泵房遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)
泵房遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要由調(diào)度中心、泵站監(jiān)控中心、通信平臺(tái)、泵站遠(yuǎn)程測控終端、計(jì)量測量及攝像設(shè)備組成。泵房遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)適用于城市供水系統(tǒng)中加壓泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控及管理。加壓泵站管理人員可以在供水公司的泵站監(jiān)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)測站內(nèi)清水池水位或進(jìn)站壓力、加壓泵組工作狀態(tài)、出站流量、出站壓力等。支持水泵啟動(dòng)設(shè)備手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制加壓泵組的啟停;光纖通信時(shí),可以圖像監(jiān)視站內(nèi)全景及重要工位,實(shí)現(xiàn)泵站無人值守。
泵房遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的特點(diǎn):
1、該系統(tǒng)具有高度的自動(dòng)化、系統(tǒng)簡單可靠并且便于維護(hù)。它的可擴(kuò)展性強(qiáng),通過環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)可以方便并接于礦山其他的數(shù)字化系統(tǒng)。數(shù)字化礦山/信息化礦井的實(shí)質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)礦山重要設(shè)備的自動(dòng)化控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控,礦山井下排水系統(tǒng)的現(xiàn)代化改造就是實(shí)現(xiàn)井下泵房的無人值守及遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2、由于在自動(dòng)化系統(tǒng)中PLC的優(yōu)異性和可靠性,我們對(duì)水泵及其附屬的抽真空系統(tǒng)(射流管路和真空泵管路)與管道電動(dòng)閥門等裝置實(shí)施了PLC自動(dòng)檢控制及運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)檢測,動(dòng)態(tài)顯示,并將數(shù)據(jù)傳送到地面生產(chǎn)調(diào)度中心,進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和報(bào)警顯示,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測、實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)報(bào)警。
3、以PLC為主處理器的自動(dòng)化系統(tǒng)通過檢測水倉水位和其他參數(shù),控制水泵輪流工作與適時(shí)啟動(dòng)備用泵,合理調(diào)度多臺(tái)水泵運(yùn)行。系統(tǒng)通以圖像、圖形、數(shù)據(jù)、文字等方式,直觀、形象適時(shí)地反應(yīng)系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉水位、電機(jī)運(yùn)行電壓、電流、功率、電動(dòng)機(jī)溫度、軸承溫度、水泵軸承溫度、排水管流量等參數(shù),并通過通訊模塊與綜合監(jiān)測主機(jī)實(shí)行數(shù)據(jù)交換。本系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、操作方便、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn),并可提高水泵的壽命并節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。
泵房遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成:
泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為兩個(gè)部分(數(shù)字化控制部分和實(shí)時(shí)監(jiān)測部分)。
1、PLC隔爆控制箱,負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制程序,采用西門子旗下的S7300和S7200系列的PLC。PLC帶有以太網(wǎng)口可直接與交換機(jī)相連。具體連接方式可參考該系統(tǒng)圖紙。該控制柜內(nèi)配套光端機(jī)、PLC、DP主站模塊與井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)相連。
下圖為系統(tǒng)控制示意圖:
2、每個(gè)泵房系統(tǒng)設(shè)1主站PLC300,3臺(tái)分站PLC200互為冗余,實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)閘閥的各種數(shù)字化控制,大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
3、帶觸摸屏的操作臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的各種設(shè)備操作及各種控制方式的轉(zhuǎn)換,現(xiàn)場顯示各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù),各設(shè)備故障狀態(tài)的報(bào)警。操作臺(tái)設(shè)各種控制按鈕和數(shù)據(jù)顯示裝置和報(bào)警信息。
PLC控制柜、系統(tǒng)控制柜、操作臺(tái)可根據(jù)需要組合為一體。
4、各種傳感器和各種數(shù)字儀表,液位開關(guān)和超聲波液位計(jì)用來檢測電機(jī)定子和軸承的溫度、各水倉的液位深入等參數(shù);遠(yuǎn)傳負(fù)壓表用來檢測射流泵排真空時(shí)真空度是否達(dá)到設(shè)定值;遠(yuǎn)傳正壓表用來檢測水泵出口的壓力是否達(dá)到設(shè)定值;傳感器采用4~20mA或0~10V的連續(xù)直流信號(hào)。
數(shù)字電流表、電壓表顯示控制電路的工作狀態(tài)和參數(shù)。
PLC通過通訊接口和通訊協(xié)議,與光端機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行通訊,通過高速環(huán)形礦用光纖將系統(tǒng)工作狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)傳至地面中心主機(jī),完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示;同時(shí)操作人員也可利用地面中心站將操作指令傳至井下交換機(jī),控制水泵運(yùn)行。地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機(jī),與全礦井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)可通過以太網(wǎng)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),監(jiān)測監(jiān)控主機(jī)均可動(dòng)態(tài)顯示主排水系統(tǒng)運(yùn)行的模擬圖、運(yùn)行參數(shù)圖表,記錄系統(tǒng)運(yùn)行和故障數(shù)據(jù),并實(shí)現(xiàn)就地和網(wǎng)絡(luò)報(bào)警。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn):
1、當(dāng)在發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)對(duì)水位進(jìn)行可靠的遠(yuǎn)程控制,同時(shí)還可近控及根據(jù)實(shí)際的水位情況自動(dòng)控制。
2、在自動(dòng)控制時(shí),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)作到及時(shí)報(bào)警。
本系統(tǒng)所安裝的水位傳感器為投入式模擬量信號(hào)輸出的高精度傳感器,PLC將接受到的模擬量水位信號(hào)分成若干個(gè)水位段,計(jì)算出單位時(shí)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(shí)檢測井下供電電流值,計(jì)算用電負(fù)荷率,根據(jù)礦井涌水量和用電負(fù)荷,控制在用電低峰和一天中電價(jià)低時(shí)開啟水泵,用電高峰和電價(jià)高時(shí)停止水泵運(yùn)行,以達(dá)到避峰填谷及節(jié)能的目的。
3、由于射流泵、主排水泵及相關(guān)設(shè)備控制開關(guān)均采用電動(dòng)分、合閘開關(guān),方便對(duì)所有系統(tǒng)部分進(jìn)行電氣控制。
4、每個(gè)泵房的水泵分別控制,獨(dú)立運(yùn)行。每臺(tái)水泵均裝有真空表、壓力表,電動(dòng)機(jī)設(shè)有電壓表、電流表、電機(jī)定子和軸承溫度傳感器。對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)檢測、上報(bào)、處理和報(bào)警。
5、自動(dòng)輪換工作
為了預(yù)防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)投入以至影響礦井穩(wěn)定,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。當(dāng)某臺(tái)泵或所屬閥門故障,某趟管路漏水時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警,記錄事故,同時(shí)將故障泵或管路自動(dòng)退出輪換工作,其余各泵和管路繼續(xù)按既有順序自動(dòng)輪換工作,以達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理,以免影響礦井可靠生產(chǎn)的目的。
6、保證能實(shí)現(xiàn)在特殊時(shí)期,在出現(xiàn)險(xiǎn)情的關(guān)鍵時(shí)刻操作人員撤離現(xiàn)場后,能夠在遠(yuǎn)方通過上位機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。保證礦井供電排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行,及時(shí)排除險(xiǎn)情,大程度地保障礦山穩(wěn)定。
7、井下泵房相關(guān)高、低壓控制設(shè)備的電壓值,水壓顯示,水井中控制閘閥的關(guān)閉,射流泵、主排水泵的開、停閘閥關(guān)閉,高、低水位顯示與報(bào)警射流泵、主排水泵工作時(shí)的額定電壓值、電流值、真空表、壓力表顯示值、水泵電機(jī)的軸承、繞組溫度值、排水能力等相關(guān)數(shù)據(jù),各種傳感器、儀表檢測數(shù)據(jù)全部通過編程控制系統(tǒng)進(jìn)行程序化,信息化后利用光纜傳入地面監(jiān)控室,由上位機(jī)進(jìn)行顯示、控制,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
8、上位機(jī)界面能夠完整的顯示系統(tǒng)各個(gè)部分的工作狀態(tài),系統(tǒng)通過圖形顯示水泵、真空泵、電磁閥的運(yùn)行狀態(tài),采用改變圖形顏色和閃爍功能進(jìn)行事故報(bào)警。直觀地顯示電磁閥和電動(dòng)閥的開閉位置,實(shí)時(shí)顯示水泵抽真空情況和壓力值。
用圖形填充及趨勢圖、棒狀圖和數(shù)字形式準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地顯示水倉水位,并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)警信號(hào)和低段、超低段、高段、高段水位分段報(bào)警,用不同音響形式提醒工作人員注意。
9、系統(tǒng)設(shè)就地/自動(dòng)/遠(yuǎn)控選擇功能,所以操作系統(tǒng)、電動(dòng)閥門控制、射流管路均具有手動(dòng)/自動(dòng)雙功能,保證系統(tǒng)可靠操作運(yùn)行。真空泵與射流泵并聯(lián),當(dāng)該系統(tǒng)故障時(shí),能及時(shí)恢復(fù)到原來的排水系統(tǒng)。
10、系統(tǒng)設(shè)檢修閉鎖功能。
雙環(huán)工業(yè)以太網(wǎng)介紹:
在光纖通訊網(wǎng)絡(luò)中如果現(xiàn)場需要主機(jī)控制多個(gè)節(jié)點(diǎn)就需要各種鏈型網(wǎng)絡(luò)光端機(jī)、星型網(wǎng)絡(luò)光端機(jī)。不過本系統(tǒng)采用的是一種性能更為可靠的多節(jié)點(diǎn)光纖通訊產(chǎn)品——雙環(huán)光端機(jī)!
在多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中,每臺(tái)光端機(jī)電接口掛一個(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)獨(dú)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)路可即時(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)光端機(jī)特點(diǎn):
光纖鏈路故障時(shí),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;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。
對(duì)于單環(huán)、鏈狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),我們可以理解為因故障而啟動(dòng)自愈功能的雙纖自愈環(huán),因此這類網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性大大低于雙纖自愈環(huán)。
雙環(huán)自愈光端機(jī)信號(hào)流向原理圖:
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,總之信號(hào)總是TXB到RXA;TXA到RXB,兩條光路的信號(hào)流向要相反!具體現(xiàn)場走線還需要通過分析光端機(jī)的數(shù)量,擺放位置和信號(hào)流向來具體施工。
雙環(huán)自愈光端機(jī)組成鏈型網(wǎng)路時(shí)信號(hào)流向示意圖: