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)合相應的控制電路組成排水監(jiān)控系統(tǒng),用電動執(zhí)行閥、電動球閥等作為執(zhí)行部件,完成對泵站系統(tǒng)的控制。系統(tǒng)經(jīng)實際運行表明,數(shù)據(jù)傳輸準確,運行可靠、節(jié)能。
1 雙環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)設計
(1)主要特點
在多節(jié)點的網(wǎng)絡中,每臺光端機電接口設置一個RS-232或者RS-485/422設備,而雙環(huán)的概念就是通過光端機上的2個好立光口串接成2個光纖環(huán)路,環(huán)路自診自愈,當一個環(huán)路故障時,另一環(huán)路可及時替換,各從站故障、掉電、斷纖時自動切除,故障恢復后自動投入。雙環(huán)自愈光端機特點為:
1)光纖鏈路故障時,自診自愈,各從站故障、掉電、斷纖時自動切除,故障恢復后自動投入;
2)各異步數(shù)據(jù)通道故障自診、自動剔除,故障恢復后自動投入,極大地保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和可靠性。
(2)雙環(huán)自愈光端機信號流向原理
4個光端機分別擺放在4個不同的地方,紅線表示TXB流向RXA的這一順時針的閉合光路,箭頭表示信號流向,藍線表示由TXA流向RXB的這一逆時針的閉合光路,信號總是由TXB到RXA;再由TXA到RXB,兩條光路的信號流向要相反。其原理見于圖1,所組成鏈型網(wǎng)路時的信號流向示意圖見圖2。圖2是一個鏈型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡方案,同樣可以用雙環(huán)自愈光端機來連接,只不過類似壓扁的環(huán)。
2 井下泵房自動化控制系統(tǒng)設計
(1)集散式控制方式
集中控制方式的整個系統(tǒng)是由一臺控制器作為邏輯控制單元,各檢測、執(zhí)行機構(gòu)通過密集復雜的電纜線跟邏輯控制單元連接。此種方式不僅浪費大量電纜線,而且出現(xiàn)問題不能及時排查,不易于以后的系統(tǒng)維護。采用集散式控制的主要優(yōu)點是:接線簡單可靠,各功能單元好立工作,出現(xiàn)問題后能夠及時排查解決,并且方便以后系統(tǒng)的日常維護。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(包括正壓和負壓)以及開關(guān)量的信號采集。
2)執(zhí)行部分。電動執(zhí)行機構(gòu)、電動球閥等電動執(zhí)行機構(gòu)實施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設計采用S7-300及S7-200兩種。S7-200做系統(tǒng)的通信基站,每臺水泵設計一臺通信基站負責采集水泵運行信息及執(zhí)行主控制器的邏輯命令,S7-300做系統(tǒng)主控制單元,負責綜合比較判斷各基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后,通過預定程序向下方基站下發(fā)邏輯命令。
(3)單臺水泵的控制程序
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現(xiàn)正常排水,故啟動前必須shou先向水泵注水(分為射流泵和真空泵兩種抽真空形式)。單臺小泵啟動見圖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,而實現(xiàn)正常排水。
2)防爆電動執(zhí)行閘閥操作環(huán)節(jié)。為了減小水泵的啟動功率,離心式水泵一定要關(guān)閉出水閘閥后再啟動,而且水泵的拖動電動機容量也是按關(guān)閉閘閥的啟動條件(空載啟動)設計,故只有當水泵啟動后,才能逐漸開啟閘閥;停泵時,必須關(guān)閉出水閘閥，然后再斷電停止水泵電動機,以防止或減輕“水錘”現(xiàn)象對泵體內(nèi)部的沖擊。
3)水位在線檢測自動控制環(huán)節(jié)。作用是根據(jù)水倉水位的高低,發(fā)出自動開泵、停泵的控制信號。
4)故障保護環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)具有3種保護環(huán)節(jié),即:
a.流量保護:當水泵在運行過程中,其排水量達不到正常值時,應通過流量保護裝置使水泵停止運行并實現(xiàn)就地及網(wǎng)絡報警。
b.真空保護:若系統(tǒng)漏水嚴重,在規(guī)定時間內(nèi)不能向水泵注滿水時,應通過真空保護裝置阻止水泵啟動并實現(xiàn)就地及網(wǎng)絡報警。
c.電路保護:由于水泵工作環(huán)境潮濕、拖動電動機容量較大,因而水泵主電路、控制電路應裝設過流保護、短路保護及漏電保護(漏電保護一般裝設在中央變電室)。
3 系統(tǒng)功能
(1)實現(xiàn)遠近控制
當發(fā)生險情時,根據(jù)實際情況可對水位進行或可靠的遠程控制可近控制。
(2)自動控制
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等因素,建立數(shù)學模型合理調(diào)度水泵,根據(jù)實際情況先后開啟水泵、或者同時開啟多臺水泵,并且做到出現(xiàn)險情時能及時報警。
(3)自動輪換工作
為了防止因備用泵及其電氣設備或者備用管路長期不用而使電機和電氣設備受潮或其他故障未及時發(fā)現(xiàn),工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時,而不能及時投入以至影響礦井安全,本系統(tǒng)設計了多臺泵自動輪換工作控制,控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運行時間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動記錄并累計,系統(tǒng)根據(jù)這些運行參數(shù)按一定順序自動啟停水泵和相應管路,使各水泵及其管路的使用率分布均勻。
(4)設備自檢功能
主要設備提供自檢功能,上位機程序?qū)υO備故障進行報警。設備的主要故障類型實現(xiàn)報警提示,幫助運行人員診斷設備故障。
(5)故障診斷功能
系統(tǒng)提供故障診斷功能,通過實時監(jiān)測排水壓力、真空負壓、排水流量、電壓和電流參數(shù)的變化實現(xiàn)對水泵不上水、壓力不足、排水效率降低、啟動負荷大、軸承過熱等故障的診斷,降低系統(tǒng)故障時間。另系統(tǒng)設檢修閉鎖功能。
(6)采用雙環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)設計
系統(tǒng)采用雙環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)設計即方便系統(tǒng)擴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)點好特,易于網(wǎng)絡管理。
4 使用注意事項
(1)清理水倉雜質(zhì)
因大部分礦井下沒有設置積水沉淀池,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直接作用在電動執(zhí)行閥上,造成開關(guān)閥時力矩過大,故雷甭理排水泵路。正壓表和負壓表容易損壞,必須采用高質(zhì)量抗震的產(chǎn)品。
(3)動力電源接線要有保護
電動執(zhí)行閥電動機的動力電源接線#好有相序保護器。
本設計系統(tǒng)經(jīng)實際運行結(jié)果,具有運行可靠,數(shù)據(jù)傳輸準確及節(jié)能等優(yōu)勢,為井下安全生產(chǎn)提供有力保障。
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