煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)基于PLC方案-自動化系統(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、有效的運行，關(guān)系到整個礦井的生產(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控制泵的起停，無法利用排水設(shè)備與倉容，科學(xué)、合理的調(diào)度排水量與排水時間。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。
基于以上原因?qū)崿F(xiàn)礦井排水自動化控制和地面遠(yuǎn)程監(jiān)控，可依據(jù)水倉水位起停水泵，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，并可充實設(shè)備維護(hù)檢修隊伍，提高維護(hù)質(zhì)量，減少事故發(fā)生，變事故發(fā)生后的被動檢修為主動的定期檢修，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，提高勞動生產(chǎn)率；可有效的保護(hù)水泵電機(jī)等設(shè)備，延長使用壽命，減少事故停機(jī)時間，提高排水能力；通過調(diào)整開停時間避開電力負(fù)荷高峰期，有效地削峰填谷，節(jié)約電費開支。
1.1系統(tǒng)參數(shù)
*水泵房有三臺水泵，每臺水泵有三臺閘閥，每臺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)投資費用和維護(hù)費用；
節(jié)省數(shù)據(jù)庫、組態(tài)軟件、軟件開發(fā)等重復(fù)投資費用；
搭建傳輸平臺、數(shù)據(jù)平臺和監(jiān)控平臺，一次投資，*受益；
2、在地面集中監(jiān)測監(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，報警聯(lián)動，減少由于礦井災(zāi)難所造成的損失；
3、實現(xiàn)無人值守和定期巡檢，有效降低人員成本；實現(xiàn)設(shè)備自動控制，減少工人勞動強(qiáng)度；減少崗位用工，提高全員效率；
4、減少人工操作失誤，延長設(shè)備使用壽命；
提高對設(shè)備的故障分析和判斷能力，減少停機(jī)事故；
加強(qiáng)對運輸?shù)恼{(diào)度和管理，提高運輸能力；
5、為礦井自動化系統(tǒng)提供一個高速、安全、可靠的管理平臺；
提高整體集成水平，發(fā)揮自動化系統(tǒng)的綜合管理效益；
實現(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-自動化系統(tǒng)用戶需求分析
煤礦井下水泵是煤礦生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，實現(xiàn)井下泵房的遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測，是綜合自動化建設(shè)的重要組成部分。目前,在礦井泵房的排水系統(tǒng)設(shè)計中 ,一般設(shè)置多臺多級離心水泵 ,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、運行工況復(fù)雜，人工很難做到實時監(jiān)控。另外，對于水泵啟動前吸水管路的充水（射流）、水倉水位監(jiān)測、泵房內(nèi)設(shè)備的運行與管理等工作 ,普遍采用人工操作方式。傳統(tǒng)模式操作過程繁瑣、勞動強(qiáng)度大、人為因素多、啟泵時間長、自動化程度低，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現(xiàn)自動化控制。需對原有水泵進(jìn)行改造，需增加相應(yīng)的設(shè)備，實現(xiàn)無人值守。現(xiàn)對現(xiàn)場設(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、增加電動球閥，將原先水泵上的手動閘閥改為電動閘閥。
3、增加礦用隔爆兼本安型PLC控制器，用于對現(xiàn)場的球閥、閘閥、水泵開停控制，現(xiàn)場的傳感器信號采集。
4、增加操作臺用于現(xiàn)場的監(jiān)控和數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。
5、增加電參數(shù)采集模塊，用于現(xiàn)場的數(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)用于實現(xiàn)水泵的遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集記錄。
2.2系統(tǒng)功能及特點
1、實時在線監(jiān)測水倉水位，當(dāng)水位達(dá)到上*能夠報警，自動開啟水泵；當(dāng)水位達(dá)到下*，發(fā)出聲光信號，自動停泵；
2、實時在線監(jiān)測水泵各工況參數(shù)，包括水位、電壓、電流、壓力、真空度、閘閥開啟狀態(tài)等；
3、當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時，能夠及時報警。
4、具有遠(yuǎn)程、就地啟動、停止功能；
5、水泵房現(xiàn)場以計算機(jī)圖形界面結(jié)合現(xiàn)場操作，簡化操作與狀態(tài)顯示；
6、集中控制器采用西門子公司的S7系列PLC及*的過程控制軟件，實現(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)的報警，信息顯示，報表統(tǒng)計處理能夠全部融入整個礦井監(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)可以通過以太網(wǎng)接入礦井工業(yè)以太干網(wǎng)，實現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦井的自動化監(jiān)控系統(tǒng)信息共享；
10、具有較強(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性，為下一步綜合自動化集中控制做好擴(kuò)展接口；
11、具有實時現(xiàn)場工況監(jiān)控功能，并能將現(xiàn)場運行狀況數(shù)據(jù)保存，可隨時查看各時間段設(shè)備的運行狀況
四、煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)基于PLC方案KJ164設(shè)計原則和依據(jù)
1設(shè)計依據(jù)
（1）設(shè)計方案根據(jù)安全生產(chǎn)排水監(jiān)控系統(tǒng)實際要求而做出。
（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)控平臺通訊中斷時，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控制。
2）*監(jiān)控電機(jī)、水泵、啟動柜、真空系統(tǒng)等各環(huán)節(jié)，對系統(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)行自動啟、停。
4）選用可靠的控制原器件，控制核心為德國西門子公司的S7系列PLC，繼電原件選用國產(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)對泵房內(nèi)排水泵、射流系統(tǒng)、管道電動閥門等裝置實施了自動控制及運行參數(shù)自動檢測，通過檢測水倉水位、電機(jī)電流、電機(jī)電壓、閘閥開啟狀態(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，就地實時以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式，直觀、形象、實時地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉水位、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)行實時監(jiān)測監(jiān)控及報警顯示、故障歷史查詢、模擬量曲線顯示和報表打印。該系統(tǒng)具有運行可靠、操作方便 、自動化程度高等特點。
五、系統(tǒng)總體設(shè)計
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)備的可靠運行,關(guān)系到整個礦井的安全,能否達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理運行,關(guān)系到礦井的經(jīng)濟(jì)效益。因此,應(yīng)用現(xiàn)代自動化控制技術(shù),實現(xiàn)煤礦排水系統(tǒng)的自動化控制,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PLC檢測水泵設(shè)備和傳感器等的信號，控制水泵等設(shè)備和電動閥門、電動球閥等執(zhí)行器的開啟與關(guān)閉。PLC模擬模塊通過傳感器采集現(xiàn)場壓力、電壓、電流等信號，并顯示在上位機(jī)上，系統(tǒng)主要包括控制柜、操作臺、傳感器和執(zhí)行器等四部分。
