林南仓矿井下泵房无人值守自动化控制系统.pdf

第 3 1 卷第 0 7期 2 0 1 O年 0 7月 煤 矿 机 械 Co a l Mi n e Ma c hi n e r y V0 1 ． 31 No ． 0 7 J u 1 ． 2 Ol 0 林 南 仓 矿 井 下 泵 房 无 人 值 守 自 动 化 控 制 系 统 李 洋 开滦林南仓矿业分公司 ， 河北 唐山 0 6 4 1 0 6 摘要 在地面调度 中心监控 所有排 水泵等被控设备 ， 实现井下泵房 自动化控制 ． 最终达到 无人值 守的 目的 。 关 键词 P L C 泵 房 自动化 无人 值 守 中 图分 类号 T D 4 4 2 文 献标 志码 A 文章 编 号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 1 0 0 70 1 3 80 3 Li n n a n c a n g M i n e Pu mp Co n t r o l S y s t e m f o r Au t o ma t i c Un a t t e n d e d LIYa n g K a i l u a n l i n n a n c a n g Mi n i n g C o mp a n y ， T a n g s h a n 0 6 4 1 0 6 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t h e g r o u n d c o n t r o l c e n t e r t o mo n i t o r a l l d r a i n a g e p u mp s a n d o t h e r e q u i p me n t c h a r g e s ， t o a c hi e v e a ut o ma t i c c o n t r o l o f un d e r gro u n d p ump i n g s t a t i o n， t he u l t i ma t e a i m t o a c hi e v e u n a t t e n de d． Ke y wo r d s p l c；a ut o ma t i o n o f u nma n n e d；p u mp i n g s t a t i o n 0概 述 目前， 林南仓矿中央水泵房现有 1 2台排水泵 ． 其 中 2 5 0 D 6 0 C X 8和 1 0 D 6 0 X8各 6台 ．水 泵功 率 8 5 0 k W， 工作 电压 6 0 0 0 V， 水泵扬程 4 8 0 m。 水仓 2 个 ． 总容 积 为 7 2 3 1 ． 4 3 7 6 6 ． 6 1 0 9 9 8 ． 0 m 。电动机 型号 J S Q1 5 1 0 4， 转速 1 4 8 0 r ／ m i n 系统 的特 点是数 字化 、 自动化 、 信息化 、 网络 化 ． 能实现井下 水泵房无人值 守 自动控制 ． 地面控 制 室 人员 还 可 以实 时监 控 水泵 的各种 工 况 ． 便 于 管 理 。该 系 统具 有 自动控 制 、 就 地控 制 和集 中控 制 等 几 种方 式 ． 同时根 据需 要还 可 以相互 转换 。 1 总体 结构 A S C S 一 4系列电控设备总体结构包括 高低压 配 电、 变压器 、 P L C集中控制柜、 P L C就地控制柜 、 工 控 机 、 上 位机 监控 系 统等 。 高压柜台数根据实际需求有所不同． 就地控制 柜 台数和形式也根据实 际情况有所不同． 一般来说 当就地控制量较少 ． 控制流程较为简单时就地控制 柜可 以采用 E ，I ’2 0 0模块来对就地控制量进行采集 ． 并 统一 发送 至集 中控 制柜 进行 控制 当就地 控制 量 较 多或者控制流程较为复杂时就地控制柜也应该 采用较为简单的 C P U 3 1 4模块 ． 以减轻集控 P L C负 担 ． 保证控制过程顺利完成。简单和复杂系统的就 地柜的标准略有 区别 P L C集控柜是水泵电控系统的通用设备 ．其功 能是完成模拟量处理 、 高压柜通信 。 以太 网通信等 技术实现电机 的起停控制 和过程控制 。高低压配 电 、 工控机 、 监控系统 、 外 围传感器件均为系统通用 设备 ． 其功能在不同系统 中基本一致。 2 P L C就 地柜 结构 及工 作原 理 2 ． 1 P L C就地 柜 主要 技 术参数 1 供 电电源 单 相 2 2 0 V A C。 2 内含一台E T 2 0 0 ， 输入／ 输出信号为 ①8 路 可扩展 模拟量输入， 电流范围 4 2 0 m A ； ②3 2路 可扩展 直流 2 4 V开关量输入； ③1 6路 可扩展 继电器输出 接点容量为 2 2 0 V． 5 A 。 2 ． 2 P L C就 地柜 结构及 性 能 P L C柜 主 要 由一 台 P L C组 成 ．一 般都 采 用 S I E ME N S S 7 3 0 0系列 P L C．此 P L C置于柜体前侧 上部 ； 柜体顶部为一排低压配电开关 ． 负责柜 内各 部分的供 电． 在 P L C下部是 中间继电器部分 ． 集合 了输人和输出等各功能的继电器 柜体最下部为变 压器 。具体情况下柜体结构可能会因不同情况而改 变 。就地控制柜 P L C由电源模块 ． C P U模块 。 3个 D I 模块 ， 1 个 D O模块 ， 2个 A I 模块组成。 3 P L C集控柜 结构 和工作 原理 3 ． 1 主要技 术 参数 供电电源 两路双备用单相 2 2 0 V A C 。输入， 输 出信号 ①8 路 可扩展 模拟量输入， 电压范围4 ～ 2 O m A； ②3 2 路 可扩展 直流 2 4 v开关量输入； ③ 3 2路 可扩 展 继 电器输 出 接点 容量为 2 2 0 V， 5 A ； ④一路 C P 3 4 0与高压柜综保单元通信； ⑤一路 C P 3 4 0与温度巡检仪通信； ⑥一路 C P 3 4 3 通过工业 以太网与井上监控系统进行通信。 3 ． 2柜 体 结构 集控 P L C是系统的核心部分 ． 完成对监测量 的 处理 、 运算和存储 。 并根据监测结果控制水泵启停 等 其中 C P U模块实现对水泵全 自动控制以及对防 水门控制的逻辑处理 ． 同时实现与分站的 MP I 网络 通信 ． 2 4 V开关量输入／ 输 出模块实现 防水 门的开 关量采集 和控制输 出． 2块 C P 3 4 0模块分别实现和 一 1 3 8 第 3 1 卷第 0 7期 林南仓矿井下泵房无人值守 自动化控制系统李洋 高压柜综保单元及温度巡检仪的数据通信 ， 以太 网 模 块 C P 3 4 3实现 与上 位 机 的数 据交 换 。 触 摸 屏 是 P L C系统的延伸外围设备 ．实时生动地显示水泵当 前状态 ． 是水泵井下控制的平台。 4 中央泵 房 自动排 水 系统控 制原 理 系统软件采用模块化结构 ． 各控制模块之间相 互嵌套 ． 可以满足各种要求 。将监控软件分为 3层 ， 最高层 为主轮循 程序 ． 优先级最 高 ， 中间层为 主轮 循程序调用的具有专 门功能的中间层监控模块 ． 最 低层为中间层监控模块 运行时调用的底层监控模 块 这些模 块直接控制 前端执行机 构完成控制过 程 ． 是最 基 本 的单 元 级控 制 模 块 。其 中图 1为全 自 动控制流程图，图 2为水泵半 自动启动流程。 选择运行 时间最短 水泵 跳过故障泵 否 正 启动闭锁定时器 停泵 调用对应半 自动控制模块 图 1 全 自动控制流程图 否 I 垫壅至l 检测真空度 动水泵l I 停止抽真空 _ 叫 垒 堡 I ● 开电动闸阀 否 图 2水泵半 自动启动流程 1 全 自动控制程序流程模块 主轮循程序每个 周期调用该模块 1 次 ． P L C根 据水位传感器采集的数据控制水泵启停。全 自动控 制模块采用 动态优化控制 策略 即根据排水 电价 峰 、 平 、 谷 的不同 ， 可以将每一排水时段设置不 同水 位上 限， 做到在峰段不排水 ， 另外在谷段还 引入特 殊 的时 间、 水量接合控制方式 。 以此来保证在谷段 结束前将水排到最低位。同时 ， 该程序还采用算法 对水位值取微分 ， 算出水位变化率 ． 水位升高过快 时能够 自动提前开泵或启动多台水泵 ． 避免发生排 水事 故 ． 并 能 发 出警示 。 具备启动条件后 ． P L C会根据各台水泵运行效 率以及水泵的状态 自动跳过 因故障挂起 的水泵 选择需要启动的水泵 ． 调用该 台水泵对应 的半 自动 控制程序 ， 完成启动流程 。与启动类似 ． 当水位到达 下限时 ． 调用半 自动控制程序完成停泵流程。 2 水泵半 自动控制程序流程模块 最基本的水泵控制单元 ． 独立完成单台水泵 的 启 停 控 制 。 当主轮 循 程 序检 测 到操 作 者 、 全 自动 控 制 模块 或 突发 事 故 处 理 模 块 对 目标水 泵 下 达 开 ／ 停 指令时 ． 系统即调用对应 的半 自动控制模块 ． 完成 水泵启动／ 停止控制 。启动过程 首先启动抽真空装 置 射流泵或真空泵 ， 比较器将模拟量采集处理模 块每个周期刷新后 的负压值 与设定启动条件值 比 较 ， 满足条件后启动 电机 ， 同时关 闭抽真空装置 ； 电 机启动 后 ． 比较压力值 ． 压力满 足要求后 开电动闸 阀。 开始排水 闸阀开到位后启动过程结束。流程如 图 2所示 。停止 过程 为防止排水倒流对水泵造成 损 害 ， 首先关 闭 闸 阀 ， 闸阀关 到位 后停 止 电机 运行 。 5 水 泵 监控 系统 操作 说 明 1 上位 机 用于 监控 提升 系统 的实时运 行 状态 即时反映故障发生情况 。 保存故障信息。它可 显示水泵运行状态 、 水泵流量及水位 、 高低压供电 回路 、 动作机构状态和故障信息等画面。反映水泵 所有 的运行参数和运行状态 以及故障类型和故 障 发生时间 ，使调度员对水泵的运行状 况一 目了然 ． 从而实现安全 、 高效地操纵排水系统 。其 中硬件组 成 主机一 “ 研华” 工控机 ． 5 1 2 MB内存 ． 2 ． 8 G H z 主 频 ， 8 0 G B硬盘 ， 高速光驱 。 3 ． 5英寸软驱 显示器一 l 7英寸大屏幕彩色显示器 具体配置会有差异 标 准键盘和 U S B口光电 鼠软件组成 操作系统一 Mi r c o S o f t WI N 2 0 0 0 S e r v e r 视 窗系统 组态 软件 一 I N T O U C H 通信方式标准 以太网通信方式 ． 井上井 下采用光纤进行通信 ． 采用西门子 的 C P 3 4 3工业以 太 网通信模块及光端机实现 P L C与上位机之 间的 一 】 3 9一 第 3 1 卷第 0 7期 2 0 1 0年 0 7月 煤 矿 机 械 Co a l Mi n e Ma c hi n e r y Vo 1 ．3l No ．0 7 J u 1 ．2 01 0 基于 V B的煤炭运输监控系统的设计与实现 邵 军 承德石 油高等专科学 校．河北 承德 0 6 7 0 0 0 摘 要 介 绍 了一 种基 于 V B的煤炭 运输 监控 系统的 设计 与 实现 方法 ．系统通过 监控 带 式输 送机 的运行情况实现 了对煤炭运输情况的实时监控 ， 应用该 系统可以有效提 高生产效率． 增加煤 炭产 量 。 该 系统 可广 泛应 用 于各大 中型煤 矿 企业 关 键词 煤矿 ；煤 炭运 输监控 系统 ；实时监 控 中 图分 类号 T D 5 2 8 文 献标 志码 A文章 编 号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 1 0 0 70 1 4 00 3 De s i g n a n d Re a l i z a t i o n o f Co n t r o l S y s t e m f o r Co a l Co n v e y i n g Ba s e d o n VB S HAO J u n C h e n g d e P e t r o l e u m Co l l e g e，C h e n g d e 0 6 7 0 0 0，Ch i n a Abs t r a c t Th i s a r t i c l e wi l l i nt r o d u c e a c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n VB t e c h no l o g y i s de s i g n f o r u n d e r g r o u n d ma t e r i a l c o n v e y i n g ．I t c a n b e a v a i l a b l e f o r r e a l mo n i t o r a n d c o n t r o l t h e c o n v e y e r o n gro u n d．Th e s y s t e m wi l l b e t a k e n a u t o ma t i c a l l y t o a v o i d wo r s e r e s u l t s ．Th e s y s t e m c a n be wi d e l y u s e d i n l a r g e a n d me di u m mi n i n g e n t e r p r i s e s ． Ke y wo r ds mi n e ； c o n t r o l s y s t e m c o a l c o n v e y i n g ； r e a l -t i me mo n i t o r i ng 0前言 现 代 煤 矿 矿 井 下 采 用 多 台 带 式 输 送 机 协 同工 作将煤炭运到地面。井下带式输送机的操作主要依 靠人工的方式 ． 由多名巡检员负责控制带式输送机 的启动 、 停止 ， 维护其正常运转 ， 对带式输送机 出现 的各种故障要及时排除。这种单纯依靠人工的方式 维护所有带式输送机 的正常运转 ．耗费了人力资 源 ， 并且效率较低。 基于 V B的煤炭运输监控系统实 现 了从 地 面调 度 室 内完 成井 下 带式 输 送机 的控 制 ． 该系统上位机采用高性能微型计算机 ． 主要负责在 地面调度室实时动画显示井下带式输送机 的运转 完 美连接 2 水 泵 系统运 行分 为 3种方 式控 制 就 地 控 制 方 式 、 半 自动运 行 方式 、 自动 运 行 方 式 。就地运行方式为水泵检修状态 ． 此时调度中心 只有 监测 功能 自动 运行 方 式 为水 泵 全 自动 运 行方 式 ． 不 需 要 人进 行 参 与水 泵 的控 制 运 行 ． 水泵 系 统 按照预定 的程序进行启动停止 ． 此时调度中心只有 监测功能 半 自动运行需要人参 与系统运行 ， 可以 分别启动单台水泵的起停。 f 3 全 自动控 制 控制箱上按钮旋至全 自动 ． 则对应水泵处于全 自动状态 ． 水泵将按照水位高／ 低以及用电峰谷时段 的划分 自动启动／ 停止水泵。 在峰时、 平时、 谷时分别 设置启泵／ 停泵水位如表 1 。 情况 ， 向下位机发送启动 、 停止等各种命令 ， 记 录各 种故障信息。下位机采用工业级单片机为核心 ． 配 合张力／ 断带传感器 、 跑偏传感器 、 温度传感器 、 烟雾 传感 器 、 煤 位传感器 、 纵裂传感 器 、 有无煤 传感器 等 ， 完成井下 实时数据 的采集 ． 第一 时间通过各种 传 感器 获 取各 种 故 障 ． 实现 输送 带 综合 保 护 及输 送 带张力测量 ， 并接受上位机各种指令 煤炭运输监 控系统上位机与下位机的通信借助 R S 一 4 8 5远程通 讯端 口，以光纤为传输介质保证数据可靠传输 ． 实 现上位机对带式输送机的实时监控 煤炭运输监控 系统工 作原 理如 图 1 所 示 。 ◆-◆◆- - t - -◆-◆◆◆。 ◆。◆◆一 ◆-◆_．．◆-◆- ◆．．-◆’ 表 1 水位 上限、 下限设置 当水 位 到达 启 动上 限 时 ． 系 统 自动启 动 累计运 行时间最短 的水泵 ； 当水位到达停止下 限时 ． 系统 自动停止运行中的水泵 当系统处于半 自动运行状 态 、 就 地 触 摸 屏 控 制 时 ， 水 泵 系 统 由井 下 人 员通 过 触摸屏控制水泵起停 当系统处于半 自动运行状 态 、 集控 中心控制时 ， 水泵 系统可 由调度 中心值班 人员通过上位机远程控制系统起停 ． 实现水泵 自动 化控制． 实现中央泵房无人值守 作者简介 李洋 1 9 6 7 一 ， 河北 唐山人 ， 毕业 于中 国矿业 大学 ， 机电丁程师 ， 现任开滦 集团 林南仓矿业分公司机 电科科长 ， 电话 0 3 1 5 3 0 4 7 4 9 3， 电子信箱 l i y a n g k a i l u a n ． c o rn．c a ． 责任编辑 侯淑华收稿 日期 2 0 0 9 1 2 3 1 一 l 4O一