水泵远程控制系统

水泵远程控制系统由控制部分、检测部分、执行部分组成。由于系统控制要求复杂，又考虑到中央泵房和中央变电所硐室环境条件，控制部分和控制核心选用高性能可编程序控器。检测部分分为两部分：一是模拟量检测部分。其主要由水仓水位传感变送器、流量传感变送器、压力变送器、负压变送器、温度传感变送器等组成，此部分用于中央泵房主排水系统运行参数的检测。二是开关量检测部分。将高压启动柜中的真空断路器状态、电动阀的工作状态与启闭位置、等开关量信号接入PLC，可检测系统运行状态。
1、系统要求
系统及设备符合国家相关标准和煤炭行业标准要求。
2、系统组成
（1）系统组成
系统　（2）控制分系统（下位机）
系统由PLC、触摸屏、检测部分、执行部分等组成。
（3）地面远程控制终端
地面远程控制终端控制软件采用国际领先的工控组态软件编制，可实时监视水泵系统的运行参数，并可远程控制水泵系统的启停。
3、控制性能和方式
根据水仓水位自动开启、停止水泵的运转，对运行中的各种状态参数进行实时监控，同时通过接口将数据上传至地面集控室。
（1） 根据所监测的水位信号，可设定出低水位、运行水位和3个上限水位信号及危险水位。低水位时停泵；高水位时水泵运行；根据上限水位逐台投入备用水泵同时运行；危险水位时起动水泵全部运行。同时根据水位变化计算涌水量，当涌水量增大或突变时启动水泵运行，以减少突水事故的发生。
（2）每台水泵可设置“就地控制”、“半自动控制”、“自动控制”和“检修方式”四种工作方式，该方式可直接在控制器上进行设定。
①水泵系统采用真空泵或射流法抽真空：
系统根据水位状态或者操作员命令启动相应设备进行抽真空工作。
当真空压力达到要求后将自动启动水泵电机，然后打开水泵出水管路电动闸阀进行排水。
若电动闸阀打开后一定时间内水泵压力未达到设定值（一般是因为水泵或上水管路漏气导致）系统将会自动停止水泵运行并关闭电动闸阀同时报警。
②水泵系统停止运行：
当水仓水位达到低位时将先自动关闭排水管路电动闸阀，电动闸阀关闭到位后（若一定时间内未关到位则按故障方式停止）停止水泵电机。
③系统设置低限水位、运行水位、3个上限水位和危险水位等多种水位线。当水位达到高限水位时，系统自动启动 “运行泵” ；按上限水位设置系统自动启动下一个“运行泵” ；达到危险水位时启动全部水泵并位时停止一个“运行

泵” ；当达到低位时自动停止另一个“运行泵”。
（3）根据实际需要也可切换到手动控报警 。水位低于上限水位时自动停止“备用泵” 。此方式下操作人员可通过手动控制按扭人工手动控制各台水泵电机的起停及各电动闸阀开关。
（4）当出现水位超限、开关故障、压力下降、流量下降等故障时系统将自动停止运行，并语音提示、报警。
4、数据采集
（1）数据采集形式
主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。
模拟量检测的数据主要有：电机运行功率、电压、电流、水泵轴温、电机温度、轴承温度、排水管流量、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力；数字量检测的数据主要有：水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态，电动阀的工作状态与启闭位置、开度显示，真空泵工作状态，电磁阀状态。
数据自动采集主要由PLC实现，PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，采集电机电工参数、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，超限即报警，以避免水泵和电机损坏。PLC的数字量输入模块将各种开关量信号采集到PLC中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停。
（2）自动轮换工作
为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未及时发现，工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了多台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀。当某台泵或所属阀门故障，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按既有顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产的目的。
（3）自动控制
系统控制设计选用了德国西门子公司生产的S7--300型PLC为控制主机，该机为模块化结构，由PLC机架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。PLC自动化控制系统根据水仓水位的高低，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制多台水泵运行。
为了保证井下安全生产，系统可靠运行，水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，因此，系统设置了两套水位传感器，模拟量和机械式液位传感器，两套传感器均设于水仓的排水配水仓内，PLC将接

收到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，同时检测井下供电电流值，计算用电负荷率，根据矿井涌水量和用电负荷，控制在用电低峰和一天中电价最低时开启水泵，用电高峰和电价高时停止水泵运行，以达到避峰填谷及节能的目的。
（4）动态显示
动态模拟显示选用德国西门子TP--270型触摸式工业图形显示器（触摸屏），系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电磁阀和电动阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。直观地显示电磁阀和电动阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和压力值。
用图形填充以及趋势图、棒状图和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预警信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。
采用图形、趋势图和数字形式直观地显示管路的流量，对井下用电负荷的监测量、电机电工参数和水泵负荷、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、 超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。
5、系统功能及特点：
（1） PLC控制程序采用模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。该程序具有结构清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。
（2） PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。
（3）系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作。
（4）系统具有通讯接口功能，PLC可同时与操作屏及地面监测监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现水泵自动监控功能。
(5)系统可根据投入运行泵组的位置，自动选择启动真空泵，若在程序设定的时间内达不到真空度，便有报警输出。
(6)在操作屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温度、电流、电压等参数，超限报警，故障点自动闪烁。具有故障记录，支持历史数据查询等功能。
(7)系统保护功能有以下几种：
超温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC 实现超限报警。
流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值实现报警，具有通过流量保护装置使本台水泵停止运行，自动转换为启动另一台水泵的功能。?
电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电

、低电压等电气故障时实现报警，具有参与控制功能。
电动闸阀故障：由闸阀的限位、开度指示检测故障，并参与水泵的联锁控制。
(8)其它要求
水泵监控系统可以工作的工作方式有：就地手动工作方式、集中控制工作方式、远程控制工作方式、检修运行方式。
就地手动工作方式：各水泵的启停控制均有就地开关柜人工操作按钮进行，在PLC控制柜上不能开启水泵，只保留在触摸屏控制水泵外围设备（如电动闸阀、电磁阀、真空泵等）开启、关闭（停止）的按钮。
集中控制工作方式：根据水位等参数，人工选择需要开启的水泵和数量，按操作面板上的相应按钮，即可实现单台或多台泵的开启、停止等操作，实现水泵的一键开启或停止。
远程控制工作方式：在地面计算机监控画面上，在有一定的授权权限条件下，根据水仓水位情况，通过计算机鼠标来控制相应水泵的启停。
检修运行方式：当该系统出现故障时，在不影响泵房设备的正常运行，避免影响生产的情况下将PLC控制柜的所有控制输出屏蔽，只保留显示功能，各水泵及其外围设备的操作均能在脱离PLC控制柜的前提下进行。
系统在正常运行过程中，不管工作在何种工作方式，均可实时将泵房现场的各种运行参数、设备状态通过光纤传送到地面监控计算机。