基于西门子s7—300主排水系统的设计及应用
2014-05-12杨春花
杨春花
摘 要：目前， 国内各矿井的排水系统多采用传统的继电器控制方式， 对水泵的开停以及选择切换均由人工完成，不仅效率低、水泵工人劳动强度大， 而且很容易出现误操作， 影响水泵房的正常工作， 甚至引发危险事故， 无法适应现代化矿井安全生产的要求。
关键词：矿井；主排水； PLC； 综合自动化
一、系统适用环境概述
1、安装地点：井下水泵房
井下排水控制系统组成示意图
该系统采用由矿用自动排水装置，该装置矿用隔爆兼本质安全型全自动排水控制器采用全电子、数字化系统集成、多功能一体化设计的综合性数据处理设备。该控制装置集自动控制、通讯传输、远程指令的执行、程序刷新，运行历史记录为一体。各部分既可独立运行，也可综合执行指令。具有非常强的适用性和可靠性。相关输入、输出各类接口为标准，可方便进入其它各类综合自动化控制平台集中管理。
2.2总体功能设计
1）液位监测
通过液位计，直接监测液位位置；通过PLC的数据处理，计算液位变化率，初步判断涌水量是否正常。如液位或液位变化率超限，系统发出启泵指令。
2）初始状态判断
接到启泵指令后，系统开始自检，确定设备是否有检修、未复位等不符合启动的初始条件。
3）方案选择
系统自检完成后，依据“均匀磨损”、“移峰填谷”、“效率优先”等原则，确定启泵台数及主排水管趟数，并最终确定启泵机组及排水管。其中，泵组的循环运行逻辑过程分为单泵循环与多泵循环。
4）水泵启动
系统自动完成水泵启动前后的一系列动作，如真空引水、关阀启动、出口阀控制等动作，实现水泵的正常运行。
5）运行监测
系统实时监测液位信息、机组运行状态信息（包括电流、电压、温度、流量、压力等），确保系统运行参数不超限，保证安全运行。
6）水泵停止
当液位将至停机液位或单台泵组出现故障时，系统对该泵组发出停泵指令。则水泵按关阀、停泵的顺序完成整套停机动作。
7）故障判断
系统拟设置有三个故障检测点，即吸水负压检测、排水正压检测、电机工作电流检测。若在整个过程中出现有设备故障或异常信息，系统发出声光报警并自动进行停泵等处理，最大限度的保证设备安全及排水要求。
2.3 系统开发设计
1）系统可手动设置系统全自动与半自动运行。当在全自动运行模式下可实现井下泵房无人值守，在半自动运行模式下手动控制水泵的启泵操作。全自动运行下系统通过水仓水位的高、低，并考虑水泵的“均匀磨损”原则，控制水泵的启、停数量，保证水泵均衡使用。
2）单台水泵实现闭环控制，当水泵未上水或未按正常功率运行时，系统通过检测本水泵的电流、流量、出水口压力，如低于正常设定值时系统进行反馈并实现水泵的自动停机，并启动其他水泵。
3）控制系统通过以太网接入矿井工业以太干网，可实现水泵监控子系统与全矿井的监控系统信息共享，满足全矿井自动化控制的要求。
4）集中控制器采用西门子公司S7-300系列工业级PLC及先进的过程控制软件，综合考虑矿井各种安全信息，实现井下排水监控系统的最优控制策略。
2.4 性能特点
1）智能化（Intelligent）：
四种操作模式遵照“井下优先”的原则可以进行自由切换。特殊条件时也可以进行自动切换。系统在判断监测终端或中间环节出现异常时，能迅速做出判断并处理。并通过设计“井下优先”、“均匀磨损”、“移峰填谷”、“效率优先”等算法，可实现系统的自动判断并选择。
2） 高可靠性（Secure）
依照“安全第一、效率优先”的原则，运行模式的自动切换、机组自动切换及起停、冗余设计、设计系统的故障报警等功能，最大限度的保障系统整体运行。在系统达到最大涌水量或发生透水等紧急情况时，系统做出判断且声光报警，投入所有可运行泵组进行排水，保证井下排水要求。
实时监测每台泵组的运行电流、电压、压力、流量等数据，与设定阈值进行比较，及早发现系统中存在的安全隐患。
3） 最优化（Optimum）
在保障系统安全可靠运行的前提下，嵌入多套数学算法，保证系统的经济性运行。
四、结束语
该系统可自动监测井下的水仓水位， 并根据涌水量的大小自动控制每台水泵的运行， 达到优化配置和自动排水的目的， 实现无人值守， 从而降低操作工人的劳动强度， 提高排水系统的安全性、可靠性、用电效率、经济效益和现代化管理水平， 为全矿井进行联网监控及统一指挥奠定了基础。
参考文献 ：
[1]国家机械工业局编，《中国机电产品目录》，2000
[2]孟凡英，《流体力学与流体机械》，煤炭工业出版社，2006
[3]李新梅，《矿山流体机械》，航空工业出版社，2010
[4]张景松，陈更林，《流体力学与流体机械》中国矿业大学出版社，2010
[5]周廼荣，严万生，《矿山固定机械手册》，煤炭工业出版社，1986
[6] 煤矿设计研究院主编，《煤矿井下排水设计技术规定》，1985
[7] 煤矿设计研究院主编，《煤矿井下中央泵房系列及基本参数》，1985endprint
摘 要：目前， 国内各矿井的排水系统多采用传统的继电器控制方式， 对水泵的开停以及选择切换均由人工完成，不仅效率低、水泵工人劳动强度大， 而且很容易出现误操作， 影响水泵房的正常工作， 甚至引发危险事故， 无法适应现代化矿井安全生产的要求。
关键词：矿井；主排水； PLC； 综合自动化
一、系统适用环境概述
1、安装地点：井下水泵房
井下排水控制系统组成示意图
该系统采用由矿用自动排水装置，该装置矿用隔爆兼本质安全型全自动排水控制器采用全电子、数字化系统集成、多功能一体化设计的综合性数据处理设备。该控制装置集自动控制、通讯传输、远程指令的执行、程序刷新，运行历史记录为一体。各部分既可独立运行，也可综合执行指令。具有非常强的适用性和可靠性。相关输入、输出各类接口为标准，可方便进入其它各类综合自动化控制平台集中管理。
2.2总体功能设计
1）液位监测
通过液位计，直接监测液位位置；通过PLC的数据处理，计算液位变化率，初步判断涌水量是否正常。如液位或液位变化率超限，系统发出启泵指令。
2）初始状态判断
接到启泵指令后，系统开始自检，确定设备是否有检修、未复位等不符合启动的初始条件。
3）方案选择
系统自检完成后，依据“均匀磨损”、“移峰填谷”、“效率优先”等原则，确定启泵台数及主排水管趟数，并最终确定启泵机组及排水管。其中，泵组的循环运行逻辑过程分为单泵循环与多泵循环。
4）水泵启动
系统自动完成水泵启动前后的一系列动作，如真空引水、关阀启动、出口阀控制等动作，实现水泵的正常运行。
5）运行监测
系统实时监测液位信息、机组运行状态信息（包括电流、电压、温度、流量、压力等），确保系统运行参数不超限，保证安全运行。
6）水泵停止
当液位将至停机液位或单台泵组出现故障时，系统对该泵组发出停泵指令。则水泵按关阀、停泵的顺序完成整套停机动作。
7）故障判断
系统拟设置有三个故障检测点，即吸水负压检测、排水正压检测、电机工作电流检测。若在整个过程中出现有设备故障或异常信息，系统发出声光报警并自动进行停泵等处理，最大限度的保证设备安全及排水要求。
2.3 系统开发设计
1）系统可手动设置系统全自动与半自动运行。当在全自动运行模式下可实现井下泵房无人值守，在半自动运行模式下手动控制水泵的启泵操作。全自动运行下系统通过水仓水位的高、低，并考虑水泵的“均匀磨损”原则，控制水泵的启、停数量，保证水泵均衡使用。
2）单台水泵实现闭环控制，当水泵未上水或未按正常功率运行时，系统通过检测本水泵的电流、流量、出水口压力，如低于正常设定值时系统进行反馈并实现水泵的自动停机，并启动其他水泵。
3）控制系统通过以太网接入矿井工业以太干网，可实现水泵监控子系统与全矿井的监控系统信息共享，满足全矿井自动化控制的要求。
4）集中控制器采用西门子公司S7-300系列工业级PLC及先进的过程控制软件，综合考虑矿井各种安全信息，实现井下排水监控系统的最优控制策略。
2.4 性能特点
1）智能化（Intelligent）：
四种操作模式遵照“井下优先”的原则可以进行自由切换。特殊条件时也可以进行自动切换。系统在判断监测终端或中间环节出现异常时，能迅速做出判断并处理。并通过设计“井下优先”、“均匀磨损”、“移峰填谷”、“效率优先”等算法，可实现系统的自动判断并选择。
2） 高可靠性（Secure）
依照“安全第一、效率优先”的原则，运行模式的自动切换、机组自动切换及起停、冗余设计、设计系统的故障报警等功能，最大限度的保障系统整体运行。在系统达到最大涌水量或发生透水等紧急情况时，系统做出判断且声光报警，投入所有可运行泵组进行排水，保证井下排水要求。
实时监测每台泵组的运行电流、电压、压力、流量等数据，与设定阈值进行比较，及早发现系统中存在的安全隐患。
3） 最优化（Optimum）
在保障系统安全可靠运行的前提下，嵌入多套数学算法，保证系统的经济性运行。
四、结束语
该系统可自动监测井下的水仓水位， 并根据涌水量的大小自动控制每台水泵的运行， 达到优化配置和自动排水的目的， 实现无人值守， 从而降低操作工人的劳动强度， 提高排水系统的安全性、可靠性、用电效率、经济效益和现代化管理水平， 为全矿井进行联网监控及统一指挥奠定了基础。
参考文献 ：
[1]国家机械工业局编，《中国机电产品目录》，2000
[2]孟凡英，《流体力学与流体机械》，煤炭工业出版社，2006
[3]李新梅，《矿山流体机械》，航空工业出版社，2010
[4]张景松，陈更林，《流体力学与流体机械》中国矿业大学出版社，2010
[5]周廼荣，严万生，《矿山固定机械手册》，煤炭工业出版社，1986
[6] 煤矿设计研究院主编，《煤矿井下排水设计技术规定》，1985
[7] 煤矿设计研究院主编，《煤矿井下中央泵房系列及基本参数》，1985endprint
摘 要：目前， 国内各矿井的排水系统多采用传统的继电器控制方式， 对水泵的开停以及选择切换均由人工完成，不仅效率低、水泵工人劳动强度大， 而且很容易出现误操作， 影响水泵房的正常工作， 甚至引发危险事故， 无法适应现代化矿井安全生产的要求。
关键词：矿井；主排水； PLC； 综合自动化
一、系统适用环境概述
1、安装地点：井下水泵房
井下排水控制系统组成示意图
该系统采用由矿用自动排水装置，该装置矿用隔爆兼本质安全型全自动排水控制器采用全电子、数字化系统集成、多功能一体化设计的综合性数据处理设备。该控制装置集自动控制、通讯传输、远程指令的执行、程序刷新，运行历史记录为一体。各部分既可独立运行，也可综合执行指令。具有非常强的适用性和可靠性。相关输入、输出各类接口为标准，可方便进入其它各类综合自动化控制平台集中管理。
2.2总体功能设计
1）液位监测
通过液位计，直接监测液位位置；通过PLC的数据处理，计算液位变化率，初步判断涌水量是否正常。如液位或液位变化率超限，系统发出启泵指令。
2）初始状态判断
接到启泵指令后，系统开始自检，确定设备是否有检修、未复位等不符合启动的初始条件。
3）方案选择
系统自检完成后，依据“均匀磨损”、“移峰填谷”、“效率优先”等原则，确定启泵台数及主排水管趟数，并最终确定启泵机组及排水管。其中，泵组的循环运行逻辑过程分为单泵循环与多泵循环。
4）水泵启动
系统自动完成水泵启动前后的一系列动作，如真空引水、关阀启动、出口阀控制等动作，实现水泵的正常运行。
5）运行监测
系统实时监测液位信息、机组运行状态信息（包括电流、电压、温度、流量、压力等），确保系统运行参数不超限，保证安全运行。
6）水泵停止
当液位将至停机液位或单台泵组出现故障时，系统对该泵组发出停泵指令。则水泵按关阀、停泵的顺序完成整套停机动作。
7）故障判断
系统拟设置有三个故障检测点，即吸水负压检测、排水正压检测、电机工作电流检测。若在整个过程中出现有设备故障或异常信息，系统发出声光报警并自动进行停泵等处理，最大限度的保证设备安全及排水要求。
2.3 系统开发设计
1）系统可手动设置系统全自动与半自动运行。当在全自动运行模式下可实现井下泵房无人值守，在半自动运行模式下手动控制水泵的启泵操作。全自动运行下系统通过水仓水位的高、低，并考虑水泵的“均匀磨损”原则，控制水泵的启、停数量，保证水泵均衡使用。
2）单台水泵实现闭环控制，当水泵未上水或未按正常功率运行时，系统通过检测本水泵的电流、流量、出水口压力，如低于正常设定值时系统进行反馈并实现水泵的自动停机，并启动其他水泵。
3）控制系统通过以太网接入矿井工业以太干网，可实现水泵监控子系统与全矿井的监控系统信息共享，满足全矿井自动化控制的要求。
4）集中控制器采用西门子公司S7-300系列工业级PLC及先进的过程控制软件，综合考虑矿井各种安全信息，实现井下排水监控系统的最优控制策略。
2.4 性能特点
1）智能化（Intelligent）：
四种操作模式遵照“井下优先”的原则可以进行自由切换。特殊条件时也可以进行自动切换。系统在判断监测终端或中间环节出现异常时，能迅速做出判断并处理。并通过设计“井下优先”、“均匀磨损”、“移峰填谷”、“效率优先”等算法，可实现系统的自动判断并选择。
2） 高可靠性（Secure）
依照“安全第一、效率优先”的原则，运行模式的自动切换、机组自动切换及起停、冗余设计、设计系统的故障报警等功能，最大限度的保障系统整体运行。在系统达到最大涌水量或发生透水等紧急情况时，系统做出判断且声光报警，投入所有可运行泵组进行排水，保证井下排水要求。
实时监测每台泵组的运行电流、电压、压力、流量等数据，与设定阈值进行比较，及早发现系统中存在的安全隐患。
3） 最优化（Optimum）
在保障系统安全可靠运行的前提下，嵌入多套数学算法，保证系统的经济性运行。
四、结束语
该系统可自动监测井下的水仓水位， 并根据涌水量的大小自动控制每台水泵的运行， 达到优化配置和自动排水的目的， 实现无人值守， 从而降低操作工人的劳动强度， 提高排水系统的安全性、可靠性、用电效率、经济效益和现代化管理水平， 为全矿井进行联网监控及统一指挥奠定了基础。
参考文献 ：
[1]国家机械工业局编，《中国机电产品目录》，2000
[2]孟凡英，《流体力学与流体机械》，煤炭工业出版社，2006
[3]李新梅，《矿山流体机械》，航空工业出版社，2010
[4]张景松，陈更林，《流体力学与流体机械》中国矿业大学出版社，2010
[5]周廼荣，严万生，《矿山固定机械手册》，煤炭工业出版社，1986
[6] 煤矿设计研究院主编，《煤矿井下排水设计技术规定》，1985
[7] 煤矿设计研究院主编，《煤矿井下中央泵房系列及基本参数》，1985endprint
