【文章內容簡介】 WINCC 組態(tài)軟件還可以根據(jù)礦生產系統(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備的顏色、形狀、尺寸、和位置。 系統(tǒng)采用動畫圖形對設備進行描述，當設備是停止狀態(tài)時，代表該設備的圖形是靜態(tài)的，當設備是運行狀態(tài)時，系統(tǒng)就會以動畫的形式對設備進行模擬、效果形象逼真、富有動感；圖中也可以以不同的顏色表示設備的不同運行狀態(tài)，不填色表示設備未投入運行；紅的表示設備故障；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報或警告。 控制系統(tǒng)功能設計 （ 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)行機構的直接控制，主要用于設備檢修維護； 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)絡接口和分站擴展功能。 控制系統(tǒng)可靠性設計 排水系統(tǒng)是否能可靠運行直接影響著煤礦生產和人員安全，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)從設備本身、傳感器、通信網(wǎng)絡等各 方面設計了可靠性保障措施。 （ 1） 設備可 靠運轉保障 設備可靠運轉是安全排水的前提，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，對設備進行統(tǒng)一的管理。依據(jù)設備運行情況，監(jiān)控軟件的設備輔助管理模塊讀取相應數(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工況，屬于局部型。系統(tǒng)中的全局型傳感器采用冗余設計，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。 第三章 水位監(jiān)測系統(tǒng) 為了保證井下安全生產，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先設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，提高儀器的可靠性， 自動功率調整，增益控制、溫度補償。先進的檢測技術，豐富的軟件功能適應各種復雜環(huán)境。采用新型的波形計算技術，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 時輸出對應的輸出信號。其內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 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，甭體內有空氣存在，將會造成不上水和轉動部件“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閉出水閘閥啟動，當水泵停止時，為避免水錘事故，必須先關閉閘閥，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定值 打開閘閥，進行排水 關閉射流泵和抽真空控制閥。 停泵過程：關閉電動閘閥，再停水泵電機。 （ 4）設備運行參數(shù)監(jiān)測 在水泵啟動或運行過程中，要實時監(jiān)測到設備運行的有關參數(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