煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)基于PLC方案KJ164

一、概述
  礦井排水系統(tǒng)承擔著排出井下涌水的重要任務，是礦井安全生產的關鍵環(huán)節(jié)，排水系統(tǒng)各種設備能否安全、可靠、有效的運行，關系到整個礦井的生產與安全。排水設備一般功率大，耗電量多，傳統(tǒng)排水只能靠人工手動控制泵的起停，無法利用排水設備與倉容，科學、合理的調度排水量與排水時間。因而傳統(tǒng)的礦井排水方式普遍存在能耗大、效率低、生產成本高的缺點。
基于以上原因實現礦井排水自動化控制和地面遠程監(jiān)控，可依據水倉水位起停水泵，提高水泵有效利用率，大大降低生產成本；可減少看護人員，相應減少工資投入，并可充實設備維護檢修隊伍，提高維護質量，減少事故發(fā)生，變事故發(fā)生后的被動檢修為主動的定期檢修，提高設備的使用率；可以保證安全生產，改善工作環(huán)境，提高勞動生產率；可有效的保護水泵電機等設備，延長使用壽命，減少事故停機時間，提高排水能力；通過調整開停時間避開電力負荷高峰期，有效地削峰填谷，節(jié)約電費開支。
1.1系統(tǒng)參數
中央水泵房有三臺水泵，每臺水泵有三臺閘閥，每臺水泵有一套射流抽真空系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)建設目標
1、節(jié)省傳輸通道（光纖、通訊設備等）的重復投資費用和維護費用；
節(jié)省數據庫、組態(tài)軟件、軟件開發(fā)等重復投資費用；
搭建傳輸平臺、數據平臺和監(jiān)控平臺，一次投資，長期受益；
2、在地面集中監(jiān)測監(jiān)控，井下減員，減少井下人員傷亡的可能性；
改善工作環(huán)境，提高安全系數，保障職工人身安全；
數據共享，報警聯動，減少由于礦井災難所造成的損失；
3、實現無人值守和定期巡檢，有效降低人員成本；實現設備自動控制，減少工人勞動強度；減少崗位用工，提高全員效率；
4、減少人工操作失誤，延長設備使用壽命；
提高對設備的故障分析和判斷能力，減少停機事故；
加強對運輸的調度和管理，提高運輸能力；
5、為礦井自動化系統(tǒng)提供一個高速、安全、可靠的管理平臺；
提高整體集成水平，發(fā)揮自動化系統(tǒng)的綜合管理效益；
實現煤礦管控一體化，提高煤礦的安全生產管理調度水平。

三、煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)基于PLC方案KJ164用戶需求分析
煤礦井下水泵是煤礦生產的主要設備之一，實現井下泵房的遠程控制與監(jiān)測，是綜合自動化建設的重要組成部分。目前,在礦井泵房的排水系統(tǒng)設計中 ,一般設置多臺多級離心水泵 ,一組工作、一組備用 ,并設置了用于輪換檢修的水泵。這些水泵電壓高、功率大、運行工況復雜，人工很難做到實時監(jiān)控。另外，對于水泵啟動前吸水管路的充水（射流）、水倉水位監(jiān)測、泵房內設備的運行與管理等工作 ,普遍采用人工操作方式。傳統(tǒng)模式操作過程繁瑣、勞動強度大、人為因素多、啟泵時間長、自動化程度低，已不能適應現代化礦井管理的要求 ,因此 ,有必要使泵房水泵實現自動化控制。需對原有水泵進行改造，需增加相應的設備，實現無人值守。現對現場設備做如下改造：
1、增加正壓傳感器套裝、增加負壓傳感器套裝、液位套裝。
2、增加電動球閥，將原先水泵上的手動閘閥改為電動閘閥。
3、增加礦用隔爆兼本安型PLC控制器，用于對現場的球閥、閘閥、水泵開停控制，現場的傳感器信號采集。
4、增加操作臺用于現場的監(jiān)控和數據的實時監(jiān)測。
5、增加電參數采集模塊，用于現場的數據采集。
6、增加三套1控3的閘閥控制箱。
8、集控室增加一套工控機用于實現水泵的遠程控制和現場的數據采集記錄。
2.2系統(tǒng)功能及特點
1、實時在線監(jiān)測水倉水位，當水位達到上限時能夠報警，自動開啟水泵；當水位達到下限時，發(fā)出聲光信號，自動停泵；
2、實時在線監(jiān)測水泵各工況參數，包括水位、電壓、電流、壓力、真空度、閘閥開啟狀態(tài)等；
3、當水泵出現故障時，能夠及時報警。
4、具有遠程、就地啟動、停止功能；
5、水泵房現場以計算機圖形界面結合現場操作，最大程度簡化操作與狀態(tài)顯示；
6、集中控制器采用西門子公司的S7系列PLC及先進的過程控制軟件，實現井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的最優(yōu)控制策略；
7、井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的報警，信息顯示，報表統(tǒng)計處理能夠全部融入整個礦井監(jiān)控系統(tǒng)的數據系統(tǒng)；
8、具備完善的系統(tǒng)保護功能；
9、控制系統(tǒng)可以通過以太網接入礦井工業(yè)以太干網，實現水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦井的自動化監(jiān)控系統(tǒng)信息共享；
10、具有較強的兼容性和擴展性，為下一步綜合自動化集中控制做好擴展接口；
11、具有實時現場工況監(jiān)控功能，并能將現場運行狀況數據保存，可隨時查看各時間段設備的運行狀況

四、煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)基于PLC方案KJ164設計原則和依據
1設計依據
（1）設計方案根據安全生產排水監(jiān)控系統(tǒng)實際要求而做出。
（2）系統(tǒng)設備符合礦生產環(huán)境條件，符合《煤礦安全規(guī)程》相關要求。
2設計原則
（1）安全可靠性
1）擁有遠端控制及就地控制兩種控制方式，當集中控制柜與遠端監(jiān)控平臺通訊中斷時，轉入就地控制方式。就地控制方式又可分為就地集中控制及就地手動控制。
2）全方位監(jiān)控電機、水泵、啟動柜、真空系統(tǒng)等各環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)出現的異常能夠提前給出預警。
3）嚴格規(guī)范地按照規(guī)定的程序對水泵進行自動啟、停。
4）選用可靠的控制原器件，控制核心為德國西門子公司的S7系列PLC，繼電原件選用國產名牌的器件。

（2）先進性
1）由于采用了光纖環(huán)網通訊傳輸技術使得數據傳輸更加快捷、可靠。
2）采用了組態(tài)軟件控制編程技術，不僅使可靠性大為提高而且使程序更加具有通用性，也使系統(tǒng)的二次開發(fā)及擴容變得更加規(guī)范、容易。
3）本系統(tǒng)遵循礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)標準子系統(tǒng)接口規(guī)范使得該系統(tǒng)可以非常容易地并入礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，與其它子系統(tǒng)實現數據的共享。
該控制系統(tǒng)是由地面操作員站、水泵控制分站二部分組成。
控制系統(tǒng)對泵房內排水泵、射流系統(tǒng)、管道電動閥門等裝置實施了自動控制及運行參數自動檢測，通過檢測水倉水位、電機電流、電機電壓、閘閥開啟狀態(tài)、真空度等參數，控制水泵工作。

控制系統(tǒng)面板上設有液晶觸摸屏，就地實時以圖形、圖像、數據、文字等方式，直觀、形象、實時地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉水位、電機工作電流、水泵真空度等參數。
通訊管理機將各種數據信息傳送到地面生產調度中心和生產設備控制中心，地面操作員站進行實時監(jiān)測監(jiān)控及報警顯示、故障歷史查詢、模擬量曲線顯示和報表打印。該系統(tǒng)具有運行可靠、操作方便 、自動化程度高等特點。

五、系統(tǒng)總體設計
煤礦排水系統(tǒng)承擔排出井下全部涌水的重要任務,是保證礦井安全生產的關鍵環(huán)節(jié),其各種設備的可靠運行,關系到整個礦井的安全,能否達到經濟合理運行,關系到礦井的經濟效益。因此,應用現代自動化控制技術,實現煤礦排水系統(tǒng)的自動化控制,保證煤礦安全可靠、經濟合理。
本控制系統(tǒng)以PLC作為控制核心,觸摸屏為顯示和主要操作設備，通過PLC檢測水泵設備和傳感器等的信號，控制水泵等設備和電動閥門、電動球閥等執(zhí)行器的開啟與關閉。PLC模擬模塊通過傳感器采集現場壓力、電壓、電流等信號，并顯示在上位機上，系統(tǒng)主要包括控制柜、操作臺、傳感器和執(zhí)行器等四部分。