基于PLC和WinCC的井下泵房监控系统.pdf

第 6期 2 0 0 7年 1 2月 工矿 自 动化 I n du s t r y a n d M i n e Aut oma t i on NO ． 6 De c ． 2 0 07 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 7 0 6 0 0 5 1 0 2 基于 P L C和 Wi n C C的井下泵房监控系统 王华 东， 李世 光 ， 高正 中 山东科技大学信息与电气工程学院 ， 山东 青岛 2 6 6 5 1 0 摘要 鉴 于煤 矿采 区泵房在 矿 井安全 中的重要 地位 ， 设计 了一种 基 于 P I C和 Wi n C C的井 下泵房监 控 系 统 。该 系统利 用 P I C抗干扰 能 力强 以及 W i n C C人 机 交互性 好 等特 点 ， 通过 传 感 器和 检测 元 件 实现 了对 水 泵 的监控 。该 系统 已成功运 用 于某矿采 区泵房监控 中。 关键词 矿 井 ；泵房 ；监控 系统 ；PI C；wi n CC 中 图分 类号 T D 6 3 6 ； T P 2 7 7 文献标 识 码 B 0 引言 煤矿 采 区泵 房 是保 障 矿井 安 全 的重 要 场所 ， 主 要担 负井 下 排 水 的 任 务 。 电机 水 泵 连 续 运 行 时 间 长 、 功 率大 ， 设 备 能否 安 全 稳定 可 靠 地 运 行 ， 并且 运 行过程中能否及时发现运行中的异常 ， 对保障煤矿 的安 全生 产 非 常 关 键 。采 区泵 房 多 在 采 区 的最 低 点 ， 距 离井 口远 ， 现行 的设备监 控 系统不 宜于 远程监 控 及调度 。本设 计 以某 矿 采 区泵 房 为 对 象 ， 采用 计 算机 及可编程 控 制 器 P I C全 方 位 监 控 采 区 的排 水 系统 ， 以实 时掌握 泵 房水 仓 涌 水情 况 及 水 泵 的工 作 状态 ， 及时 安全地 完成 排水任 务 ， 并 实时 记 录水 泵运 行参 数 ， 以保 证 水泵 工 作 在 完好 的状 态 。该 采 区 泵 房 的技术 特征 泵 房位 于井 下 一6 0 0 m 处 ； 4台型 号 为 2 0 0 D4 3 X8 的 多级 水 泵 ， 电动 机 功 率 为 5 0 0 k w ， 收 稿 日期 2 0 0 7 0 5 1 7 作者简介 王华东 1 9 8 2 ， 男， 山东济宁人 ． 山东科技 大学信息 与电气工程学院在读硕士研究生， 研 究方向为生 产过程 自动 检测与 智能控制 。 供 电电压 为 6 k V； 各 水 泵 吸水 管 独 立 ； 排 水 管 为 2条 ； 主 副水仓 各 1个 ， 水 仓深度 为 8 m。 l 系统组 成 本系统 采用 反馈 式控制 的方式 。水 泵各参 数经 传感 器采集 ， 送 入 控制 单 元 。控 制单 元 利 用 提前 设 定好 的算 法控制 水 泵 的运 行 ， 使 水 泵 达到 合 理 排水 的效 果 。由于矿 区 采 区泵 房 电磁 干扰 比较严 重 ， 系 统在 设计 时均考 虑选 择高 可靠性 、 强抗 干扰能 力 、 操 作方便 、 维 护简 单 的设 备 。泵 房 监 控 系统 组 成框 图 如 图 1所示 。 水仓水位计 电动机综保 动阀门状态 泵运行状态 上位机 ，_ PLC 开关微机保护装置 堡 型 里 至 堑 I 巫 匦亟 亘巫田 困 图 1 泵 房 监 控 系 统 组成 框 图 本 系统是 以上位 计算 机和 P I C为核心 的 S C A DA S u p e r v i s o r y C o n t r o l a n d Da t a Ac q u i s i t i o n 监 控 系统 ， 通过各 种传 感 器 及 检测 元 件将 现场 水 仓水 位 、 排 水管 的 出水压 力 、 真 空 泵启 停 、 电动 阀 门 的状 3 结 语 本 系统依 赖 D S P高速 数 据处 理 和无 线 电 台 可 靠、 及时的传送数据的能力 ， 使得在 中心站能及时了 解 风井 电机 的 工 作 电 压 、 电流 、 过 压 、 欠 压 、 过 流 过 载 、 断 相 、 出风 口的瓦 斯浓 度 、 风 压等 数 据 。本 系 统 在淮 南谢一 矿 已经连 续 稳 定运 行 5个 月 ， 在 实 际 应 用 中需要 注意 的是 串 口通 信 和 通信 协 议 设 定 的 问 题 ； 传 送 的过 程 中 要 把 所 发 送 的 数 据 转 成 A S 、 I I 码 ， 接收也 要进 行相应 的转换 ； 另外 延 时程序 相 当重 要 ， 因为它 可 以大大 提高 C P U 的执 行效率 。 参 考 文 献 [ 1 ] 刘和平 ， 王维俊 ， 邓 力 ， 等． T MS 3 2 0 I F 2 4 X D S P C语 言开 发应用[ M] ．北 京 北京航空航 天出版社 ， 2 0 0 2 ． E 2 ] 仵 浩． Vi s u a l B a s i c串 V I 通 信 工 程 开 发 实 例 导 航 [ M] 、 北京 人 民邮 电出版社 ． 2 0 0 3 、 E 3 ] 夏巍 ． 丁刚． 严辉． 基于 C A N总线的智能煤矿安 全监控 系统的设计I- J ] ． 工矿 自动化． 2 0 0 6 6 ． 维普资讯 5 2 工矿 自动化 2 0 0 7年 1 2月 态和水泵的运行状态及电量参数转换为电信号输入 P L C。传感器的模拟信号经 P I C的 A／ D转换模块 转换为数字信号 。根据现场需要及水泵 的运行状 况， P I C启停真空泵及 电动机， 通过通信接 口将现 场的数据传送给上位机。 2 p L C控 制单 元 P L C选 用 西 门 子 的 S 7 3 0 0模 块 化 可 编 程 控 制 器 ， S 7 3 0 0的 可 扩 展 性 强 、 网络 功 能 强 ， 通 过 TC P ／ I P协议与上位机通信 。P I c控制程序流程如 图 2所示 。 图 2 P I C控制程序 流程 图 3 监控 系统 的操作 方式 1 手动操作方式 手动操作方式又分 为井上远程控制 、 现场显示 屏就地操作 ， 给检修带来 了方便。 2 自动控 制方式 水泵泵体 内部只有达到一定的真空度 ， 使其叶 轮完全淹没于水中， 才能实现正常的排水。若真空 度不够 ， 泵内有空气存在 ， 将会造成不上水和转动部 件烧坏等故障。系统一般采用真空泵或射流泵抽真 空， 由真空表监测真空度 ， 正常运行情况下， 由出 口 压力、 流量 和真空度 3个参数判断水泵运行是否正 常 。 为了减少启动时间和对电网的冲击 ， 水泵操作 规程规定离心式水泵启动时一定要关闭 出水闸阀。 而当水泵停车时， 为避 免水锤事故， 必须先关 闭闸 阀， 缓慢减少流速， 最后停车。 3 自动轮换工作方式 对于井下十采泵房的排水泵 ， 为了防止因备用 泵及其电气设备长期不用而使电动机和电气设备受 潮或锈死， 在工作泵出现紧急故障需投入备用泵时 而不能及时投入的情况。系统程序设计 了自动轮换 工作方式， 控制程序将水泵运行时间 自动记录并 累 计 ， 决定下次开机时的开机顺序 ， 实现各台水泵轮换 运转， 原则上 1 ～4 泵依次运行， 即打开 1 泵启停 1 次后， 下次开停即为 2 泵 ， 依次为 3 泵， 2 泵 故障不能启动时， 及时启动 3 泵。 4上 位机监 控软 件设计 工业控制组态软件可以从 P I c、 各种数据采集 卡等设备 中实时采集数据 ， 发 出控制命令和监控系 统运 行 ， 它是数 据 采 集监 控 系 统 S C AD A 的软 件平 台工具 ， 是 工业 应 用软 件 的一个 组 成部 分 。它具 有 丰富 的设 置项 目， 使用 方式灵 活 ， 功 能强大 。本 系统 以西 门子 视窗控 制 中 g , S I MAT I C Wi n C C为监控 软 件 开 发 平 台。 wi n C C V6 ． 0采 用 标 准 Mi c r o s o f t S QI S e r v e r 2 0 0 0数 据 库 进 行 生 产 数 据 归 档 ， 同 时 具有 We b浏览器功能 ， 可使管理者在办公室内看到 生产流程的动态 画面， 从而更好地调度指挥生产。 此外 ， Wi n C C还有对 S I MAT I C P L C进行系统诊断 的功 能 ， 给 硬 件 维 护 带 来 了 方 便 。 Wi n C C 通 过 TC P ／ I P协议 与 S 7 3 0 0系列 的 P I C进行通 信 。 5 结语 本 文介绍 的基 于 P I C和组态 wi n C C的泵房 监 控 系统 ， 利用 P L C抗 干扰能 力强 、 组 网方 便 、 适用 于 工业现场及 Wi n C C数据处理和图形表现能力强等 特点 ， 融合了较先进的 自动化技术 、 计算机技术 、 通 信技术 和软件技术 ， 可靠 性高 ， 组 网简 单 ， 维 护容易 。 该 系统 已成 功运用 于某 矿采 区泵 房监 控中 。 参考文献 [ 1 ] 西门子 中国 有 限公 司 自动 化 与驱 动 集 团． 西 门子 Wi n C C V6 [ M] ． 北 京 北 京 航 空 航 天 大学 出 版 社 ， 2 0 02 ． E 2 ] 陈维健 ， 傅 运 刚． 矿 山 大 型 机 电设 备 测 试 技 术 手册 [ M] ． 徐州 中国矿业大学出版社 ． 1 9 9 8 ． E 3 ] 王志开． P I C与 Wi n C C组态软件在 自动控制 中的应用 E J ] ． 中国科技信息 ． 2 0 0 5 5 1 2 ～1 3 ． 维普资讯