井下主排水监控系统的优化设计.pdf

总第 1 5 8期 d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5—2 7 9 8 ． 2 0 1 2 ． 1 0 ． 0 2 1 井下 主排水 监控 系统 的优化设计 王瑞峰 ( 潞安集 团 高河能源公司 ， 山西 长 治0 4 7 1 0 0 ) 摘要： 介绍了采用 S i e m e n s s 7—3 0 0系列 P L C和 Wi n C C 5组太软件对矿井主排水监控系统的优化设计方 案， 以及在实际应用中的效果及意义。 关键词 ： 水泵监控系统； P L C； WI N C C组态软件 ； 自动化 控制 中图分类号 ： T D 7 6 文献标 识码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 5 — 2 7 9 8 ( 2 0 1 2 ) 1 0 — 0 0 4 8 — 0 2 煤矿中央水泵房主排水系统作为关系到矿井安 全的一个重要组成部分 ， 具有可靠性要求高 ， 耗电量 大 ， 启泵 、 停泵操作繁琐等一系列特点 ， 故如何提高 矿井中央泵房的 自动化程度 ， 做到科学运行 、 管理 ， 且满足煤矿生产调度综合 自动化 的要求 ， 实现集 中 控制 、 科学节能 、 减人提效便成 了急需解决的问题 。 针对以上特点和要求 ， 本文提 出一种采用 S i e m e n s s 7— 3 0 0系列 P L C和 Wi n C C 5组太软件实现矿井 中 央泵房综合自动化的优化设计模式， 并付诸实践， 在 潞安集团高河能源公 司得到 了实 际应用 ， 该系统实 施后 ， 可实现远程集中监测 、 集中控制矿井主排水系 统的工序节点 ， 可灵活地设置监控模式 ， 并可进行实 时的高质量的数据传输 ， 方便存储数据和检索历史 数据 ， 具有很高的可靠性和灵活性 。 1 系统设计概述 本次矿井 中央泵房 自动化控制系统的优化设计 为分层 分布 开放 式结 构 ， 由现 场层 ( 远 程 I ／ O模 块) 、 控制层( P L C可编程逻辑控制器) 和信息层( 上 位机 P C) 三层控制系统组成 ， 从而 实现对 中央水泵 房的排水系统 自动化控制。本次设计的中央水泵房 自动控制系统现场控制站选用 S i e m e n s s 7—3 0 0系 列 P L C作为控制核心 ， 设置在井下 中央水泵房内的 P L C集 中控制柜 ， 负责采集 、 处理各类现场传感器传 出的有关水泵工作状态的信息 ， 并 把这些信息转变 成数据、 图形模块 ， 通过网络上传到就地集中操作台 和信息层上位机， 在上位机远程控制终端选用 w i n ． d o w s s e r v e r 2 0 0 3操作系统 ， 安装西门子的 Wi n C C组 态软件 ， 从而在地面实现对各台水泵 的实时监 测和 远程控制 。中央水泵房 自动化控制系统结构图如图 1所示 。 4 8 图1 中央水泵房自动化控制系统结构 2 P L C系统设计 2 ． 1 基于 P L C的中央水泵房控制系统的设计 该系统 由 P L C集中控制装置 、 就地控制执行触 摸屏装置、 现场数据采集传感 器等几部分组成⋯ 。 其硬件结构如图2所示 。 图2 中央水泵房控制系统硬件结构 收稿 日期 ： 2 0 1 2 4 ) 7 - 2 4 作者简介： 王瑞峰( 1 9 7 5一) ， 男 ， 山西河曲人， 工程师， 从事矿井监控技术管理工作。 王瑞峰： 井下主排水监控系统的优化设计 第2 1 卷第 1 0期 2 ． 2 单台水泵 P L C的软件设计 文章着重介绍 单台水泵 的流程启动 ， 流程停止 以及故障保护 ， 其余水泵的工作流程与此基本一致。 水泵 的开启阶段 ， 必须先通过确定开泵 的数量 以及 水泵轮换工作逻辑模块 ， 以此确定开几号水泵 ， 当某 台泵满足 了开泵条件 ， P L C集 中控制柜即能够实现 对水泵的 自动开启 。 当 P L C接收到启动某 台水泵的指令后 ， 就会按 照图 3所示的水泵 的启动流程进行水泵 的自动启动 控制 。首先是启动抽真空系统将水泵体 内的空气排 除 ， 让其充满水 ， 这时， 抽真空管路上 的负压表( 真空 表) 就会达到要求值。当 P L C检测 到负压表的读数 满足启动要求时， 就会发指令给高压开关柜 ， 启动水 泵电机 ， 并关掉抽真空设备。这时位于水泵上方主排 水管路上的压力传感器承受的压力越来越大 ， 当达到 要求值时 ， P L C发指令开启电动闸阀， 开始排水 。 图 3 水泵启动流程 从图 3中可以看出 ， 系统中设有抽真空超时 、 闸 阀开超时、 压力异常等故 障报警系统 。如果 出现异 常 ， 对于实时 C P U以及 I ／ O模块 内部 的错误 ， 自动 控制系统会 自动跳入故障处理程序块中进行相应的 处理 ； 如果是外部 回路接线错误或传感器失效 等故 障， 系统会 自动声光报警并停泵 ， 禁止该泵投入 自动 循环运行中。 运行过程中， 主要监测压力 、 电流 、 温度、 流量等 状态量 ， 出现异常 ， 停止水泵 ， 并报警给出故障提示 。 其流程如图 4所示。停止过程中主要结合定时器监 测动作是否正常， 出现故障进行报警 ， 并给出故障提 示 。其流程如图 5所示。 3 上位机界面设计 本控制 系 统人 机 交 换 界 面 是 基 于 组 态 软件 Wi n C C 5开发的 ， 具有 主画面 、 单 台泵 画面、 运行状 态检测画面 、 历史数据 画面等多种友好 人机界 面。 针对不同情况做出相应 的操作画面 ， 便于远程／ 就地 手 自动操作的任何一 台可控制型设 备 ， 如电磁阀的 开启 、 关闭， 水泵的启 动 、 停止 ， 电动闸阀的开启 、 关 闭等 。在主监测界面上 ， 可 以显示电机前后轴温度 、 水泵吸水管真空度 与水泵 出水 口压力 、 流量等主要 的系统运行参数 。 图4 运行过程故障保护流程 i ，＼ ： 蠹 I Y 、闸阀关超时?， ＼／ i 闸阀关到位 启动分闸定时器 Y_ ] _ ．． 一闸 阀 故 障 报 警 锁定故障 泵 退出工作组 多 图 5 停止过程故障保护流程 参考文献 ： [ 1 ] 谭国俊 ， 韩耀飞， 熊树．基于 P L C的中央泵房 自动 化设计[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 7 2— 7 3 ． [ 2 ] 廖常初． 西门子 s 7— 2 0 0 ／ 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C基础与应用技 术[ M] ． 北京： 机械工业出版社 ， 2 0 0 7 ， [ 责任编辑 ： 常丽芳] 4 9