摘 要: 采用PLC作為控制器,用投入式液位變送器監(jiān)測水位,結(jié)合相應(yīng)的控制電路組成排水監(jiān)控系統(tǒng),用電動(dòng)執(zhí)行閥、電動(dòng)球閥等作為執(zhí)行部件,完成對泵站系統(tǒng)的控制。系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際運(yùn)行表明,數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確,運(yùn)行可靠、節(jié)能。
1 雙環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)
(1)主要特點(diǎn)
在多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中,每臺(tái)光端機(jī)電接口設(shè)置一個(gè)RS-232或者RS-485/422設(shè)備,而雙環(huán)的概念就是通過光端機(jī)上的2個(gè)好立光口串接成2個(gè)光纖環(huán)路,環(huán)路自診自愈,當(dāng)一個(gè)環(huán)路故障時(shí),另一環(huán)路可及時(shí)替換,各從站故障、掉電、斷纖時(shí)自動(dòng)切除,故障恢復(fù)后自動(dòng)投入。雙環(huán)自愈光端機(jī)特點(diǎn)為:
1)光纖鏈路故障時(shí),自診自愈,各從站故障、掉電、斷纖時(shí)自動(dòng)切除,故障恢復(fù)后自動(dòng)投入;
2)各異步數(shù)據(jù)通道故障自診、自動(dòng)剔除,故障恢復(fù)后自動(dòng)投入,極大地保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性和可靠性。
(2)雙環(huán)自愈光端機(jī)信號(hào)流向原理
4個(gè)光端機(jī)分別擺放在4個(gè)不同的地方,紅線表示TXB流向RXA的這一順時(shí)針的閉合光路,箭頭表示信號(hào)流向,藍(lán)線表示由TXA流向RXB的這一逆時(shí)針的閉合光路,信號(hào)總是由TXB到RXA;再由TXA到RXB,兩條光路的信號(hào)流向要相反。其原理見于圖1,所組成鏈型網(wǎng)路時(shí)的信號(hào)流向示意圖見圖2。圖2是一個(gè)鏈型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)方案,同樣可以用雙環(huán)自愈光端機(jī)來連接,只不過類似壓扁的環(huán)。
2 井下泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(1)集散式控制方式
集中控制方式的整個(gè)系統(tǒng)是由一臺(tái)控制器作為邏輯控制單元,各檢測、執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過密集復(fù)雜的電纜線跟邏輯控制單元連接。此種方式不僅浪費(fèi)大量電纜線,而且出現(xiàn)問題不能及時(shí)排查,不易于以后的系統(tǒng)維護(hù)。采用集散式控制的主要優(yōu)點(diǎn)是:接線簡單可靠,各功能單元好立工作,出現(xiàn)問題后能夠及時(shí)排查解決,并且方便以后系統(tǒng)的日常維護(hù)。井下泵房布置圖見圖3,集散控制方式示意圖見圖4。
(2)泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)
1)信息部分。信息監(jiān)測、采集部分包括水位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器(包括正壓和負(fù)壓)以及開關(guān)量的信號(hào)采集。
2)執(zhí)行部分。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)球閥等電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施PLC邏輯控制器作出的邏輯判斷。
3)控制部分。系統(tǒng)智能控制單元PLC設(shè)計(jì)采用S7-300及S7-200兩種。S7-200做系統(tǒng)的通信基站,每臺(tái)水泵設(shè)計(jì)一臺(tái)通信基站負(fù)責(zé)采集水泵運(yùn)行信息及執(zhí)行主控制器的邏輯命令,S7-300做系統(tǒng)主控制單元,負(fù)責(zé)綜合比較判斷各基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后,通過預(yù)定程序向下方基站下發(fā)邏輯命令。
(3)單臺(tái)水泵的控制程序
如果系統(tǒng)中的水泵為離心式水泵,由水泵工作原理可知,水泵只有在其葉輪完全注滿水后,泵體形成必要的真空度而實(shí)現(xiàn)正常排水,故啟動(dòng)前必須shou先向水泵注水(分為射流泵和真空泵兩種抽真空形式)。單臺(tái)小泵啟動(dòng)見圖5。
具體控制流程如下:
1)排空(射流、真空)引水環(huán)節(jié)。由水泵工作原理可知,水泵只有在其葉輪完全注滿水后,泵體才能形成必要的真空度,而實(shí)現(xiàn)正常排水。
2)防爆電動(dòng)執(zhí)行閘閥操作環(huán)節(jié)。為了減小水泵的啟動(dòng)功率,離心式水泵一定要關(guān)閉出水閘閥后再啟動(dòng),而且水泵的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量也是按關(guān)閉閘閥的啟動(dòng)條件(空載啟動(dòng))設(shè)計(jì),故只有當(dāng)水泵啟動(dòng)后,才能逐漸開啟閘閥;停泵時(shí),必須關(guān)閉出水閘閥，然后再斷電停止水泵電動(dòng)機(jī),以防止或減輕“水錘”現(xiàn)象對泵體內(nèi)部的沖擊。
3)水位在線檢測自動(dòng)控制環(huán)節(jié)。作用是根據(jù)水倉水位的高低,發(fā)出自動(dòng)開泵、停泵的控制信號(hào)。
4)故障保護(hù)環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)具有3種保護(hù)環(huán)節(jié),即:
a.流量保護(hù):當(dāng)水泵在運(yùn)行過程中,其排水量達(dá)不到正常值時(shí),應(yīng)通過流量保護(hù)裝置使水泵停止運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)就地及網(wǎng)絡(luò)報(bào)警。
b.真空保護(hù):若系統(tǒng)漏水嚴(yán)重,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不能向水泵注滿水時(shí),應(yīng)通過真空保護(hù)裝置阻止水泵啟動(dòng)并實(shí)現(xiàn)就地及網(wǎng)絡(luò)報(bào)警。
c.電路保護(hù):由于水泵工作環(huán)境潮濕、拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量較大,因而水泵主電路、控制電路應(yīng)裝設(shè)過流保護(hù)、短路保護(hù)及漏電保護(hù)(漏電保護(hù)一般裝設(shè)在中央變電室)。
3 系統(tǒng)功能
(1)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近控制
當(dāng)發(fā)生險(xiǎn)情時(shí),根據(jù)實(shí)際情況可對水位進(jìn)行或可靠的遠(yuǎn)程控制可近控制。
(2)自動(dòng)控制
PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉水位的高低、井下用電負(fù)荷的高、低峰和供電部門所規(guī)定的平段、谷段、峰段供電電價(jià)時(shí)間段等因素,建立數(shù)學(xué)模型合理調(diào)度水泵,根據(jù)實(shí)際情況先后開啟水泵、或者同時(shí)開啟多臺(tái)水泵,并且做到出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)能及時(shí)報(bào)警。
(3)自動(dòng)輪換工作
為了防止因備用泵及其電氣設(shè)備或者備用管路長期不用而使電機(jī)和電氣設(shè)備受潮或其他故障未及時(shí)發(fā)現(xiàn),工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時(shí),而不能及時(shí)投入以至影響礦井安全,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多臺(tái)泵自動(dòng)輪換工作控制,控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運(yùn)行時(shí)間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動(dòng)記錄并累計(jì),系統(tǒng)根據(jù)這些運(yùn)行參數(shù)按一定順序自動(dòng)啟停水泵和相應(yīng)管路,使各水泵及其管路的使用率分布均勻。
(4)設(shè)備自檢功能
主要設(shè)備提供自檢功能,上位機(jī)程序?qū)υO(shè)備故障進(jìn)行報(bào)警。設(shè)備的主要故障類型實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示,幫助運(yùn)行人員診斷設(shè)備故障。
(5)故障診斷功能
系統(tǒng)提供故障診斷功能,通過實(shí)時(shí)監(jiān)測排水壓力、真空負(fù)壓、排水流量、電壓和電流參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)對水泵不上水、壓力不足、排水效率降低、啟動(dòng)負(fù)荷大、軸承過熱等故障的診斷,降低系統(tǒng)故障時(shí)間。另系統(tǒng)設(shè)檢修閉鎖功能。
(6)采用雙環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用雙環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)即方便系統(tǒng)擴(kuò)展又可以容易地接入數(shù)字化礦山系統(tǒng),并且工業(yè)以太網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)好特,易于網(wǎng)絡(luò)管理。
4 使用注意事項(xiàng)
(1)清理水倉雜質(zhì)
因大部分礦井下沒有設(shè)置積水沉淀池,大量泥沙、碳沫直接經(jīng)過排水系統(tǒng)排到井上,水中的雜質(zhì)容易造成電動(dòng)球閥的堵塞或開關(guān)不到位,故雷清理水雜質(zhì)。
(2)清理排水泵路和儀表
如果主排水管路的逆止閥年久失修,管路中所有水的壓力會(huì)直接作用在電動(dòng)執(zhí)行閥上,造成開關(guān)閥時(shí)力矩過大,故雷甭理排水泵路。正壓表和負(fù)壓表容易損壞,必須采用高質(zhì)量抗震的產(chǎn)品。
(3)動(dòng)力電源接線要有保護(hù)
電動(dòng)執(zhí)行閥電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力電源接線#好有相序保護(hù)器。
本設(shè)計(jì)系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果,具有運(yùn)行可靠,數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確及節(jié)能等優(yōu)勢,為井下安全生產(chǎn)提供有力保障。
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