基于西門子s7—300主排水系統的設計及應用
2014-05-12 01:09:15楊春花
企業文化·中旬刊 2014年3期
楊春花
摘 要：目前， 國內各礦井的排水系統多采用傳統的繼電器控制方式， 對水泵的開停以及選擇切換均由人工完成，不僅效率低、水泵工人勞動強度大， 而且很容易出現誤操作， 影響水泵房的正常工作， 甚至引發危險事故， 無法適應現代化礦井安全生產的要求。
關鍵詞：礦井；主排水； PLC； 綜合自動化
一、系統適用環境概述
1、安裝地點：井下水泵房
井下排水控制系統組成示意圖
該系統采用由礦用自動排水裝置，該裝置礦用隔爆兼本質安全型全自動排水控制器采用全電子、數字化系統集成、多功能一體化設計的綜合性數據處理設備。該控制裝置集自動控制、通訊傳輸、遠程指令的執行、程序刷新，運行歷史記錄為一體。各部分既可獨立運行，也可綜合執行指令。具有非常強的適用性和可靠性。相關輸入、輸出各類接口為標準，可方便進入其它各類綜合自動化控制平臺集中管理。
2.2總體功能設計
1）液位監測
通過液位計，直接監測液位位置；通過PLC的數據處理，計算液位變化率，初步判斷涌水量是否正常。如液位或液位變化率超限，系統發出啟泵指令。
2）初始狀態判斷
接到啟泵指令后，系統開始自檢，確定設備是否有檢修、未復位等不符合啟動的初始條件。
3）方案選擇
系統自檢完成后，依據“均勻磨損”、“移峰填谷”、“效率優先”等原則，確定啟泵臺數及主排水管趟數，并最終確定啟泵機組及排水管。其中，泵組的循環運行邏輯過程分為單泵循環與多泵循環。
4）水泵啟動
系統自動完成水泵啟動前后的一系列動作，如真空引水、關閥啟動、出口閥控制等動作，實現水泵的正常運行。
5）運行監測
系統實時監測液位信息、機組運行狀態信息（包括電流、電壓、溫度、流量、壓力等），確保系統運行參數不超限，保證安全運行。
6）水泵停止
當液位將至停機液位或單臺泵組出現故障時，系統對該泵組發出停泵指令。則水泵按關閥、停泵的順序完成整套停機動作。
7）故障判斷
系統擬設置有三個故障檢測點，即吸水負壓檢測、排水正壓檢測、電機工作電流檢測。若在整個過程中出現有設備故障或異常信息，系統發出聲光報警并自動進行停泵等處理，最大限度的保證設備安全及排水要求。
2.3 系統開發設計
1）系統可手動設置系統全自動與半自動運行。當在全自動運行模式下可實現井下泵房無人值守，在半自動運行模式下手動控制水泵的啟泵操作。全自動運行下系統通過水倉水位的高、低，并考慮水泵的“均勻磨損”原則，控制水泵的啟、停數量，保證水泵均衡使用。
2）單臺水泵實現閉環控制，當水泵未上水或未按正常功率運行時，系統通過檢測本水泵的電流、流量、出水口壓力，如低于正常設定值時系統進行反饋并實現水泵的自動停機，并啟動其他水泵。
3）控制系統通過以太網接入礦井工業以太干網，可實現水泵監控子系統與全礦井的監控系統信息共享，滿足全礦井自動化控制的要求。
4）集中控制器采用西門子公司S7-300系列工業級PLC及先進的過程控制軟件，綜合考慮礦井各種安全信息，實現井下排水監控系統的最優控制策略。
2.4 性能特點
1）智能化（Intelligent）：
四種操作模式遵照“井下優先”的原則可以進行自由切換。特殊條件時也可以進行自動切換。系統在判斷監測終端或中間環節出現異常時，能迅速做出判斷并處理。并通過設計“井下優先”、“均勻磨損”、“移峰填谷”、“效率優先”等算法，可實現系統的自動判斷并選擇。
2） 高可靠性（Secure）
依照“安全第一、效率優先”的原則，運行模式的自動切換、機組自動切換及起停、冗余設計、設計系統的故障報警等功能，最大限度的保障系統整體運行。在系統達到最大涌水量或發生透水等緊急情況時，系統做出判斷且聲光報警，投入所有可運行泵組進行排水，保證井下排水要求。
實時監測每臺泵組的運行電流、電壓、壓力、流量等數據，與設定閾值進行比較，及早發現系統中存在的安全隱患。
3） 最優化（Optimum）
在保障系統安全可靠運行的前提下，嵌入多套數學算法，保證系統的經濟性運行。
四、結束語
該系統可自動監測井下的水倉水位， 并根據涌水量的大小自動控制每臺水泵的運行， 達到優化配置和自動排水的目的， 實現無人值守， 從而降低操作工人的勞動強度， 提高排水系統的安全性、可靠性、用電效率、經濟效益和現代化管理水平， 為全礦井進行聯網監控及統一指揮奠定了基礎。
參考文獻 ：
[1]國家機械工業局編，《中國機電產品目錄》，2000
[2]孟凡英，《流體力學與流體機械》，煤炭工業出版社，2006
[3]李新梅，《礦山流體機械》，航空工業出版社，2010
[4]張景松，陳更林，《流體力學與流體機械》中國礦業大學出版社，2010
[5]周廼榮，嚴萬生，《礦山固定機械手冊》，煤炭工業出版社，1986
[6] 煤礦設計研究院主編，《煤礦井下排水設計技術規定》，1985
[7] 煤礦設計研究院主編，《煤礦井下中央泵房系列及基本參數》，1985endprint
摘 要：目前， 國內各礦井的排水系統多采用傳統的繼電器控制方式， 對水泵的開停以及選擇切換均由人工完成，不僅效率低、水泵工人勞動強度大， 而且很容易出現誤操作， 影響水泵房的正常工作， 甚至引發危險事故， 無法適應現代化礦井安全生產的要求。
關鍵詞：礦井；主排水； PLC； 綜合自動化
一、系統適用環境概述
1、安裝地點：井下水泵房
井下排水控制系統組成示意圖
該系統采用由礦用自動排水裝置，該裝置礦用隔爆兼本質安全型全自動排水控制器采用全電子、數字化系統集成、多功能一體化設計的綜合性數據處理設備。該控制裝置集自動控制、通訊傳輸、遠程指令的執行、程序刷新，運行歷史記錄為一體。各部分既可獨立運行，也可綜合執行指令。具有非常強的適用性和可靠性。相關輸入、輸出各類接口為標準，可方便進入其它各類綜合自動化控制平臺集中管理。
2.2總體功能設計
1）液位監測
通過液位計，直接監測液位位置；通過PLC的數據處理，計算液位變化率，初步判斷涌水量是否正常。如液位或液位變化率超限，系統發出啟泵指令。
2）初始狀態判斷
接到啟泵指令后，系統開始自檢，確定設備是否有檢修、未復位等不符合啟動的初始條件。
3）方案選擇
系統自檢完成后，依據“均勻磨損”、“移峰填谷”、“效率優先”等原則，確定啟泵臺數及主排水管趟數，并最終確定啟泵機組及排水管。其中，泵組的循環運行邏輯過程分為單泵循環與多泵循環。
4）水泵啟動
系統自動完成水泵啟動前后的一系列動作，如真空引水、關閥啟動、出口閥控制等動作，實現水泵的正常運行。
5）運行監測
系統實時監測液位信息、機組運行狀態信息（包括電流、電壓、溫度、流量、壓力等），確保系統運行參數不超限，保證安全運行。
6）水泵停止
當液位將至停機液位或單臺泵組出現故障時，系統對該泵組發出停泵指令。則水泵按關閥、停泵的順序完成整套停機動作。
7）故障判斷
系統擬設置有三個故障檢測點，即吸水負壓檢測、排水正壓檢測、電機工作電流檢測。若在整個過程中出現有設備故障或異常信息，系統發出聲光報警并自動進行停泵等處理，最大限度的保證設備安全及排水要求。
2.3 系統開發設計
1）系統可手動設置系統全自動與半自動運行。當在全自動運行模式下可實現井下泵房無人值守，在半自動運行模式下手動控制水泵的啟泵操作。全自動運行下系統通過水倉水位的高、低，并考慮水泵的“均勻磨損”原則，控制水泵的啟、停數量，保證水泵均衡使用。
2）單臺水泵實現閉環控制，當水泵未上水或未按正常功率運行時，系統通過檢測本水泵的電流、流量、出水口壓力，如低于正常設定值時系統進行反饋并實現水泵的自動停機，并啟動其他水泵。
3）控制系統通過以太網接入礦井工業以太干網，可實現水泵監控子系統與全礦井的監控系統信息共享，滿足全礦井自動化控制的要求。
4）集中控制器采用西門子公司S7-300系列工業級PLC及先進的過程控制軟件，綜合考慮礦井各種安全信息，實現井下排水監控系統的最優控制策略。
2.4 性能特點
1）智能化（Intelligent）：
四種操作模式遵照“井下優先”的原則可以進行自由切換。特殊條件時也可以進行自動切換。系統在判斷監測終端或中間環節出現異常時，能迅速做出判斷并處理。并通過設計“井下優先”、“均勻磨損”、“移峰填谷”、“效率優先”等算法，可實現系統的自動判斷并選擇。
2） 高可靠性（Secure）
依照“安全第一、效率優先”的原則，運行模式的自動切換、機組自動切換及起停、冗余設計、設計系統的故障報警等功能，最大限度的保障系統整體運行。在系統達到最大涌水量或發生透水等緊急情況時，系統做出判斷且聲光報警，投入所有可運行泵組進行排水，保證井下排水要求。
實時監測每臺泵組的運行電流、電壓、壓力、流量等數據，與設定閾值進行比較，及早發現系統中存在的安全隱患。
3） 最優化（Optimum）
在保障系統安全可靠運行的前提下，嵌入多套數學算法，保證系統的經濟性運行。
四、結束語
該系統可自動監測井下的水倉水位， 并根據涌水量的大小自動控制每臺水泵的運行， 達到優化配置和自動排水的目的， 實現無人值守， 從而降低操作工人的勞動強度， 提高排水系統的安全性、可靠性、用電效率、經濟效益和現代化管理水平， 為全礦井進行聯網監控及統一指揮奠定了基礎。
參考文獻 ：
[1]國家機械工業局編，《中國機電產品目錄》，2000
[2]孟凡英，《流體力學與流體機械》，煤炭工業出版社，2006
[3]李新梅，《礦山流體機械》，航空工業出版社，2010
[4]張景松，陳更林，《流體力學與流體機械》中國礦業大學出版社，2010
[5]周廼榮，嚴萬生，《礦山固定機械手冊》，煤炭工業出版社，1986
[6] 煤礦設計研究院主編，《煤礦井下排水設計技術規定》，1985
[7] 煤礦設計研究院主編，《煤礦井下中央泵房系列及基本參數》，1985endprint
摘 要：目前， 國內各礦井的排水系統多采用傳統的繼電器控制方式， 對水泵的開停以及選擇切換均由人工完成，不僅效率低、水泵工人勞動強度大， 而且很容易出現誤操作， 影響水泵房的正常工作， 甚至引發危險事故， 無法適應現代化礦井安全生產的要求。
關鍵詞：礦井；主排水； PLC； 綜合自動化
一、系統適用環境概述
1、安裝地點：井下水泵房
井下排水控制系統組成示意圖
該系統采用由礦用自動排水裝置，該裝置礦用隔爆兼本質安全型全自動排水控制器采用全電子、數字化系統集成、多功能一體化設計的綜合性數據處理設備。該控制裝置集自動控制、通訊傳輸、遠程指令的執行、程序刷新，運行歷史記錄為一體。各部分既可獨立運行，也可綜合執行指令。具有非常強的適用性和可靠性。相關輸入、輸出各類接口為標準，可方便進入其它各類綜合自動化控制平臺集中管理。
2.2總體功能設計
1）液位監測
通過液位計，直接監測液位位置；通過PLC的數據處理，計算液位變化率，初步判斷涌水量是否正常。如液位或液位變化率超限，系統發出啟泵指令。
2）初始狀態判斷
接到啟泵指令后，系統開始自檢，確定設備是否有檢修、未復位等不符合啟動的初始條件。
3）方案選擇
系統自檢完成后，依據“均勻磨損”、“移峰填谷”、“效率優先”等原則，確定啟泵臺數及主排水管趟數，并最終確定啟泵機組及排水管。其中，泵組的循環運行邏輯過程分為單泵循環與多泵循環。
4）水泵啟動
系統自動完成水泵啟動前后的一系列動作，如真空引水、關閥啟動、出口閥控制等動作，實現水泵的正常運行。
5）運行監測
系統實時監測液位信息、機組運行狀態信息（包括電流、電壓、溫度、流量、壓力等），確保系統運行參數不超限，保證安全運行。
6）水泵停止
當液位將至停機液位或單臺泵組出現故障時，系統對該泵組發出停泵指令。則水泵按關閥、停泵的順序完成整套停機動作。
7）故障判斷
系統擬設置有三個故障檢測點，即吸水負壓檢測、排水正壓檢測、電機工作電流檢測。若在整個過程中出現有設備故障或異常信息，系統發出聲光報警并自動進行停泵等處理，最大限度的保證設備安全及排水要求。
2.3 系統開發設計
1）系統可手動設置系統全自動與半自動運行。當在全自動運行模式下可實現井下泵房無人值守，在半自動運行模式下手動控制水泵的啟泵操作。全自動運行下系統通過水倉水位的高、低，并考慮水泵的“均勻磨損”原則，控制水泵的啟、停數量，保證水泵均衡使用。
2）單臺水泵實現閉環控制，當水泵未上水或未按正常功率運行時，系統通過檢測本水泵的電流、流量、出水口壓力，如低于正常設定值時系統進行反饋并實現水泵的自動停機，并啟動其他水泵。
3）控制系統通過以太網接入礦井工業以太干網，可實現水泵監控子系統與全礦井的監控系統信息共享，滿足全礦井自動化控制的要求。
4）集中控制器采用西門子公司S7-300系列工業級PLC及先進的過程控制軟件，綜合考慮礦井各種安全信息，實現井下排水監控系統的最優控制策略。
2.4 性能特點
1）智能化（Intelligent）：
四種操作模式遵照“井下優先”的原則可以進行自由切換。特殊條件時也可以進行自動切換。系統在判斷監測終端或中間環節出現異常時，能迅速做出判斷并處理。并通過設計“井下優先”、“均勻磨損”、“移峰填谷”、“效率優先”等算法，可實現系統的自動判斷并選擇。
2） 高可靠性（Secure）
依照“安全第一、效率優先”的原則，運行模式的自動切換、機組自動切換及起停、冗余設計、設計系統的故障報警等功能，最大限度的保障系統整體運行。在系統達到最大涌水量或發生透水等緊急情況時，系統做出判斷且聲光報警，投入所有可運行泵組進行排水，保證井下排水要求。
實時監測每臺泵組的運行電流、電壓、壓力、流量等數據，與設定閾值進行比較，及早發現系統中存在的安全隱患。
3） 最優化（Optimum）
在保障系統安全可靠運行的前提下，嵌入多套數學算法，保證系統的經濟性運行。
四、結束語
該系統可自動監測井下的水倉水位， 并根據涌水量的大小自動控制每臺水泵的運行， 達到優化配置和自動排水的目的， 實現無人值守， 從而降低操作工人的勞動強度， 提高排水系統的安全性、可靠性、用電效率、經濟效益和現代化管理水平， 為全礦井進行聯網監控及統一指揮奠定了基礎。
參考文獻 ：
[1]國家機械工業局編，《中國機電產品目錄》，2000
[2]孟凡英，《流體力學與流體機械》，煤炭工業出版社，2006
[3]李新梅，《礦山流體機械》，航空工業出版社，2010
[4]張景松，陳更林，《流體力學與流體機械》中國礦業大學出版社，2010
[5]周廼榮，嚴萬生，《礦山固定機械手冊》，煤炭工業出版社，1986
[6] 煤礦設計研究院主編，《煤礦井下排水設計技術規定》，1985
[7] 煤礦設計研究院主編，《煤礦井下中央泵房系列及基本參數》，1985endprint
