水泵遠程控制系統

水泵遠程控制系統主要由水司調度中心、水廠監控中心、通信平台、泵房測控設備組成。由於系統控制要求複雜，又考慮到中央泵房和中央變電所硐室環境條件，控制部分和控制核心選用高性能可程式序控器。檢測部分分為兩部分：一是模擬量檢測部分。其主要由水倉水位感測變送器、流量感測變送器、壓力變送器、負壓變送器、溫度感測變送器等組成，此部分用於中央泵房主排水系統運行參數的檢測。二是開關量檢測部分。將高壓啟動櫃中的真空斷路器狀態、電動閥的工作狀態與啟閉位置、等開關量信號接入PLC，可檢測系統運行狀態。系統及設備要符合國家相關標準和煤炭行業標準要求。

基本介紹

• 中文名：水泵遠程控制系統
• 對象：水泵
• 組成部分：控制部分、檢測部分、執行部分
• 系統：水司調度中心、水廠監控中心

控制方式

根據水倉水位自動開啟、停止水泵的運轉，對運行中的各種狀態參數進行實時監控，同時通過接口將數據上傳至地面集控室。

水泵遠程控制拓撲圖

（1） 根據所監測的水位信號，可設定出低水位、運行水位和3個上限水位信號及危險水位。低水位時停泵；高水位時水泵運行；根據上限水位逐台投入備用水泵同時運行；危險水位時起動水泵全部運行。同時根據水位變化計算湧水量，當湧水量增大或突變時啟動水泵運行，以減少突水事故的發生。

（2）每台水泵可設定“就地控制”、“半自動控制”、“自動控制”和“檢修方式”四種工作方式，該方式可直接在控制器上進行設定。

①水泵系統採用真空泵或射流法抽真空：

系統根據水位狀態或者操作員命令啟動相應設備進行抽真空工作。

當真空壓力達到要求後將自動啟動水泵電機，然後打開水泵出水管路電動閘閥進行排水。

若電動閘閥打開後一定時間內水泵壓力未達到設定值（一般是因為水泵或上水管路漏氣導致）系統將會自動停止水泵運行並關閉電動閘閥同時報警。

②水泵系統停止運行：

當水倉水位達到低位時將先自動關閉排水管路電動閘閥，電動閘閥關閉到位後（若一定時間內未關到位則按故障方式停止）停止水泵電機。

③系統設定低限水位、運行水位、3個上限水位和危險水位等多種水位線。當水位達到高限水位時，系統自動啟動 “運行泵” ；按上限水位設定系統自動啟動下一個“運行泵” ；達到危險水位時啟動全部水泵並位時停止一個“運行泵” ；當達到低位時自動停止另一個“運行泵”。

（3）根據實際需要也可切換到手動控報警 。水位低於上限水位時自動停止“備用泵” 。此方式下操作人員可通過手動控制按扭人工手動控制各台水泵電機的起停及各電動閘閥開關。

（4）當出現水位超限、開關故障、壓力下降、流量下降等故障時系統將自動停止運行，並語音提示、報警。

數據採集

（1）數據採集形式

主要分為兩類：模擬量數據和數字量數據。

模擬量檢測的數據主要有：電機運行功率、電壓、電流、水泵軸溫、電機溫度、軸承溫度、排水管流量、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力；數字量檢測的數據主要有：水泵高壓啟動櫃真空斷路器和電抗器櫃真空接觸器的狀態，電動閥的工作狀態與啟閉位置、開度顯示，真空泵工作狀態，電磁閥狀態。

數據自動採集主要由PLC實現，PLC模擬量輸入模組通過感測器連續檢測水倉水位，採集電機電工參數、水泵軸溫、電機溫度、排水管流量等感測器與變送器，主要用於監測水泵、電機的運行狀況，超限即報警，以避免水泵和電機損壞。PLC的數字量輸入模組將各種開關量信號採集到PLC中作為邏輯處理的條件和依據，控制排水泵的啟停。

（2）自動輪換工作

為了防止因備用泵及其電氣設備或備用管路長期不用而使電機和電氣設備受潮或其他故障未及時發現，工作泵出現緊急故障需投入備用泵時，而不能及時投入以至影響礦井安全，本系統程式設計了多台泵自動輪換工作控制，控制程式將水泵啟停次數及運行時間和管路使用次數及流量等參數自動記錄並累計，系統根據這些運行參數按一定順序自動啟停水泵和相應管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻。當某台泵或所屬閥門故障，系統自動發出聲光報警，並在觸控螢幕上動態閃爍顯示，記錄事故，同時將故障泵或管路自動退出輪換工作，其餘各泵和管路繼續按既有順序自動輪換工作，以達到有故障早發現、早處理，以免影響礦井安全生產的目的。

（3）自動控制

系統控制設計選用了德國西門子公司生產的S7--300型PLC為控制主機，該機為模組化結構，由PLC機架、CPU、數字量I/O、模擬量輸入、電源、通訊等模組構成。PLC自動化控制系統根據水倉水位的高低，合理調度水泵，自動準確發出啟、停水泵的命令，控制多台水泵運行。

為了保證井下安全生產，系統可靠運行，水位信號是水泵自動化一個非常重要的參數，因此，系統設定了兩套水位感測器，模擬量和機械式液位感測器，兩套感測器均設於水倉的排水配水倉內，PLC將接收到的模擬量水位信號分成若干個水位段，計算出單位時間內不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的湧水量，同時檢測井下供電電流值，計算用電負荷率，根據礦井湧水量和用電負荷，控制在用電低峰和一天中電價最低時開啟水泵，用電高峰和電價高時停止水泵運行，以達到避峰填谷及節能的目的。

（4）動態顯示

動態模擬顯示選用德國西門子TP--270型觸摸式工業圖形顯示器（觸控螢幕），系統通過圖形動態顯示水泵、真空泵、電磁閥和電動閥的運行狀態，採用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警。直觀地顯示電磁閥和電動閥的開閉位置，實時顯示水泵抽真空情況和壓力值。

用圖形填充以及趨勢圖、棒狀圖和數字形式準確實時地顯示水倉水位，並在啟停水泵的水位段發出預警信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警，用不同音響形式提醒工作人員注意。

採用圖形、趨勢圖和數字形式直觀地顯示管路的流量，對井下用電負荷的監測量、電機電工參數和水泵負荷、水泵軸溫、電機溫度等進行動態顯示、 超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數據，以提醒工作人員及時檢修，避免水泵和電機損壞。

系統功能

（1） PLC控制程式採用模組化結構，系統可按程式模組分段調試，分段運行。該程式具有結構清晰、簡捷、易懂，便於模擬調試，運行速度快等特點。

（2） PLC自動檢測水位信號，計算單位時間內不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的湧水量，自動投入和退出水泵運行台數，合理地調度水泵運行。

（3）系統根據水位和壓力控制原則，自動實現水泵的輪換工作。

（4）系統具有通訊接口功能，PLC可同時與操作屏及地面監測監控主機通訊，傳送數據，交換信息，實現水泵自動監控功能。

(5)系統可根據投入運行泵組的位置，自動選擇啟動真空泵，若在程式設定的時間內達不到真空度，便有報警輸出。

(6)在操作屏上動態監控水泵及其附屬設備的運行狀況，實時顯示水位、流量、壓力、溫度、電流、電壓等參數，超限報警，故障點自動閃爍。具有故障記錄，支持歷史數據查詢等功能。

(7)系統保護功能有以下幾種：

超溫保護：水泵長期運行，當軸承溫度或定子溫度超出允許值時，通過溫度保護裝置及PLC 實現超限報警。

流量保護：當水泵啟動後或正常運行時，如流量達不到正常值實現報警，具有通過流量保護裝置使本台水泵停止運行，自動轉換為啟動另一台水泵的功能。?

電動機故障：利用PLC及觸控螢幕監視水泵電機過電流、漏電、低電壓等電氣故障時實現報警，具有參與控制功能。

電動閘閥故障：由閘閥的限位、開度指示檢測故障，並參與水泵的聯鎖控制。

(8)其它要求

水泵監控系統可以工作的工作方式有：就地手動工作方式、集中控制工作方式、遠程控制工作方式、檢修運行方式。

就地手動工作方式：各水泵的啟停控制均有就地開關櫃人工操作按鈕進行，在PLC控制柜上不能開啟水泵，只保留在觸控螢幕控制水泵外圍設備（如電動閘閥、電磁閥、真空泵等）開啟、關閉（停止）的按鈕。

集中控制工作方式：根據水位等參數，人工選擇需要開啟的水泵和數量，按操作面板上的相應按鈕，即可實現單台或多台泵的開啟、停止等操作，實現水泵的一鍵開啟或停止。

遠程控制工作方式：在地面計算機監控畫面上，在有一定的授權許可權條件下，根據水倉水位情況，通過計算機滑鼠來控制相應水泵的啟停。

檢修運行方式：當該系統出現故障時，在不影響泵房設備的正常運行，避免影響生產的情況下將PLC控制櫃的所有控制輸出禁止，只保留顯示功能，各水泵及其外圍設備的操作均能在脫離PLC控制櫃的前提下進行。

系統在正常運行過程中，不管工作在何種工作方式，均可實時將泵房現場的各種運行參數、設備狀態通過光纖傳送到地面監控計算機。

（9）系統軟體界面