中央泵房在线监测和自动控制系统

山西电子技术2017年第1期应用实践文章编号：1674—4578(2017)01—0012—03中央泵房在线监测和自动控制系统耿宽宽(山西省自动化研究所，山西太原030012)摘要：针对东明煤矿井下主排水系统状况，提出了水泵在线监测与自动控制系统，采用西门子PLC控制器和上位机的结构化设计模块，应用于煤矿中央排水系统，使中央泵房实现远程监控、无人值守，提高了矿井排水系统的工作效率和安全性。关键词：中央泵房；自动控制；PLC；上位机中图分类号：TP274文献标识码：A东明矿实施排水系统进行自动控制改造的必要性：近年以来，随着东明矿井的开拓以及新采区的扩展，排水的管理问题愈发的突出：1)水泵和排水仓均采用专人负责，劳动力占有量较大；2)水泵的启动和停止采用人工控制，设备的状态是否完好、工作时间统计是否准确、水位变化数据是否能及时反馈，成为解决问题的难点；3)设备检修、故障判断等需要人工巡检和依靠经验判断，对维修人员的技术水平要求较高；4)矿井中设计排水量和存水量的一些历史数据需要人工统计计算，可靠性差；5)实现水仓无人职守不仅是建设数字化矿井的需要也是提高矿井安全性的重要措施之一。1系统的组成及总体结构系统总体结构分四大部分J：1)自动控制部分：是整个无人值守在线检测系统的核心，所谓自动控制就是要在无人值守的情况下对整个泵房排水系统中传感器设备的运行数据进行实时的采集，并对采集回来的数据反馈给PLC的CPU，经过CPU自动分析以后，排水设备实行自动的控制，保证在无人值守的情况下安全可靠的正常运行。自动控制部分由传感器，执行机构、PLC控制柜和电动阀门构成。2)无线网络部分：无线网络主要是为采集到的数据与自动控制中心建立可靠的传输数据的通道，不仅要求整个链路能够接通，而且要满足实时性，数据传输的延迟和阻塞都会影响整个控制系统的运行，因此好的数据回路也是整个控制系统必不可少的部分。3)远程监控站部分：主要由上位机控制界面以及上位机控制软件组成，可以通过观察上位机界面来实时了解水位和设备运行情况，并能通过软件控制设备的运行。远程监控部分还能够自动报警，自动启动对设备的过载保护，以及对整个排水工艺中的参数和设备故障情况的实时监控。4)视频监控部分：这部分主要由监控摄像头和传输线路组成，主要完成现场情况的实时采集，将设备现场情况通过无线网路部分传回监控中心，使得工作人员即使不在现场也能观察设备现场的实时状况，减少现场无人值守时的安全隐患。2基于无线网络的视频监控中央泵房在线检测和自动控制系统采用两对点到点无线网桥。东明矿区一年的温度范围为一35℃～+35℃，工作环境比较恶劣，对设备的要求也比较高，无线通信系统IP封装等级必须达到IP67以上。本系统采用奥维通11M／2．4GHzN点对点无线网桥设备组建无线传输网络。在矿井口架设一台点对多点的中心基站AU—DS．11作为中继点，中心收稿日期：2016一l1—01作者简介：耿宽宽(1988．)，男，河北石家庄人，硕士研究生，研究方向：自动化控制。第1期耿宽宽：中央泵房在线监测和自动控制系统13基站通过功分器外接定向天线的方式与井底PLC数据点和办公大楼建立通信，将接收回的PLC数据传送到办公大楼数据检测端，以便对现场设备参数进行实时监测数据；在井底PLC和办公大楼分别安装1台11M客户端网桥SU—DS．11D，井底SU通过定向天线与中心基站通信，接收来自井底的PLC数据；办公大楼SU通过定向天线中心基站通信，接收传回的PLC数据，这样就形成了从采集数据到传输数据再到接收数据的一个完整的无线通信回路]。3双冗余PLC配置由于矿井排水自动化控制系统对安全性的要求比较高，本系统采用PLC冗余方案。这就需要两个支持冗余系统的CPU模块。完成PLC硬件配置并将编写好的PLC程序下载到主机后，系统自动备份给从机，两台CPU互为热备，两台CPU互相监视彼此的运行通讯情况，当一个CPU与组态软件出现通信故障或者硬件本身出现故障时，立即做出反应，通过局域网传送给上位机，并在监控界面显示报警，系统切换到热备的CPU上，切换时间<50ms，快速的切换不仅保证了系统的稳定性还确保不会因系统故障而丢失数据，保证了系统控制的稳定性。实践证明，此CPU的冗余控制满足东明矿排水要求，提高了系统的可靠性j。双冗余系统控制流程框图如图1。!：{兰与异地cPu通讯NN卜Y禁止输出N禁止输出图1双冗余系统控制流程框图4PLC程序设计排水仓内安装液位传感器，要求每台水泵电机都能够单独启停，且能在水位达到上限位时自动开启水泵电机，水位下限位时水泵电机自动停止。本系统还考虑到供电部门对不同时间段的电价计费的不同来控制排水成本。在水位较高时按照排水的需要开停水泵，而在水位不高的情况下，以避开电费计价较高的时间段开启水泵，本系统既节约费用又提高