水泵自动控制系统软件平台设计

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半自动启动流程
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远程监控软件设计 根据排水自动控制系统的实际需要，这里 按照面向对象的设计方法，用通用化的组 态软件建立实时数据库用于实时过程数据 的存储和处理；设计亲切友好的人机操作 界面，在实时数据库系统的支持下使操作 人员能够非常方便地对系统设备进行监控； 为用户提供指定时间段的历史数据和趋势 查询以及报表输出；提供过程数据的动态 报警提示等。选用了国际上应用较为广泛 的Intouch组态软件来实现
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中间层监控模块 故障监控块 井下排水泵是一类需要频繁启停的大型设 备，而且启停过程较为繁琐，涉及的传感 器、执行机构种类也较为繁多。因此在其 运转过程中某一环节出现问题的话，势必 影响整台泵的正常工作。 针对不同故障，在故障监控模块监控模块 中全程监控系统运行状态
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启动过程故障监控流程
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Intouch组态软件 Intouch组态软件 Intouch组态软件支持目前所有流行的PLC， 具有使用方便、图形功能丰富等特点，在 国际上具有较高的市场占有率，广泛应用 于多个领域。 选用Intouch组态软件开发的机电集成软件 系统和HMI可以帮助用户建立实时数据库， 完成整个机电集成系统的监控任务，实现 分布式的多用户监控，另外其提供的各种 标准接口可以保证集成软件与其它应用的 连接。
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中间层监控模块 全自动控制块 主轮循程序每个周期调用该模块一次，PLC 根据水位传感器采集的数据控制水泵启停。 全自动控制模块根据优化控制策略处理模 块给出的处理结果进行全自动控制，在运 行过程降低排水成本；同时，采用算法对 水位值取微分，算出水位变化率，在变化 率异常（水位升高过快）时进行超前控制， 采取必要措施（提前开泵及启动多台水泵） 避免事故发生，同时发出警示。
CUMT
课题： 课题：
煤矿智能排水自动控制系统
讲解人：胡泳军 教授
中国矿业大学信电学院 2012年2月21日 年 月 日
PLC软件设计 远程监控软件设计
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PLC软件设计 PLC软件设计 STEP7软件作为S7-300系列PLC的编程环 境，这是一种可在WINDOWS环境下进行 编程的语言。将它通过计算机的串行口和 一根PC/MPI转接电缆与PLC的MPI口相连， 即可实现计算机与PLC相互间的通信。本文 即以STEP7编程软件为开发平台，开发系 统的底层监控软件，实现设备的监测及自 动控制。
运行过程故障监控流程
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停止过程故障监控流程
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底层监控模块
半自动控制块 最基本的水泵控制单元，独立完成单台水泵的启 停控制。当主轮循程序检测到操作者、全自动控 制模块或突发事故处理模块对目标水泵下达开/停 指令时，系统即调用对应的半自动控制模块，完 成水泵启动/停止控制。 启动过程：首先启动抽真空装置（射流泵或真空 泵），比较器将模拟量采集处理模块每个周期刷 新后的负压值与设定启动条件值比较，满足条件 后启动电机，同时关闭抽真空装置；电机启动后， 比较压力值，压力满足要求后开电动闸阀，开始 排水；闸阀开到位后启动过程结束。停止过程： 为防止排水倒流对水泵造成损害，首先关闭闸阀， 闸阀关到位后停止电机运行。
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设备控制方式 就地控制箱控制 该控制方式主要方便用户对系统的执行机 构进行维护，在该方式下，用户利用就地 箱上的按钮及指示灯一对一的操作球阀、 闸阀以及配水阀等，为保证维护人员的人 身安全并防止他人对维护中设备进行误操 作，将就地控制方式的控制级别设为最高 级，在此方式下触摸屏以及集控中心水泵 监控终端只能进行监测，操作无效。
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中间层监控模块 模拟量采集处理块 主轮循程序每个周期调用该模块一次，完 成对压力、负压、水位以及流量等模拟量 的采集和处理，用作状态显示以及控制参 数。 该系统中传感器采集模拟量信号均为4－ 20mA的电流信号，采集进模拟量模块后转 化为0－27648的整型，模拟量采集处理块 中将这个整型数存储在累加器中，进行数 据处理后转存至对应存储区。
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设备控制方式
井下触摸屏控制 该控制方式下操作者在井下中央泵房 的PLC控制柜的触摸屏上即可完成对 每一台水泵的启停和状态监测，用户 只需在触摸屏上按压启动/停止键，触 摸屏将命令下达到PLC的中央处理单 元模块（CPU），PLC将根据控制逻 辑完成对水泵的启动和停止。
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设备控制方式
远程监控终端控制 该控制方式下操作者在的调度中心 的监控终端完成对每一台水泵的启 停和状态监测，用户在操作终端下 发启动/停止指令，指令由服务器 的OPC通过工业以太网下发到控 制PLC，与半自动触摸屏集控相同， 剩下的工作由PLC完成。
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中间层监控模块 就地控制块 当N#水泵的控制状态处于就地状态时，主 轮循程序调用对应的N#水泵就地控制模块。 该控制模块运行时根据用户通过旋钮开关、 按钮等发出的命令进行逻辑处理，将处理 结果转换成电控信号，通过继电器直接控 制执行机构。该模块主要在用户维护、维 修设备时使用，所以只包含简单的命令处 理和闭锁控制，没有复杂的逻辑控制，给 维护人员留有最大的自由度。
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软件结构
主 轮 循 程 序
1 ＃ 泵 就 地 控 制 模 块
N ＃ 泵 就 地 控 制 模 块
突 发 事 件 处 理 模 块
全 自 动 控 制 模 块
优 化 控 制 策 略 处 理
运 行 故 障 监 控 模 块
模 拟 量 采 集 处 理 模 块
串 行 通 信 模 块
Hale Waihona Puke Baidu
站 间 通 信 模 块
1 ＃ 泵 半 自 动 控 制 模 块
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Intouch与控制PLC的数据交换 Intouch与控制PLC的数据交换 与控制PLC
系统中PLC与远程监控计算机的数据交换可以通 过OPC方式来实现，具体实现时需要利用西门子 公司提供的SOFTNET软件包，该软件包提供了 大量函数用于将PC机接入工业以太网。 SOFTNET提供有OPC接口，也就是说SOFTNET 软件本身就是一个OPC SERVER。Intouch作为 客户端就是通过该接口与SOFTNET交换数据的。 本系统中每个水平的分系统的主PLC均配有一块 CP343-1通信处理器，其上提供有以太网接口， 通过该以太网接口，可将PLC接入以太网。调度 室内远程监控计算机设置SOFTNET通过OPC与 交换机连接，从而实现与各PLC分站的数据交换。
N ＃ 泵 半 自 动 控 制 模 块
防 水 们 控 制 模 块
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主轮循程序模块
主轮循程序是整个监控软件的主线，各功能模块 由主轮循程序串成一个整体。在系统中主轮循程 序扮演着调度员的角色，只调用需要的模块，在 完成监控要求的同时尽量缩短程序运行时间，提 高系统实时性。 主轮循程序编译在主程序循环OB 1中。OB 1是最 重要的组织块。OB 100（系统初始化）结束后， 操作系统调用OB 1，当OB 1运行结束后，操作系 统再次调用OB 1，如此OB 1不断循环。这一过程 也称为扫描循环。调用OB 1的时间间隔称为扫描 周期。扫描周期的长短，主要由OB 1中的程序执 行所需时间决定。
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中间层监控模块 突发事件处理块 由于井下特殊的地理位置，在采掘过程有可 能发生涌水事故。而在涌水事故发生时， 系统的应急反应和处理能力是衡量其可靠 性的一个重要条件。 巷道中设有涌水检测装置，PLC实时监测涌 水检测装置的信号，一旦发生涌水事故， 系统在第一时间启动连锁保护装置——报 警、关闭防水门、在排水管路以及井下用 电负荷允许的条件下启动尽可能多的水泵， 将损失控制在最低程度。
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设备控制方式
全自动控制 投入全自动运行的水泵完全由PLC 控制，用户只需进行监测，水泵将 按照水位、涌水量、用电峰谷段等 条件自动启停
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软件结构
系统软件采用模块化结构，各控制模块之间相互 嵌套，可以满足复杂的监控要求。宏观上可以将 监控软件分为三层，最高层为主轮循程序，优先 级最高，在程序的每个循环周期中逐条运行，条 件满足时调用专门功能的监控模块；中间层为主 轮循巡程序调用的具有专门功能的中间层监控模 块，这些监控模块又分为两类——无条件调用模 块、条件调用模块，最低层为中间层监控模块运 行时调用的底层监控模块，这些模块直接控制前 端执行机构完成控制过程，是最基本的单元级控 制模块。