水泵集中控制系統的應用探討

摘要：應用PLC控制以及網絡控制技術，對各水泵房水泵進行技術改造，能夠實現水泵運行參數的在線實時監控和遠程控制，提高水泵的運行效率和安全運行水平，達到水泵房無人值守的目的，實現減員增效。文章對水泵集中控制系統的應用進行了探討。

關鍵詞：水泵；集中控制系統；PLC控制；網絡控制技術；無人值守；減員增效 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM921 文章編號：1009-2374（2016）28-0159-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.079

1 概述

楊村煤礦共設有清水泵房8處，其中工廠區設有水源井泵房2處（煤氣廠泵房和木廠泵房）、加壓泵房1處（工廠區加壓泵房），負責礦區內工廠區的生產和生活用水；生活區設有水源井泵房2處（注漿站泵房和醫院泵房）、加壓泵房1處（生活區加壓泵房），負責生活區的生活用水；北風井設有水源井泵房和加壓泵房各1處，負責北風井附近廠區內的生產和生活用水。水泵運行采用手動控制方式，依靠現場工作人員通過控制按鈕，實現水泵的啟動和停止，現場水泵運行噪音大。每處泵房設有4名水泵工，共有32名水泵工。為了提高水泵的運行效率和安全運行水平，應用PLC控制以及網絡控制技術對各水泵房水泵進行技術改造，實現水泵運行參數的在線實時監控和遠程控制，以達到水泵房無人值守的目的，大大減少富余勞動力，減少工資支出，實現減員增效。

2 水泵集中控制系統改造方案

第一，水泵運行狀態監測主要參數包括水泵運行壓力、電壓、電流、供水流量、水井水位、水池水位等。

第二，水泵集控室設在原煤氣廠泵房，集控室設微機兩部，一部為各泵房運行情況及參數的實時監控，一部為各泵房視頻監控，從各水泵房至集控室敷設信號線和光纜，用于信號的傳輸。集控中心由一臺服務器和一臺硬盤錄像機組成。服務器的工作是把數據通過網絡把就地控制器的數據傳輸回來，放到數據庫服務器內。服務器上還運行一個WEB SERVER，供外部計算機展示數據。監控計算機通過瀏覽器模式進行數據監視，網絡硬盤錄像機實現視頻監控和錄像存儲。

第三，在各水泵房安裝PLC控制箱，控制箱采用壁掛不銹鋼控制箱，安裝牢固可靠、便于維修。控制箱內配備電源開關、PLC、開關電源、網絡交換機、通信轉換器、聲光報警器、電壓傳感器和電流傳感器，在水泵的出口管網上安裝水位傳感器和壓力傳感器，在集控室可以實時集控水泵的運行壓力、電壓、電流、流量和水位，并根據水位的高、低自動啟動或停止水泵。當加壓泵房蓄水池水位高時啟動加壓泵，向供水管網中打水，水位低時水泵停止運行，停止向供水管網打水。當加壓泵房蓄水池的水位低時，深井潛水泵啟動，向蓄水池內打水，水位高時停止水泵運行，停止向蓄水池內打水。

第四，水泵運行監控微機屏幕上每個泵房用方框圈出，從左向右依次為泵房名稱、遠程/就地、電源、復位、自動/手動、電壓、電流、水位、水壓、指示燈、啟和停按鈕。

第五，水泵運行時相對應的指示燈顯示為“綠色”，停止時相對應的指示燈顯示為“紅色”。

3 水泵集中控制系統功能

每臺水泵設置遠程、就地、自動、手動四種工作方式。

3.1 遠程控制功能

3.1.1 當水泵運行方式打到“遠程”時，為集控室微機控制水泵的開啟和停止，根據工況設定、井水位、池水位等參數自動開啟、停止水泵的運行，并能對各個遠距離的泵房、水泵、電機和水泵運行中的各種參數進行24小時實時監控，應用PLC以及網絡控制技術向上傳遞數據，避免了惡劣天氣對人工巡檢的影響，同時改善了泵房操作控制的勞動條件，確保了水泵的安全運行。

3.1.2 根據所監測的水位信號，設定出低水位、高水位、極低水位信號，根據水位的高低，自動開啟或停止水泵運行。

3.1.3 當運行中的水泵出現水位極低、開關柜故障、電機欠流、空轉、電機過載過流、欠壓等異常情況，水泵將自動停止運行，并進行提示、報警。

3.1.4 所有參數和視頻資料，可以分別列表記錄、存儲錄像，也可以方便地進行圖表分析和統計。

3.2 就地控制功能

當水泵運行方式打到“就地”位置時，可直接在泵房現場配電柜上，人工使用啟停按鈕控制水泵的開啟或停止。此方式主要用于設備檢修時。

3.3 自動控制功能

當“自動/手動”轉換開關選擇為“自動”時，控制系統根據水位的高、低自動啟動或停止水泵。當加壓泵房蓄水池水位高時啟動水泵運行，向供水管網中打水，水位低時停止水泵運行。水源井泵房：當加壓泵房蓄水池水位低時啟動水泵運行，向蓄水池內打水，水位高時停止水泵運行。

3.4 手動控制功能

當“自動/手動”轉換開關選擇為“手動”時，可以通過綠色啟動、紅色停止按鈕來啟動或停止水泵。

3.5 現場編程

如果水泵運行參數有變化，可在集控室通過電腦對程序或參數進行修改。

3.6 水泵運行計量統計

在集控室微機上可以對每臺水泵的供水流量進行統計，便于管理人員和崗位人員及時掌握水泵的運行工況。

3.7 實現了工業工程的信息化網絡化

現場的參數和視頻可以轉換為數字信號，傳輸到集控中心，并且可以接入礦辦公網絡，根據授權不同，管理人員在辦公室就可以實現泵房的監視或控制。

4 水泵集中控制系統的主要工作環節

水泵集中控制系統可分為以下環節：水位自動控制環節、參數顯示環節、故障保護環節和電動機的自動控制環節。

4.1 水位自動控制環節

水位自動控制環節的主要任務是根據水位的高、低自動啟動或停止水泵，水位傳感器的可靠性和準確性直接影響到整個水位自動控制系統的安全可靠性，因此選用超聲波液位傳感器，該傳感器具有精度高、便于維護、容易安裝等優點，提高了水泵運行操作的準確性和安全可靠性。當加壓泵房蓄水池水位高時啟動水泵運行，向供水管網中打水，水位低時停止水泵運行。水源井泵房：當加壓泵房蓄水池水位低時啟動水泵運行，向蓄水池內打水，水位高時停止水泵運行。

4.2 參數顯示環節

在集控室的水泵運行監控微機上，可以實時監控水泵的運行壓力、電壓、電流、供水流量、水井水位、水池水位等。所有的水泵運行參數及水泵運行狀況，由各泵房PLC通過網絡控制技術傳送信號至集控室的監控微機上，所有的PLC通過一臺交換機連接在一起。然后微機經過分析處理，根據水位的高、低發出啟動或停止水泵運行的命令。

4.3 故障保護環節

各水泵設有水位極低、電機欠流、空轉、電機過載過流、欠壓保護及重要參數越線的保護功能。水泵運行過程中出現故障時，對應參數報警，水泵停止運行。查看故障并消除故障后，點擊“復位”按鈕解除報警，方可重新開泵。

4.4 電動機的自動控制環節

此環節是水泵集中控制系統的中心環節，它由PLC、中間繼電器、交流接觸器、網絡交換機、通信轉換器、聲光報警器等元件組成，能夠根據水位的高、低自動啟動或停止水泵運行。PLC配置由8路開關量接點輸入，8路繼電器輸出（3A/250V）；8路直流模擬量輸入（0～5V/0～20mA）；1個10M/100M網絡接口；2個RS232/RS485串口。PLC功能模塊齊全，如梯形圖、PID模糊控制功能塊，支持MODBUS、MODBUS TCP/IP協議。

5 水泵集中控制系統的主要特點

該系統以PLC控制為核心，主要由一臺服務器、一臺硬盤錄像機、信號線、電壓傳感器、電流傳感器、水位傳感器、壓力傳感器和通訊裝置等組成，主要有以下特點：

第一，采用了發達的計算機技術和網絡技術，功能強，自動化程度高。采用通用的網絡版的力控軟件確保了水泵自動控制系統的安全、可靠運行。該工控軟件功能全面，視頻接入，界面友好，中文菜單，操作方便，顯示方式多種多樣，具有良好的擴充性和可靠性。網絡功能讓監控系統融入礦內局域網，像平常上網一樣就輕松完成了監控工作。

第二，選用了模塊化設計，水泵控制系統各部分相對獨立，而且有備用通道，以方便以后水泵房的增加。為了提高水泵運行的可靠性，選用了精度高、可靠性強的電壓、電流傳感器、水位傳感器和壓力傳感器，減少了設備配件的維修工作量，降低了維修工人的勞動強度。

第三，為了增強水泵自動控制系統的抗干擾能力，采用了多種抗干擾措施，提高了系統運行的可靠性，在水泵的運行過程中，水井水位、水池水位和水泵運行壓力、流量數據顯示準確，確保了水泵運行的自動啟動和停止，提高了自動化控制水平。

第四，該控制系統具有故障顯示功能，集控室水泵運行監控微機可以實時監控水泵的運行壓力、電壓、電流、供水流量、水井水位、水池水位等參數。水泵運行過程中對出現的故障能實現停機保護，并且對應參數報警，顯示故障原因。查看故障并消除故障后，點擊“復位”按鈕解除報警，方可重新開泵。

第五，該控制系統視頻監控采用網絡攝像機，130萬像素，具有紅外夜視功能，實現防偷、防盜的目的，同時配套移動監測，確保錄像完整、精煉。

第六，遠程監控的網絡和布線：配置了局域網，可以與礦內網絡相連接；系統傳輸采用網線與光纖傳輸兩種模式，其中遠距離傳輸采用光纖。

為了提高系統運行的安全可靠性，監控中心采用專線接入，能夠提供數個靜態IP，以便給服務器分配地址。每個泵房提供寬帶接入，考慮到視頻監控，其寬帶應不低于512K。

每臺控制器需要配置IP地址、網關地址、子網掩碼和中心服務器的地址以及一些TCBUS的協議參數。

6 節能效果估算

6.1 經濟效益

楊村煤礦共設有水泵房8處，對泵房進行集中控制改造后，實現了無人值守，節約水泵工28人，每人按2800元/月計算，每年可節約資金約94.08萬元。

6.2 社會效益

通過對泵房水泵進行自動化改造，實現了水泵的集中控制，各水泵房實現了無人值守，減少了富余勞動力，減少了礦的工資支出，實現了減員增效，具有很大的推廣價值。

7 結語

通過對泵房水泵進行集中控制系統改造，大大提高了我礦的自動化控制水平，實現了水泵運行參數的在線實時監控和遠程控制，提高了水泵的運行效率和安全運行水平，達到了水泵房無人值守的目的，實現了減員增效，為我礦的現代化建設提供了大力幫助，具有很大的推廣價值。

作者簡介：胡敏（1978-），女，兗州煤業股份有限公司楊村煤礦工程師，研究方向：煤礦供暖、供電、供水和污水處理的技術管理。

（責任編輯：秦遜玉）