啟動(dòng)的負(fù)壓值，達(dá)到設(shè)定的負(fù)壓值后按下水泵啟動(dòng)按鈕。水泵啟動(dòng)后監(jiān)控水泵上方管路的正壓值，并隨即關(guān)閉射流泵閘閥到位，當(dāng)水泵抽出水的壓力達(dá)到設(shè)定的壓力值時(shí)，開(kāi)啟該水泵事先設(shè)定對(duì)應(yīng)管路的閘閥并到位，該臺(tái)水泵整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程完畢。如果關(guān)閉水泵，首先關(guān)閉該臺(tái)水泵對(duì)應(yīng)管路的閘閥，關(guān)到位后按下水泵停止按鈕即可。

3.3 就地控制方式

就地箱安裝在水泵控制現(xiàn)場(chǎng)，便于檢修狀態(tài)下使用。首先在就地控制操作臺(tái)選擇某臺(tái)泵工作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，將其旋轉(zhuǎn)至檢修方式，并在就地控制箱選擇就地控制方式，然后按照控制臺(tái)的啟動(dòng)方式和順序依次啟動(dòng)。

4 簡(jiǎn)單故障處理思路

本系統(tǒng)中控制臺(tái)都是通過(guò)繼電器控制負(fù)載，控制箱中繼電器KA1為報(bào)警繼電器，KA2、KA3分別為控制繼電器。當(dāng)按下操作按鈕設(shè)備未進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作時(shí)，先檢查控制箱中相應(yīng)的繼電器是否吸合，如繼電器吸合負(fù)載不動(dòng)作，檢查負(fù)載電源線路是否出現(xiàn)問(wèn)題；如繼電器不動(dòng)作，更換繼電器后進(jìn)行相同操作；若繼電器仍不動(dòng)作，檢查PLC對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)在按鈕操作時(shí)是否點(diǎn)亮；排除PLC故障后，如按下按鈕PLC輸入點(diǎn)沒(méi)有點(diǎn)亮，檢查控制臺(tái)按鈕線路、操作繼電器線路是否有松動(dòng)虛接現(xiàn)象。對(duì)于閘閥，當(dāng)控制箱繼電器動(dòng)作而閘閥不動(dòng)作時(shí)，除檢查對(duì)應(yīng)的接觸器是否出現(xiàn)故障外，還應(yīng)檢查熱繼電器是否斷開(kāi)。

5 結(jié)語(yǔ)

章村礦應(yīng)用主排水泵遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)后，還制定了控制操作流程及相應(yīng)的注意事項(xiàng)，并組織水泵司機(jī)和維修工對(duì)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了學(xué)習(xí)，確保了遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)的順利實(shí)施。實(shí)踐證實(shí)，應(yīng)用主排水泵自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)后水泵在最佳工況點(diǎn)運(yùn)行，提高了運(yùn)行效率；充分利用水倉(cāng)設(shè)置，為峰谷開(kāi)泵節(jié)約了電價(jià)；動(dòng)態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備溫度、電壓、電流、流量等運(yùn)行參數(shù)，確保了設(shè)備安全運(yùn)行；地面遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)利用WinCC組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程操控流程簡(jiǎn)單方便，既改善了操作環(huán)境，又降低了作業(yè)強(qiáng)度，監(jiān)控信息可傳達(dá)到管理層，且可實(shí)現(xiàn)井下現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守；上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，一人同時(shí)監(jiān)控3個(gè)泵房，省下崗位工6名，減人增效，提高了該礦的機(jī)電綜合自動(dòng)化和信息化水平。

［1］卜祥泉，周樹(shù)志，龐科旺.煤礦井下排水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.工礦自動(dòng)化，2007（3）

［2］熊樹(shù).煤礦井下排水泵機(jī)組無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.煤炭工程，2007（11）

［3］陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006