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

1、基于PLC及以太環(huán)網(wǎng)平臺的井下中央泵房自動化系統(tǒng)設(shè)計摘 要本文較詳細地介紹了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)平臺傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過檢測水倉水位和其它參數(shù),控制水泵輪流工作與適時啟動備用泵,合理調(diào)度水泵運行,保證了煤礦排水系統(tǒng)的安全。實踐證明該系統(tǒng)設(shè)計合理,整體運行安全可靠、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)備的一個重要組成部分,其能否正常運行直接關(guān)系到整個礦井的安全生產(chǎn)。耿村礦泵房自動化系統(tǒng)改造前的運行與管理采用人工操作方式,現(xiàn)場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)目視水倉液位決定泵的起停,且僅能實現(xiàn)就地的操作,大量的實時數(shù)據(jù)不能由地面調(diào)度人員及時監(jiān)測和管理,系統(tǒng)運行狀態(tài)以及出現(xiàn)故障時不能及時發(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現(xiàn)中央泵房的自動化控制。2、系統(tǒng)的主要組成部分及實現(xiàn)功能該系統(tǒng)由5臺礦用多級耐磨泵(200D-43×8配套5臺電機(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)、外兩個水倉,兩水倉相互獨立,在緊急情況下可打開兩水倉的連接閥門,實施緊急搶險,泵組兩用兩備一

3、檢修。其要求是系統(tǒng)能夠根據(jù)水倉水位變化、電網(wǎng)運行參數(shù)等情況來決定水泵的起停,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:遠程/本地、自動/半自動、集控/手動/檢修,自動運行模式下4臺泵參與集控,在特殊情況下啟用檢修泵;(2泵組使用優(yōu)先級控制方案:手動近程控制電動遠程控制自動監(jiān)測控制,手動控制時要能自動切斷遠程控制和自動控制;遠程控制時要能自動切斷自動控制;在遠程控制失靈時,井下自動控制系統(tǒng)能自動轉(zhuǎn)入自動控制;(35臺水泵采用射流方式抽真空啟動,參與自動控制的4臺機組在系統(tǒng)中的地位平等,隨時可以就地檢修;(4系統(tǒng)運行期間能夠自檢,如果出現(xiàn)故障可以立刻投入其他

4、機組運行,不能影響井下排水;(5 要求實現(xiàn)均勻磨損:記錄每臺水泵的正常啟動時間,在自動狀態(tài)下,水位滿足啟動要求時優(yōu)先啟動累計運行時間短的泵組;(6 根據(jù)水倉水位來確定是否需要開泵排水,根據(jù)高峰/低谷電價實現(xiàn)避峰填谷確定開、停水泵的液位及開泵的時間。為了實現(xiàn)水泵自動啟停,并且實現(xiàn)電價的避峰填谷,在高峰/低谷期分別設(shè)置了3個水位如上圖所示。在此情況下編程讀取PLC當前的系統(tǒng)時間,在高峰期,水位達到h4時啟動累計運 行時間較短的一臺泵組,系統(tǒng)每5分鐘記錄一次水位,并計算水位變化速率,若此值較大即認為當前開泵臺數(shù)不足以應(yīng)付當前水涌量,所啟動的水泵臺數(shù)不夠,則在水位達到h6后啟動另外備用泵組。當水位變化

5、速率為負且水位降到h4后停止備用泵組,直至水位降到h2后,停止所有泵組運行。低谷期設(shè)計思想相同。(7 將水泵運行參數(shù)通過以太環(huán)網(wǎng)平臺傳輸?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,指揮中心通過上位機組態(tài)讀取現(xiàn)場設(shè)備的的運行工況,如啟/停狀態(tài)、液位、壓力、負壓等參數(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)場設(shè)備的運行參數(shù)、狀態(tài)等由S7-300控制主站通過以太網(wǎng)通訊傳至中央PLC內(nèi),中央PLC對所讀取的數(shù)據(jù)進行建模分析,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)備運行狀態(tài)監(jiān)控及預(yù)警能

6、力,同時將所有的數(shù)據(jù)傳輸至上位機監(jiān)控軟件平臺上,以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式,直觀、形象、實時地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉水位、電機工作電流、電機溫度、軸承溫度、排水壓力、排水管流量等參數(shù)。上位機軟件能夠自動生成運行參數(shù)的日報表、月報表和年報表。在允許遠程控制操作時,值班人員可以利用自己的操作權(quán)限遠程控制各水泵的運行。上位機監(jiān)控軟件選用西門子公司的組態(tài)軟件一Wincc6.2版,該組態(tài)軟件運行于Windows環(huán)境,結(jié)合了西門子在自動化領(lǐng)域的先進技術(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,開放的組態(tài)開發(fā)環(huán)境。設(shè)備控制層我們提供了自動/半自動、手動/檢修幾中工作模式,具體控制方案如下:在自動模式下,按照檢測的水位高低及系統(tǒng)時間(判斷高峰/低谷用電期自動選擇是否開泵,根據(jù)每臺泵組的累計運行時間判斷優(yōu)先開哪臺泵,水泵開啟后觀察水位變化率及判斷是否達到告警液位從而選擇需要開幾臺泵。在半自動模式下,系統(tǒng)檢測到開泵信號后,將自動啟用射流抽真空系統(tǒng),當真空度達到要求后啟動電機同時關(guān)閉抽真空系統(tǒng),此時檢測并判斷出水口處的壓力,當其大于3MPa時打開出水口處的電動閘閥實施正常排水。為了完善系統(tǒng),防止意外情況發(fā)生,同時為了便于系統(tǒng)調(diào)試、檢修,還保留了手動方式,此方式在系統(tǒng)正常運行情況下是不使用的。在檢修