煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)基于PLC方案-自動(dòng)化系統(tǒng)
一、概述
礦井排水系統(tǒng)承擔(dān)著排出井下涌水的重要任務(wù)，是礦井安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，排水系統(tǒng)各種設(shè)備能否安全、可靠、有效的運(yùn)行，關(guān)系到整個(gè)礦井的生產(chǎn)與安全。排水設(shè)備一般功率大，耗電量多，傳統(tǒng)排水只能靠人工手動(dòng)控制泵的起停，無(wú)法利用排水設(shè)備與倉(cāng)容，科學(xué)、合理的調(diào)度排水量與排水時(shí)間。因而傳統(tǒng)的礦井排水方式普遍存在能耗大、效率低、生產(chǎn)成本高的缺點(diǎn)。
基于以上原因?qū)崿F(xiàn)礦井排水自動(dòng)化控制和地面遠(yuǎn)程監(jiān)控，可依據(jù)水倉(cāng)水位起停水泵，提高水泵有效利用率，大大降低生產(chǎn)成本；可減少看護(hù)人員，相應(yīng)減少工資投入，并可充實(shí)設(shè)備維護(hù)檢修隊(duì)伍，提高維護(hù)質(zhì)量，減少事故發(fā)生，變事故發(fā)生后的被動(dòng)檢修為主動(dòng)的定期檢修，提高設(shè)備的使用率；可以保證安全生產(chǎn)，改善工作環(huán)境，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；可有效的保護(hù)水泵電機(jī)等設(shè)備，延長(zhǎng)使用壽命，減少事故停機(jī)時(shí)間，提高排水能力；通過(guò)調(diào)整開(kāi)停時(shí)間避開(kāi)電力負(fù)荷高峰期，有效地削峰填谷，節(jié)約電費(fèi)開(kāi)支。
1.1系統(tǒng)參數(shù)
*水泵房有三臺(tái)水泵，每臺(tái)水泵有三臺(tái)閘閥，每臺(tái)水泵有一套射流抽真空系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)
1、節(jié)省傳輸通道（光纖、通訊設(shè)備等）的重復(fù)投資費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用；
節(jié)省數(shù)據(jù)庫(kù)、組態(tài)軟件、軟件開(kāi)發(fā)等重復(fù)投資費(fèi)用；
搭建傳輸平臺(tái)、數(shù)據(jù)平臺(tái)和監(jiān)控平臺(tái)，一次投資，*受益；
2、在地面集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控，井下減員，減少井下人員傷亡的可能性；
改善工作環(huán)境，提高安全系數(shù)，保障職工人身安全；
數(shù)據(jù)共享，報(bào)警聯(lián)動(dòng)，減少由于礦井災(zāi)難所造成的損失；
3、實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守和定期巡檢，有效降低人員成本；實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)控制，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度；減少崗位用工，提高全員效率；
4、減少人工操作失誤，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；
提高對(duì)設(shè)備的故障分析和判斷能力，減少停機(jī)事故；
加強(qiáng)對(duì)運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度和管理，提高運(yùn)輸能力；
5、為礦井自動(dòng)化系統(tǒng)提供一個(gè)高速、安全、可靠的管理平臺(tái)；
提高整體集成水平，發(fā)揮自動(dòng)化系統(tǒng)的綜合管理效益；
實(shí)現(xiàn)煤礦管控一體化，提高煤礦的安全生產(chǎn)管理調(diào)度水平。
三、煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)基于PLC方案-自動(dòng)化系統(tǒng)用戶(hù)需求分析
煤礦井下水泵是煤礦生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，實(shí)現(xiàn)井下泵房的遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)，是綜合自動(dòng)化建設(shè)的重要組成部分。目前,在礦井泵房的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 ,一般設(shè)置多臺(tái)多級(jí)離心水泵 ,一組工作、一組備用 ,并設(shè)置了用于輪換檢修的水泵。這些水泵電壓高、功率大、運(yùn)行工況復(fù)雜，人工很難做到實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，對(duì)于水泵啟動(dòng)前吸水管路的充水（射流）、水倉(cāng)水位監(jiān)測(cè)、泵房?jī)?nèi)設(shè)備的運(yùn)行與管理等工作 ,普遍采用人工操作方式。傳統(tǒng)模式操作過(guò)程繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、人為因素多、啟泵時(shí)間長(zhǎng)、自動(dòng)化程度低，已不能適應(yīng)現(xiàn)代化礦井管理的要求 ,因此 ,有必要使泵房水泵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。需對(duì)原有水泵進(jìn)行改造，需增加相應(yīng)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守?，F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備做如下改造：
1、增加正壓傳感器套裝、增加負(fù)壓傳感器套裝、液位套裝。
2、增加電動(dòng)球閥，將原先水泵上的手動(dòng)閘閥改為電動(dòng)閘閥。
3、增加礦用隔爆兼本安型PLC控制器，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的球閥、閘閥、水泵開(kāi)停控制，現(xiàn)場(chǎng)的傳感器信號(hào)采集。
4、增加操作臺(tái)用于現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
5、增加電參數(shù)采集模塊，用于現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集。
6、增加三套1控3的閘閥控制箱。
8、集控室增加一套工控機(jī)用于實(shí)現(xiàn)水泵的遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集記錄。
2.2系統(tǒng)功能及特點(diǎn)
1、實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位，當(dāng)水位達(dá)到上*能夠報(bào)警，自動(dòng)開(kāi)啟水泵；當(dāng)水位達(dá)到下*，發(fā)出聲光信號(hào)，自動(dòng)停泵；
2、實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)水泵各工況參數(shù)，包括水位、電壓、電流、壓力、真空度、閘閥開(kāi)啟狀態(tài)等；
3、當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，能夠及時(shí)報(bào)警。
4、具有遠(yuǎn)程、就地啟動(dòng)、停止功能；
5、水泵房現(xiàn)場(chǎng)以計(jì)算機(jī)圖形界面結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作，簡(jiǎn)化操作與狀態(tài)顯示；
6、集中控制器采用西門(mén)子公司的S7系列PLC及*的過(guò)程控制軟件，實(shí)現(xiàn)井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的控制策略；
7、井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警，信息顯示，報(bào)表統(tǒng)計(jì)處理能夠全部融入整個(gè)礦井監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)；
8、具備完善的系統(tǒng)保護(hù)功能；
9、控制系統(tǒng)可以通過(guò)以太網(wǎng)接入礦井工業(yè)以太干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦井的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)信息共享；
10、具有較強(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性，為下一步綜合自動(dòng)化集中控制做好擴(kuò)展接口；
11、具有實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)工況監(jiān)控功能，并能將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)保存，可隨時(shí)查看各時(shí)間段設(shè)備的運(yùn)行狀況
四、煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)基于PLC方案KJ164設(shè)計(jì)原則和依據(jù)
1設(shè)計(jì)依據(jù)
（1）設(shè)計(jì)方案根據(jù)安全生產(chǎn)排水監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際要求而做出。
（2）系統(tǒng)設(shè)備符合礦生產(chǎn)環(huán)境條件，符合《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)要求。
2設(shè)計(jì)原則
（1）安全可靠性
1）擁有遠(yuǎn)端控制及就地控制兩種控制方式，當(dāng)集中控制柜與遠(yuǎn)端監(jiān)控平臺(tái)通訊中斷時(shí)，轉(zhuǎn)入就地控制方式。就地控制方式又可分為就地集中控制及就地手動(dòng)控制。
2）*監(jiān)控電機(jī)、水泵、啟動(dòng)柜、真空系統(tǒng)等各環(huán)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的異常能夠提前給出預(yù)警。
3）嚴(yán)格規(guī)范地按照規(guī)定的程序?qū)λ眠M(jìn)行自動(dòng)啟、停。
4）選用可靠的控制原器件，控制核心為德國(guó)西門(mén)子公司的S7系列PLC，繼電原件選用國(guó)產(chǎn)的器件。
（2）*性
1）由于采用了光纖環(huán)網(wǎng)通訊傳輸技術(shù)使得數(shù)據(jù)傳輸更加快捷、可靠。
2）采用了組態(tài)軟件控制編程技術(shù)，不僅使可靠性大為提高而且使程序更加具有通用性，也使系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)及擴(kuò)容變得更加規(guī)范、容易。
3）本系統(tǒng)遵循礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)子系統(tǒng)接口規(guī)范使得該系統(tǒng)可以非常容易地并入礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，與其它子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。
該控制系統(tǒng)是由地面操作員站、水泵控制分站二部分組成。
控制系統(tǒng)對(duì)泵房?jī)?nèi)排水泵、射流系統(tǒng)、管道電動(dòng)閥門(mén)等裝置實(shí)施了自動(dòng)控制及運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)水倉(cāng)水位、電機(jī)電流、電機(jī)電壓、閘閥開(kāi)啟狀態(tài)、真空度等參數(shù)，控制水泵工作。
控制系統(tǒng)面板上設(shè)有液晶觸摸屏，就地實(shí)時(shí)以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式，直觀、形象、實(shí)時(shí)地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉(cāng)水位、電機(jī)工作電流、水泵真空度等參數(shù)。
通訊管理機(jī)將各種數(shù)據(jù)信息傳送到地面生產(chǎn)調(diào)度中心和生產(chǎn)設(shè)備控制中心，地面操作員站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控及報(bào)警顯示、故障歷史查詢(xún)、模擬量曲線(xiàn)顯示和報(bào)表打印。該系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、操作方便 、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。
五、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
煤礦排水系統(tǒng)承擔(dān)排出井下全部涌水的重要任務(wù),是保證礦井安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其各種設(shè)備的可靠運(yùn)行,關(guān)系到整個(gè)礦井的安全,能否達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行,關(guān)系到礦井的經(jīng)濟(jì)效益。因此,應(yīng)用現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)煤礦排水系統(tǒng)的自動(dòng)化控制,保證煤礦安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。
本控制系統(tǒng)以PLC作為控制核心,觸摸屏為顯示和主要操作設(shè)備，通過(guò)PLC檢測(cè)水泵設(shè)備和傳感器等的信號(hào)，控制水泵等設(shè)備和電動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)球閥等執(zhí)行器的開(kāi)啟與關(guān)閉。PLC模擬模塊通過(guò)傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)壓力、電壓、電流等信號(hào)，并顯示在上位機(jī)上，系統(tǒng)主要包括控制柜、操作臺(tái)、傳感器和執(zhí)行器等四部分。
