基于PLC及以太環(huán)網(wǎng)平臺(tái)的井下中央泵房自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)_圖文

1、基于PLC及以太環(huán)網(wǎng)平臺(tái)的井下中央泵房自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本文較詳細(xì)地介紹了PLC及工業(yè)以太網(wǎng)在排水泵房改造工程中的應(yīng)用。該工程選用了S7-300可編程控制器作為主控制器,利用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)平臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)水倉(cāng)水位和其它參數(shù),控制水泵輪流工作與適時(shí)啟動(dòng)備用泵,合理調(diào)度水泵運(yùn)行,保證了煤礦排水系統(tǒng)的安全。實(shí)踐證明該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,整體運(yùn)行安全可靠、故障率低、節(jié)電效果明顯。1、引言煤礦井下中央水泵房是煤礦大型設(shè)備的一個(gè)重要組成部分,其能否正常運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)。耿村礦泵房自動(dòng)化系統(tǒng)改造前的運(yùn)行與管理采用人工操作方式,現(xiàn)場(chǎng)全部采用模擬儀表指示,未配備液位、壓力、流量、軸溫等傳感器

2、,操作人員根據(jù)目視水倉(cāng)液位決定泵的起停,且僅能實(shí)現(xiàn)就地的操作,大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不能由地面調(diào)度人員及時(shí)監(jiān)測(cè)和管理,系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)以及出現(xiàn)故障時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理,存在著很大的安全隱患。因此煤礦井下非常有必要實(shí)現(xiàn)中央泵房的自動(dòng)化控制。2、系統(tǒng)的主要組成部分及實(shí)現(xiàn)功能該系統(tǒng)由5臺(tái)礦用多級(jí)耐磨泵(200D-43×8配套5臺(tái)電機(jī)(440 kW,6 kV組成,主控制器采用Siemens300系列的CPU315-2DP,配有以太網(wǎng)通訊模塊。5臺(tái)泵分為兩組,每組(1#、2#、3#一組,4#、5#一組 分別連接內(nèi)、外兩個(gè)水倉(cāng),兩水倉(cāng)相互獨(dú)立,在緊急情況下可打開(kāi)兩水倉(cāng)的連接閥門(mén),實(shí)施緊急搶險(xiǎn),泵組兩用兩備一

3、檢修。其要求是系統(tǒng)能夠根據(jù)水倉(cāng)水位變化、電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)等情況來(lái)決定水泵的起停,以便保證井下的排水系統(tǒng)能夠正常工作。具體要求如下:(1系統(tǒng)主要有以下幾種控制方式:遠(yuǎn)程/本地、自動(dòng)/半自動(dòng)、集控/手動(dòng)/檢修,自動(dòng)運(yùn)行模式下4臺(tái)泵參與集控,在特殊情況下啟用檢修泵;(2泵組使用優(yōu)先級(jí)控制方案:手動(dòng)近程控制電動(dòng)遠(yuǎn)程控制自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制,手動(dòng)控制時(shí)要能自動(dòng)切斷遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)控制;遠(yuǎn)程控制時(shí)要能自動(dòng)切斷自動(dòng)控制;在遠(yuǎn)程控制失靈時(shí),井下自動(dòng)控制系統(tǒng)能自動(dòng)轉(zhuǎn)入自動(dòng)控制;(35臺(tái)水泵采用射流方式抽真空啟動(dòng),參與自動(dòng)控制的4臺(tái)機(jī)組在系統(tǒng)中的地位平等,隨時(shí)可以就地檢修;(4系統(tǒng)運(yùn)行期間能夠自檢,如果出現(xiàn)故障可以立刻投入其他

4、機(jī)組運(yùn)行,不能影響井下排水;(5 要求實(shí)現(xiàn)均勻磨損:記錄每臺(tái)水泵的正常啟動(dòng)時(shí)間,在自動(dòng)狀態(tài)下,水位滿足啟動(dòng)要求時(shí)優(yōu)先啟動(dòng)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間短的泵組;(6 根據(jù)水倉(cāng)水位來(lái)確定是否需要開(kāi)泵排水,根據(jù)高峰/低谷電價(jià)實(shí)現(xiàn)避峰填谷確定開(kāi)、停水泵的液位及開(kāi)泵的時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)啟停,并且實(shí)現(xiàn)電價(jià)的避峰填谷,在高峰/低谷期分別設(shè)置了3個(gè)水位如上圖所示。在此情況下編程讀取PLC當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間,在高峰期,水位達(dá)到h4時(shí)啟動(dòng)累計(jì)運(yùn) 行時(shí)間較短的一臺(tái)泵組,系統(tǒng)每5分鐘記錄一次水位,并計(jì)算水位變化速率,若此值較大即認(rèn)為當(dāng)前開(kāi)泵臺(tái)數(shù)不足以應(yīng)付當(dāng)前水涌量,所啟動(dòng)的水泵臺(tái)數(shù)不夠,則在水位達(dá)到h6后啟動(dòng)另外備用泵組。當(dāng)水位變化

5、速率為負(fù)且水位降到h4后停止備用泵組,直至水位降到h2后,停止所有泵組運(yùn)行。低谷期設(shè)計(jì)思想相同。(7 將水泵運(yùn)行參數(shù)通過(guò)以太環(huán)網(wǎng)平臺(tái)傳輸?shù)降孛嬷笓]中心,并可以接收地面指揮中心 內(nèi)工作人員發(fā)出的指令:如泵的起停,泵的工作方式的選擇,指揮中心通過(guò)上位機(jī)組態(tài)讀取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的的運(yùn)行工況,如啟/停狀態(tài)、液位、壓力、負(fù)壓等參數(shù)并可整理打印。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示: 3、實(shí)現(xiàn)方法系統(tǒng)在地面指揮中心設(shè)有S7-400中央PLC,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)等由S7-300控制主站通過(guò)以太網(wǎng)通訊傳至中央PLC內(nèi),中央PLC對(duì)所讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析,結(jié)合二次傳感與傳感融合模塊,為工作人員提供有效的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及預(yù)警能

6、力,同時(shí)將所有的數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)監(jiān)控軟件平臺(tái)上,以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式,直觀、形象、實(shí)時(shí)地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉(cāng)水位、電機(jī)工作電流、電機(jī)溫度、軸承溫度、排水壓力、排水管流量等參數(shù)。上位機(jī)軟件能夠自動(dòng)生成運(yùn)行參數(shù)的日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表和年報(bào)表。在允許遠(yuǎn)程控制操作時(shí),值班人員可以利用自己的操作權(quán)限遠(yuǎn)程控制各水泵的運(yùn)行。上位機(jī)監(jiān)控軟件選用西門(mén)子公司的組態(tài)軟件一Wincc6.2版,該組態(tài)軟件運(yùn)行于Windows環(huán)境,結(jié)合了西門(mén)子在自動(dòng)化領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和微軟公司領(lǐng)先的軟件技術(shù),為我們提供了一種高效,開(kāi)放的組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境。設(shè)備控制層我們提供了自動(dòng)/半自動(dòng)、手動(dòng)/檢修幾中工作模式,具體控制方案如下:在自動(dòng)模式下,按照檢測(cè)的水位高低及系統(tǒng)時(shí)間(判斷高峰/低谷用電期自動(dòng)選擇是否開(kāi)泵,根據(jù)每臺(tái)泵組的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間判斷優(yōu)先開(kāi)哪臺(tái)泵,水泵開(kāi)啟后觀察水位變化率及判斷是否達(dá)到告警液位從而選擇需要開(kāi)幾臺(tái)泵。在半自動(dòng)模式下,系統(tǒng)檢測(cè)到開(kāi)泵信號(hào)后,將自動(dòng)啟用射流抽真空系統(tǒng),當(dāng)真空度達(dá)到要求后啟動(dòng)電機(jī)同時(shí)關(guān)閉抽真空系統(tǒng),此時(shí)檢測(cè)并判斷出水口處的壓力,當(dāng)其大于3MPa時(shí)打開(kāi)出水口處的電動(dòng)閘閥實(shí)施正常排水。為了完善系統(tǒng),防止意外情況發(fā)生,同時(shí)為了便于系統(tǒng)調(diào)試、檢修,還保留了手動(dòng)方式,此方式在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下是不使用的。在檢修