【文章內(nèi)容簡介】 WINCC 組態(tài)軟件還可以根據(jù)礦生產(chǎn)系統(tǒng)及工藝流程的變化，由用戶制作和修改監(jiān) 控畫面，也可以隨時修改界面上設(shè)備的顏色、形狀、尺寸、和位置。 系統(tǒng)采用動畫圖形對設(shè)備進行描述，當設(shè)備是停止狀態(tài)時，代表該設(shè)備的圖形是靜態(tài)的，當設(shè)備是運行狀態(tài)時，系統(tǒng)就會以動畫的形式對設(shè)備進行模擬、效果形象逼真、富有動感；圖中也可以以不同的顏色表示設(shè)備的不同運行狀態(tài)，不填色表示設(shè)備未投入運行；紅的表示設(shè)備故障；所有的流程采用不同的線條進行描述，當系統(tǒng)要發(fā)生一些重大變化時伴隨多媒體語音預(yù)報或警告。 控制系統(tǒng)功能設(shè)計 （ 1） 系統(tǒng)具有靈活多樣的控制方式。 ① 就地控制：操作員通過就地箱上的按鈕及指示燈完 成對執(zhí)行機構(gòu)的直接控制，主要用于設(shè)備檢修維護； ② 井下集控：操作員通過觸摸屏實現(xiàn)對水泵的半自動控制，控制命令由觸摸屏下發(fā)至 PLC，后者完成整個控制過程； ③ 遠程集控：操作員在地面遠程上位機，通過鼠標 點擊控制控件，實現(xiàn)對于井下水泵機組的遠程控制； ④ 全自動控制：該控制方式下，用戶無需操作， PLC 根據(jù)水位等參控信息合理調(diào)度水泵機組，完成排水。還可根據(jù)水倉水位、用電峰谷等參數(shù)選擇合理的控制方案，自動控制水泵機組的投入和退出。 （ 2） 實現(xiàn)設(shè)備的遠程監(jiān)測監(jiān)控，可以通過圖、表、曲線等方式進行數(shù)據(jù)顯示及分析處理。 （ 3） 根據(jù)水位、供電峰谷時段劃分等情況，合理調(diào)度水泵，節(jié)省運行費用。 （ 4） 系統(tǒng)可實現(xiàn)在故障出現(xiàn)時自動采取停機等保護措施，并提示故障類型，保護類型包括溫度保護、流量保護等多種類型。 （ 5） 系統(tǒng)故障時能提供聲光報警，報警記錄可查詢。 （ 6） 系統(tǒng)留有網(wǎng)絡(luò)接口和分站擴展功能。 控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計 排水系統(tǒng)是否能可靠運行直接影響著煤礦生產(chǎn)和人員安全，為提高控制系統(tǒng)的可靠性，針對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)從設(shè)備本身、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)等各 方面設(shè)計了可靠性保障措施。 （ 1） 設(shè)備可 靠運轉(zhuǎn)保障 設(shè)備可靠運轉(zhuǎn)是安全排水的前提，針對現(xiàn)場實際情況，該系統(tǒng)開發(fā)了排水系統(tǒng)控制軟件的輔助管理模塊，對設(shè)備進行統(tǒng)一的管理。依據(jù)設(shè)備運行情況，監(jiān)控軟件的設(shè)備輔助管理模塊讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)后進行邏輯處理，給出維護意見，從管理上來彌補設(shè)備本 身 在可靠性上的不足。 （ 2） 傳感器可靠性保障 排水系統(tǒng)采用了多種傳感器，傳感器的可靠性直接影響著系統(tǒng)的整體可靠性。不同的傳感器對系統(tǒng)的影響也不盡相同，根據(jù)影響范圍的不同，系統(tǒng)將傳感器分為全局型和局部型。其中全局型傳感器為液位傳感器，它的可靠性關(guān)系到整個系統(tǒng)安全排水的實現(xiàn)， 其余傳感器主要反映單臺泵的運轉(zhuǎn)工況，屬于局部型。系統(tǒng)中的全局型傳感器采用冗余設(shè)計，而對于局部型傳感器則采取自診斷方式確定其故障類型并報警，提示工作人員進行維護或者更換。 （ 3） 通信可靠性保障 控制 PLC 與上位機之間的通信故障判別采用校驗碼與狀態(tài)位相結(jié)合的方式，其中校驗碼判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，狀態(tài)位判斷傳輸通道的通暢性，如果狀態(tài)位不正常時表明通信通道中斷，啟用備用通訊網(wǎng)絡(luò)。 第三章 水位監(jiān)測系統(tǒng) 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控制的 一個非常重要的參數(shù)，水位傳感器的可靠性和準確性直接影響整個控制系統(tǒng)的工作可靠性，為此選用超聲波液位傳感器，它具有精度高、非接觸式、非機械型、維護方便、安裝容易、標定簡單等優(yōu)點，可根據(jù)控制的要求將水位信號的上限和下限分別設(shè)置為四個級別，超高、高、中、低。 水 位傳感器將水倉中的水位信息傳送至控制中 PLC 的模擬量輸入模塊， PLC 檢測到水位信息后與預(yù)先設(shè)置的開啟水位進行比較，當達到開啟一臺水泵的水位時就發(fā)出開泵指令。 超聲波液位傳感器 超聲波液位傳感器是利用超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的反射特性而制成的。如果從發(fā) 射超聲波脈沖開始，到接受到反射波為止的這個時間間隔為已知，就可以求出分界面的位置，利用這種方法可以對液位進行測量。根據(jù)發(fā)射和接受換能器的功能，傳感器又可分為單換能器和雙換能器。單換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波使用同一個換能器，而雙換能器的傳感器發(fā)射和接受各使用一個換能器。 下面就單換能器的超聲波傳感器加以介紹。 超聲波發(fā)射和接收換能器可以安裝在液面的上方，讓超聲波在空氣中傳播，如圖 所示。 圖 超聲波液位計安裝示意圖 對于單換能器來說，超聲波從發(fā)射 器到液面，又從液面反射到換能器的時間為： 2ht c? （式 31） 則 2cth? （式 32） 式中： h — 換能器距液面的距離； c — 超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。 從以上公式中可以看出，只要測得超聲波脈沖從發(fā)射到接收的時間間隔，便 可以求得待測的液位。 超聲波液位傳感器具有精度高和使用壽命長的特點，但若液體中 有氣泡或液面發(fā)生波動，便會產(chǎn)生較大的誤差。在一般使用條件下，它的測量誤差為 %? ，檢測液位的范圍為 210? ～ 410 m。 本設(shè)計中采用的是 Yjsonic 系列的超聲波液位計， 在測量中脈沖超聲波由傳感器（換能器）發(fā)出，聲波經(jīng)物體表面反射后被同一傳感器接收，轉(zhuǎn)換成電信號。并由聲波的發(fā)射和接收之間的時間來計算傳感器到被測物體的距離。 工作特點：采用 SMD 技術(shù)，提高儀器的可靠性， 自動功率調(diào)整，增益控制、溫度補償。先進的檢測技術(shù)，豐富的軟件功能適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境。采用新型的波形計算技術(shù)，提高儀表的測量精度。具有干擾回波的抑制功能 ， 保證測量數(shù)據(jù)的真實。 16 位 D/A 轉(zhuǎn)換，提高電流輸出的精度和分辨率。傳感器采用四氟乙烯材料，可用于各種腐蝕性場合，多種輸出方式：可編程繼電器輸出、高精度 4～ 20mA電流輸出、 RS485 數(shù)字通信輸出等方式可供選擇 （圖 ） 。 圖 超聲波液位計選型 設(shè)計中 選用二線制輸出型 液位計 ，其參數(shù)如下： 量程： 0～ 1 20m 精度： % 盲區(qū)： ～ 溫度： 20℃ ～ +55℃ 電源： 24VDC 控制： 無 輸出： 4～ 20mA 二線制 防護等級： IP65 顯示方式： 4 位 LCD 投入式液位傳感器 投入式液位傳感器是將傳感器的探頭投入液體中。利用處于一定深度時液體 會產(chǎn)生一定的壓強這個基本原理制成的。其示意圖如圖 所示 。 圖 具體的來說是 :傳感頭根據(jù)水中的壓力與空氣中的壓力差，傳感頭把水位的高度 變換成壓力差，再把壓力差轉(zhuǎn)換成微弱的電信號，該微弱的電信號經(jīng)放大器放大后送 A/D 變換器，單片機采集數(shù)字信號經(jīng)運算處理后，輸出的水位高度用數(shù)碼管來顯示，同 時輸出對應(yīng)的輸出信號。其內(nèi)部的功能模塊圖如圖 。 圖 傳感器功能模塊圖 水泵的工作環(huán)節(jié)及控制過程 工作環(huán)節(jié) 水泵的工作大致可概括為四個環(huán)節(jié)： 7 8 0 9A / D 轉(zhuǎn) 換 器放 大 電 路檢 測 電 橋傳 感 探 頭+ 6 V 6 V放 大 及 變 換電 流 輸 出數(shù) 碼 管 顯 示單片機振 蕩 器E P R O M （ 1）水位自動監(jiān)控 水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié)的任務(wù)是對水池的水位實時監(jiān)測，以便根據(jù)水位的高 低自動發(fā)出啟、停水泵命令。本系統(tǒng)選用投入式水位傳感器來監(jiān)測水位信號，以模擬量形式輸送給 PLC， PLC 根據(jù)水位信號和程序控制水泵的啟停。 （ 2）抽真空 水泵只有在其葉輪完全淹沒于水中的情況下，泵體內(nèi)部才能造成必要的真空度實現(xiàn)正常排水。若真空度不夠，甭體內(nèi)有空氣存在，將會造成不上水和轉(zhuǎn)動部件“干燒”等故障。龍東礦西一采區(qū)排水泵采用射流泵抽真空，由真空表監(jiān)測真空度。 （ 3）電動閘閥電動機的自動操縱 為減小啟動功率，水泵操作規(guī)程規(guī)定離心式水泵一定要關(guān)閉出水閘閥啟動，當水泵停止時，為避免水錘事故，必須先關(guān)閉閘閥，緩慢 減小流速，最后停泵。 啟動過程為：打開射流泵和抽真空控制閥 進行抽真空 真空度達到要求后 啟動水泵電機 水泵電機電流降至正常值，且水泵出口壓力達到設(shè)定值 打開閘閥，進行排水 關(guān)閉射流泵和抽真空控制閥。 停泵過程：關(guān)閉電動閘閥，再停水泵電機。 （ 4）設(shè)備運行參數(shù)監(jiān)測 在水泵啟動或運行過程中，要實時監(jiān)測到設(shè)備運行的有關(guān)參數(shù)，本系統(tǒng)監(jiān)測的主要參數(shù)為：入口真空度、進水管流量、出口壓力、電機電流、電機溫度等。當參數(shù)不正常時，要及時停泵，轉(zhuǎn)為啟動另一臺水泵。 控制過程 自 動排水系統(tǒng)通過信號檢測、 PLC 控制、執(zhí)行機構(gòu)動作完成水泵站起動、停止以及水泵房在線監(jiān)測（如圖 ）。 啟泵過程： （ 1） 水位傳感器測得相對高水位或準備開泵，把信號傳給控制器（ PLC）； （ 2） 控制器輸出信號啟動射流泵和真空電磁閥，對