于圣濤

摘 要：以某大型礦井的中央排水的自動化監(jiān)控系統(tǒng)為例，從系統(tǒng)的構(gòu)成、功能、設(shè)計原則、工作原理等方面對PLC自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行介紹，該系統(tǒng)能夠使井下排水系統(tǒng)提高其經(jīng)濟效益及管理能力。

關(guān)鍵詞：礦井排水系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng) PLC

中圖分類號：TD636 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）009-053-02

影響礦井下安全的原因有很多，其中最重要的一個因素就是井下 涌水，井下一旦出現(xiàn)透水事故，所影響的將不僅僅是礦井的經(jīng)濟效益，更嚴重的將會對井下工人的生命安全造成威脅。如今國內(nèi)大多數(shù)礦井中的水泵房使用的還是傳統(tǒng)的、人工操作的排水系統(tǒng)。這種排水系統(tǒng)因為其自動化程度低，需要人工操作的地方多，所以存在極大的安全隱患，已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代礦井生產(chǎn)的要求了。而隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，PLC已經(jīng)普遍應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域了，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)正逐步被替代。而將這種系統(tǒng)引入到礦山的管理、生產(chǎn)中，已經(jīng)成為國內(nèi)外采礦業(yè)的共識。本文就從以下幾方面，對該系統(tǒng)進行簡要的介紹。

1 PLC系統(tǒng)設(shè)計的原則

1.1 系統(tǒng)可靠性

因為具有就地控制與遠程控制這樣兩個控制模式，根據(jù)設(shè)定出的最佳程序來進行關(guān)于自動啟停的改造。這樣一旦集控通訊被切斷時，就可以自動的轉(zhuǎn)化為就地控制的模式，對各個方位的電機、啟動柜、水泵以及真空系統(tǒng)等部分進行全方位的監(jiān)控，并在系統(tǒng)發(fā)生異常狀況時可以提前發(fā)出預(yù)警。

1.2 技術(shù)先進性

該系統(tǒng)使用的不再是傳統(tǒng)的總線傳輸技術(shù)，而是光纖環(huán)網(wǎng)通訊技術(shù)，這種技術(shù)能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群涂煽啃浴?/p>

該系統(tǒng)也不再使用VC.Net編程技術(shù)，而是組態(tài)軟件控制技術(shù)，這種技術(shù)能夠在很大程度上提高系統(tǒng)的可靠性，同時還能增強程序的通用性，并保證系統(tǒng)在進行二次開發(fā)與擴容時能夠變得更加規(guī)范、便宜。

1.3 效益經(jīng)濟性

在水泵的啟動算法內(nèi)加入電價計算時的避風填谷原則，這樣能確保水泵的能耗一直是最經(jīng)濟狀態(tài)。累積水泵運行的時間，并記錄每一次啟動時運算時間所用最少的水泵，這樣一來，不但保證了水泵磨損的均勻程度，同時也避免了水泵的重復(fù)使用導(dǎo)致的設(shè)備疲勞。利用水倉中關(guān)于水位啟動、水位報警、停機水位等設(shè)定，在確保水倉安全水位在符合要求的條件下，以減少水泵啟動的次數(shù)。

2 PLC系統(tǒng)組成

2.1 主體系統(tǒng)

這種系統(tǒng)的主體部分是由水泵泵組控制結(jié)構(gòu)和泵房工業(yè)視頻監(jiān)控這兩方面組成的，二者分別將光纖信號都傳輸給自身的上一級，系統(tǒng)的主結(jié)構(gòu)如圖1。

控制系統(tǒng)中的組成為：工控機、可進行編程的控制器、溫度變送器、壓力變送器、振動變送器、EPS電源柜、液位變送器、集中控制柜、電動閥門等。結(jié)構(gòu)的組成分為上位機結(jié)構(gòu)和下位機結(jié)構(gòu)，其中工控機屬于上位機，而PLC則是下位機。

2.2 水泵集中控制系統(tǒng)

水泵的集中控制系統(tǒng)主要包括了控制、檢測和執(zhí)行這三部分。其中檢測部分有包含了開關(guān)量與模擬量這兩種檢測。模擬量檢測主要由功率、溫度傳感、電流傳感、流量傳感等變送器組成的，主要檢測的是中央泵房內(nèi)的主排水系統(tǒng)。開關(guān)量檢測主要是針對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行檢測，其中包括高壓啟動柜內(nèi)真空斷路器的運行狀態(tài)、電動閥的運行狀態(tài)、真空泵的運行狀態(tài)以及電抗柜內(nèi)真空接觸器的運行狀態(tài)等。

除上述兩個系統(tǒng)外，還有一個視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)中主要包括了攝像設(shè)備、傳輸設(shè)備、硬盤錄像設(shè)備、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)終端、顯示設(shè)備、存儲設(shè)備以及相應(yīng)的工業(yè)電視網(wǎng)絡(luò)等。

3 系統(tǒng)的具體功能

3.1 功能概述

（1）地面監(jiān)控系統(tǒng)的功能。對現(xiàn)場的檢測參數(shù)進行實時采集，并保持與PLC進行實時數(shù)據(jù)通信。對現(xiàn)場的各種運行數(shù)據(jù)進行實時記錄與顯示。

（2）現(xiàn)場控制站的功能。對各種系統(tǒng)進行自動監(jiān)控；對水泵的出水壓力進行實時采集，并將此作為電機保護參數(shù)；對水泵進水口的真空程度進行實時采集，并依此來判斷電機的運行情況；對開關(guān)處的各種運行參數(shù)進行實時采集；按照實時采集而來的水倉水位數(shù)據(jù)來控制電機的運行；利用就地控制箱來控制系統(tǒng)的運行等。

（3）輪換功能。為了避免因水泵長期不使用而導(dǎo)致使用時無法運行的情況出現(xiàn)，系統(tǒng)程序因此設(shè)計除了自動輪換控制，其會對水泵運行的時間進行自動記錄，以此來決定再開機時的具體開機順序，保證各臺水泵都能被使用到，使各水泵的使用時間保持在一個相對持平的狀態(tài)，以此來延長各水泵的使用壽命。

（4）自動控制功能。在起動水泵前必須保證泵中處于滿水狀態(tài)，灌水的程度一般是通過真空度來判斷的，只有當真空度達到了某特定值時，水泵才會被起動。如果真空度不達標，泵中仍有空氣，將會導(dǎo)致無法上水及相關(guān)部件燒毀等問題出現(xiàn)。系統(tǒng)通常都是用射流泵或真空泵將其抽成真空，通過真空表來確定其真空度，在運行狀態(tài)正常的情況下，水泵的運行狀態(tài)是通過水流量、出口壓力以及真空度這幾個數(shù)值來判斷的。

3.2 視頻系統(tǒng)

這里談到的主要是視頻系統(tǒng)的特點：通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，結(jié)構(gòu)靈活，容量擴展性強；數(shù)字化攝像機無距離限制，具有可靠性和無干擾的優(yōu)點；獲得授權(quán)的客戶端可進行攝像、錄音和查詢等操控，不受時間與地域的影響；可按要求選擇存盤路徑；可定時錄像；過期錄像資料定期清理；錄像文件可通過多種分類進行查詢；可進行多路、單路錄像回放，支持逐幀播放；獲得授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)終端可設(shè)置攝像視頻參數(shù)；支持任何一路錄像文件的輸出與切換；可實施多地點實時監(jiān)控與錄像，兩項功能互不影響；運行操作可查詢，可進行自檢；獲得授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)客戶端能喝主機同步進行錄像、播放和存盤。

4 運行原理及系統(tǒng)配置

4.1 運行方式

該系統(tǒng)的運行方式分為三種：全自動式運行、遠程手動式運行、就地手動式運行。

全自動式運行：系統(tǒng)的下位機PLC對水倉的水位狀態(tài)進行實時采集，并按照水倉的具體水位情況，以及水泵的運行時長來自動確定是否啟動或停機相應(yīng)的水泵。

遠程手動式運行：獲得授權(quán)的工作人員利用桑偉計算機對水泵的啟停狀態(tài)進行控制。當系統(tǒng)處在正常工程的狀態(tài)中，不管是何種方式，都能進行現(xiàn)場參數(shù)的實時采集，并將這些參數(shù)連通設(shè)備的運行狀態(tài)由網(wǎng)絡(luò)傳輸至調(diào)度室。

就地手動式運行：按照水倉內(nèi)的水位狀態(tài)，利用現(xiàn)場的手動控制柜就地進行水泵啟停的手動控制。

4.2 系統(tǒng)配置

在系統(tǒng)的軟件配置方面，其主監(jiān)控操作系統(tǒng)為Windows2000Professional，具體的編程軟件則是由SIEMENS公司出品的STEP7V5.3SP3，其中的組態(tài)軟件同樣是由SIEMENS公司出品的WINCCV6.2SP3，其數(shù)據(jù)庫使用的則是Microsoft的SQLserver2000WINCC版。

在系統(tǒng)的硬件配置上，可編程控制器（PLC）用的是SIEMENS公司的S7- 300這一系列；在超聲波液位儀、流量計和溫度、振動、壓力變送器方面，沒有具體要求；系統(tǒng)的電源選用的則是EPS系統(tǒng)。當發(fā)生掉電時，由該電源向控制系統(tǒng)提供運行電源及動力電源。

5 總結(jié)

礦井排水的自動化監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，基本上已經(jīng)可以滿足礦井排水系統(tǒng)的各種要求了，同時該系統(tǒng)還保證了中央排水運行的可靠性與經(jīng)濟性。

參考文獻：

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[2] 宋玉峰.礦井排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].機械管理開發(fā)，2010（15）.