基于plc的礦井排水監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場控制部分設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-21 00:21 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 、模擬量輸入、電源、通訊等模塊構(gòu)成。PLC自動化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉 水位的高低、井下用電負荷的高、低峰和供電部門所規(guī)定的平段、谷段、峰段供電電價時 間段（時間段可根據(jù)實際情況隨時在觸摸屏上進行調(diào)整和設(shè)置）等因素，建立數(shù)學(xué)模型，合理調(diào)度水泵，自動準確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制水泵運行。 為了保證井下安全生產(chǎn)，系統(tǒng)可靠運行，水位信號是水泵自動化一個非常重要的參數(shù)，因此，系統(tǒng)設(shè)置了兩套水位傳感器，模擬量和開關(guān)量傳感器，兩套傳感器均設(shè)于水倉的排水配水倉內(nèi)，PLC將接受到的模擬量水位信號分成若干個水位段，計算出單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，同時檢測井下供電電流值，計算用電負荷率，根據(jù)礦井涌水量和用電負荷，控制在用電低峰和一天中電價最低時開啟水泵，用電高峰和電價高時停止水泵運行，以達到避峰填谷及節(jié)能的目的。（4）動態(tài)顯示 動態(tài)模擬顯示選用日本Digital公司的GP570T型觸摸式工業(yè)圖形顯示器（觸摸屏），系統(tǒng)通過圖形動態(tài)顯示水泵、真空泵、電磁閥和電動閥的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警。直觀地顯示電磁閥和電動閥的開閉位置，實時顯示水泵抽真空情況和壓力值。用圖形填充以及趨勢圖、棒狀圖方式和數(shù)字形式準確實時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警，用不同音響形式提醒工作人員注意。 采用圖形、趨勢圖和數(shù)字形式直觀地顯示3趟管路的瞬時流量及累計流量，對井下用電負荷的監(jiān)測量、電機電流和水泵瞬時負荷及累計負荷量、水泵軸溫、電機溫度等進行動態(tài)顯示、超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)據(jù)，并在屏幕下端循環(huán)顯示最新出現(xiàn)的3條故障（故障顯示條數(shù)可在觸摸屏上設(shè)置），以提醒工作人員及時檢修，避免水泵和電機損壞。 （5）通訊接口 PLC通過通訊接口和通訊協(xié)議，與觸摸屏進行全雙工通訊，將水泵機組的工作狀態(tài)與運行參數(shù)傳至觸摸屏，完成各數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示；同時，操作人員也可利用觸摸屏將操作指令傳至PLC，控制水泵運行。PLC同時將水泵機組的運行狀態(tài)與參數(shù)經(jīng)安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)分站傳至地面 生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機，與全礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動化控制信息，實現(xiàn)井下主排水系統(tǒng) 的遙測、遙控，并為礦領(lǐng)導(dǎo)提供生產(chǎn)決策信息。觸摸屏與監(jiān)測監(jiān)控主機均可動態(tài)顯示主排水系統(tǒng)運行的模擬圖、運行參數(shù)圖表，記錄系統(tǒng)運行和故障數(shù)據(jù)，并顯示故障點以提醒操作人員注意。第二章 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)采用現(xiàn)場層(遠程IO)、控制層(PLC)和管理層(上位機)組成的三級控制系統(tǒng)來實現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動控制。上位機利用友好的人機界面實現(xiàn)人機對話和遠程監(jiān)控功能，PLC作為控制器完成邏輯處理和控制任務(wù)，遠程IO實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和上傳，通過專門的控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和統(tǒng)一調(diào)度控制。其中控制層主要由PLC控制柜構(gòu)成，是整個排水系統(tǒng)的控制核心，PLC控制柜由PLC、觸摸屏、檢測部分(模擬量和開關(guān)量監(jiān)測采集)、執(zhí)行部分等組成。 PLC控制柜中的核心部分是PLC模塊，用于完成對于監(jiān)測量的處理、運算和存儲，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進行邏輯處理，控制水泵及附屬設(shè)備啟停。為保證控制器的可靠性，系統(tǒng)選用德國西門子生產(chǎn)的S7300系列PLC作為主要控制單元，考慮到現(xiàn)場設(shè)備比較分散，就地控制箱采用遠程I/O的方式進行數(shù)據(jù)采集及控制，并通過現(xiàn)場總線同CPU模塊進行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)為實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)、就地控制命令采集、輸出控制指令、設(shè)備邏輯控制等功能，主PLC配置了2塊32路數(shù)字量輸入模塊和2塊16路數(shù)字量輸出模塊，遠程I/O配置1塊32路數(shù)字量和1塊16路數(shù)字量輸出模塊。主PLC還配置了1塊模擬量采集模塊完成對水位的監(jiān)測，遠程I/O部分配置1塊模擬量采集模塊完成對壓力、負壓及流量的監(jiān)測。為便于現(xiàn)場對水泵的半自動控制，系統(tǒng)配置了觸摸屏，可實現(xiàn)實時動態(tài)顯示水泵當前狀態(tài)，并為用戶提供水泵控制的平臺。 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 現(xiàn)場級控制網(wǎng)絡(luò) 排水系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)及參控設(shè)備較多，采用傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)接線復(fù)雜、可靠性低且維護困難。因此，系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線實現(xiàn)設(shè)備層和控制層的連接。系統(tǒng)設(shè)計了現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，主要用于數(shù)字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出等小數(shù)量級的快速循環(huán)通信，將現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)配置成ProfibusDP網(wǎng)絡(luò)，采用西門子的ET200分布式I/O進行現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及控制。 遠程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) 在PLC控制柜與設(shè)在礦調(diào)度室的上位機之間建立了工業(yè)以太網(wǎng)，用于實現(xiàn)現(xiàn)場控制層與上位機之間的數(shù)據(jù)交換?？刂茖覲LC統(tǒng)一采用了西門子的S7300系列PLC進行配置，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單清晰，避免了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連時必須安裝相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的缺點。系統(tǒng)選取西門子的S7300系列以太網(wǎng)通信模塊CP3431，利用該模塊可以方便地實現(xiàn)PLC與監(jiān)控中心之間的以太網(wǎng)通信。為保證信號的可靠傳遞和防止電氣干擾對通信的影響，系統(tǒng)采用以太網(wǎng)與光纖傳輸技術(shù)實現(xiàn)控制PLC與調(diào)度中心上位機之間的通信。針對當前許多煤礦排水泵控制自動化水平不高、主要以人工控制為主，開發(fā)出一套以PLC 為核心的井下泵房自動控制系統(tǒng)，主要實現(xiàn)以下功能：（1）PLC控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可按程序模塊分段調(diào)試，分段運行。該程序結(jié)構(gòu)具 有清晰、簡捷、易懂，便于模擬調(diào)試，運行速度快等特點。（2）系統(tǒng)根據(jù)水位和壓力控制原則，自動實現(xiàn)水泵的輪換工作，延長了水泵的使用壽命。 （3）系統(tǒng)可根據(jù)投入運行泵組的位置，自動選擇啟動就近的真空泵，若在程序設(shè)定的時間內(nèi)達不到真空度，便自動啟動備用真空泵。 （4）系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)負荷和供電部門所規(guī)定的平段、谷段、峰段供電電價時間段，以“避峰填谷”原則確定開、停水泵時間，從而合理地利用電網(wǎng)信息，提高礦井的電網(wǎng)運行質(zhì)量。 （5）PLC自動檢測水位信號，計算單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，自動投入和退出水泵運行臺數(shù)，合理地調(diào)度水泵運行。 （6）在觸摸屏上動態(tài)監(jiān)控水泵及其附屬設(shè)備的運行狀況，實時顯示水位、流量、壓力、溫 度、電流、電壓等參數(shù)，超限報警，故障畫面自動彈出，故障點自動閃爍。具有故障記錄，歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。 （7）系統(tǒng)具有通訊接口功能，PLC可同時與觸摸屏及地面監(jiān)測監(jiān)控主機通訊，傳送數(shù)據(jù)，交換信息，實現(xiàn)遙測遙控功能。 （8）系統(tǒng)保護功能有以下幾種。 超溫保護：水泵長期運行，當軸承溫度或定子溫度超出允許值時，通過溫度保護裝置及PLC實現(xiàn)超限報警。 流量保護：當水
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