泵房遠(yuǎn)程自動化控制系統(tǒng)
泵房遠(yuǎn)程自動化控制系統(tǒng)主要由調(diào)度中心、泵站監(jiān)控中心、通信平臺、泵站遠(yuǎn)程測控終端、計量測量及攝像設(shè)備組成。泵房遠(yuǎn)程自動化控制系統(tǒng)適用于城市供水系統(tǒng)中加壓泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控及管理。加壓泵站管理人員可以在供水公司的泵站監(jiān)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)測站內(nèi)清水池水位或進(jìn)站壓力、加壓泵組工作狀態(tài)、出站流量、出站壓力等。支持水泵啟動設(shè)備手動控制、自動控制、遠(yuǎn)程控制加壓泵組的啟停；光纖通信時，可以圖像監(jiān)視站內(nèi)全景及重要工位，實現(xiàn)泵站無人值守。
泵房遠(yuǎn)程自動化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：
1、該系統(tǒng)具有高度的自動化、系統(tǒng)簡單可靠并且便于維護(hù)。它的可擴(kuò)展性強(qiáng)，通過環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)可以方便并接于礦山其他的數(shù)字化系統(tǒng)。數(shù)字化礦山/信息化礦井的實質(zhì)就是實現(xiàn)礦山重要設(shè)備的自動化控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控，礦山井下排水系統(tǒng)的現(xiàn)代化改造就是實現(xiàn)井下泵房的無人值守及遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2、由于在自動化系統(tǒng)中PLC的優(yōu)異性和可靠性，我們對水泵及其附屬的抽真空系統(tǒng)（射流管路和真空泵管路）與管道電動閥門等裝置實施了PLC自動檢控制及運(yùn)行參數(shù)自動檢測，動態(tài)顯示，并將數(shù)據(jù)傳送到地面生產(chǎn)調(diào)度中心，進(jìn)行實時檢測和報警顯示，實現(xiàn)實時檢測、實時控制、實時報警。
3、以PLC為主處理器的自動化系統(tǒng)通過檢測水倉水位和其他參數(shù)，控制水泵輪流工作與適時啟動備用泵，合理調(diào)度多臺水泵運(yùn)行。系統(tǒng)通以圖像、圖形、數(shù)據(jù)、文字等方式，直觀、形象適時地反應(yīng)系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉水位、電機(jī)運(yùn)行電壓、電流、功率、電動機(jī)溫度、軸承溫度、水泵軸承溫度、排水管流量等參數(shù)，并通過通訊模塊與綜合監(jiān)測主機(jī)實行數(shù)據(jù)交換。本系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、操作方便、自動化程度高等特點(diǎn)，并可提高水泵的壽命并節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。
泵房遠(yuǎn)程自動化控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成：
泵房自動化控制系統(tǒng)分為兩個部分（數(shù)字化控制部分和實時監(jiān)測部分）。
1、PLC隔爆控制箱，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制程序，采用西門子旗下的S7300和S7200系列的PLC。PLC帶有以太網(wǎng)口可直接與交換機(jī)相連。具體連接方式可參考該系統(tǒng)圖紙。該控制柜內(nèi)配套光端機(jī)、PLC、DP主站模塊與井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)相連。
下圖為系統(tǒng)控制示意圖：
2、每個泵房系統(tǒng)設(shè)1主站PLC300，3臺分站PLC200互為冗余，實現(xiàn)對電動閘閥的各種數(shù)字化控制，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
3、帶觸摸屏的操作臺，實現(xiàn)對系統(tǒng)的各種設(shè)備操作及各種控制方式的轉(zhuǎn)換，現(xiàn)場顯示各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)，各設(shè)備故障狀態(tài)的報警。操作臺設(shè)各種控制按鈕和數(shù)據(jù)顯示裝置和報警信息。
PLC控制柜、系統(tǒng)控制柜、操作臺可根據(jù)需要組合為一體。
4、各種傳感器和各種數(shù)字儀表，液位開關(guān)和超聲波液位計用來檢測電機(jī)定子和軸承的溫度、各水倉的液位深入等參數(shù)；遠(yuǎn)傳負(fù)壓表用來檢測射流泵排真空時真空度是否達(dá)到設(shè)定值；遠(yuǎn)傳正壓表用來檢測水泵出口的壓力是否達(dá)到設(shè)定值；傳感器采用4~20mA或0~10V的連續(xù)直流信號。
數(shù)字電流表、電壓表顯示控制電路的工作狀態(tài)和參數(shù)。
PLC通過通訊接口和通訊協(xié)議，與光端機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行通訊，通過高速環(huán)形礦用光纖將系統(tǒng)工作狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)傳至地面中心主機(jī)，完成各項數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示；同時操作人員也可利用地面中心站將操作指令傳至井下交換機(jī)，控制水泵運(yùn)行。地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機(jī)，與全礦井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)可通過以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，監(jiān)測監(jiān)控主機(jī)均可動態(tài)顯示主排水系統(tǒng)運(yùn)行的模擬圖、運(yùn)行參數(shù)圖表，記錄系統(tǒng)運(yùn)行和故障數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)就地和網(wǎng)絡(luò)報警。
系統(tǒng)實現(xiàn)：
1、當(dāng)在發(fā)生險情時對水位進(jìn)行可靠的遠(yuǎn)程控制，同時還可近控及根據(jù)實際的水位情況自動控制。
2、在自動控制時，PLC自動化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉水位的高低、井下用電負(fù)荷的高、低峰和供電部門所規(guī)定的平段、谷段、峰段供電電價時間段等因素，建立數(shù)學(xué)模型合理調(diào)度水泵，根據(jù)實際情況先后開啟水泵、或者同時開啟多臺水泵，并且做到出現(xiàn)險情時作到及時報警。
本系統(tǒng)所安裝的水位傳感器為投入式模擬量信號輸出的高精度傳感器，PLC將接受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(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，同時檢測井下供電電流值，計算用電負(fù)荷率，根據(jù)礦井涌水量和用電負(fù)荷，控制在用電低峰和一天中電價低時開啟水泵，用電高峰和電價高時停止水泵運(yùn)行，以達(dá)到避峰填谷及節(jié)能的目的。
3、由于射流泵、主排水泵及相關(guān)設(shè)備控制開關(guān)均采用電動分、合閘開關(guān)，方便對所有系統(tǒng)部分進(jìn)行電氣控制。
4、每個泵房的水泵分別控制，獨(dú)立運(yùn)行。每臺水泵均裝有真空表、壓力表，電動機(jī)設(shè)有電壓表、電流表、電機(jī)定子和軸承溫度傳感器。對實時數(shù)據(jù)及時檢測、上報、處理和報警。
5、自動輪換工作
為了預(yù)防因備用泵及其電氣設(shè)備或者備用管路長期不用而使電機(jī)和電氣設(shè)備受潮或其他故障未及時發(fā)現(xiàn)，工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時，而不能及時投入以至影響礦井穩(wěn)定，本系統(tǒng)設(shè)計了多臺泵自動輪換工作控制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運(yùn)行時間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動記錄并累計，系統(tǒng)根據(jù)這些運(yùn)行參數(shù)按一定順序自動啟停水泵和相應(yīng)管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻。當(dāng)某臺泵或所屬閥門故障，某趟管路漏水時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警，記錄事故，同時將故障泵或管路自動退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按既有順序自動輪換工作，以達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理，以免影響礦井可靠生產(chǎn)的目的。
6、保證能實現(xiàn)在特殊時期，在出現(xiàn)險情的關(guān)鍵時刻操作人員撤離現(xiàn)場后，能夠在遠(yuǎn)方通過上位機(jī)對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制。保證礦井供電排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，及時排除險情，大程度地保障礦山穩(wěn)定。
7、井下泵房相關(guān)高、低壓控制設(shè)備的電壓值，水壓顯示，水井中控制閘閥的關(guān)閉，射流泵、主排水泵的開、停閘閥關(guān)閉，高、低水位顯示與報警射流泵、主排水泵工作時的額定電壓值、電流值、真空表、壓力表顯示值、水泵電機(jī)的軸承、繞組溫度值、排水能力等相關(guān)數(shù)據(jù)，各種傳感器、儀表檢測數(shù)據(jù)全部通過編程控制系統(tǒng)進(jìn)行程序化，信息化后利用光纜傳入地面監(jiān)控室，由上位機(jī)進(jìn)行顯示、控制，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
8、上位機(jī)界面能夠完整的顯示系統(tǒng)各個部分的工作狀態(tài)，系統(tǒng)通過圖形顯示水泵、真空泵、電磁閥的運(yùn)行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進(jìn)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。
用圖形填充及趨勢圖、棒狀圖和數(shù)字形式準(zhǔn)確實時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)警信號和低段、超低段、高段、高段水位分段報警，用不同音響形式提醒工作人員注意。
9、系統(tǒng)設(shè)就地/自動/遠(yuǎn)控選擇功能，所以操作系統(tǒng)、電動閥門控制、射流管路均具有手動/自動雙功能，保證系統(tǒng)可靠操作運(yùn)行。真空泵與射流泵并聯(lián)，當(dāng)該系統(tǒng)故障時，能及時恢復(fù)到原來的排水系統(tǒng)。
10、系統(tǒng)設(shè)檢修閉鎖功能。
雙環(huán)工業(yè)以太網(wǎng)介紹：
在光纖通訊網(wǎng)絡(luò)中如果現(xiàn)場需要主機(jī)控制多個節(jié)點(diǎn)就需要各種鏈型網(wǎng)絡(luò)光端機(jī)、星型網(wǎng)絡(luò)光端機(jī)。不過本系統(tǒng)采用的是一種性能更為可靠的多節(jié)點(diǎn)光纖通訊產(chǎn)品——雙環(huán)光端機(jī)！
在多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中，每臺光端機(jī)電接口掛一個RS-232或者RS-485/422設(shè)備，而雙環(huán)的概念就是通過光端機(jī)上的2個獨(dú)立光口串接成2個光纖環(huán)路，環(huán)路自診自愈，當(dāng)一個環(huán)路故障時，另一環(huán)路可即時替換，各從站故障、掉電、斷纖時自動切除，故障恢復(fù)后自動投入；
雙環(huán)光端機(jī)特點(diǎn)：
光纖鏈路故障時，各從站故障、掉電、斷纖時自動切除，故障恢復(fù)后自動投入；各異步數(shù)據(jù)通道故障自診、自動剔除，故障恢復(fù)后自動投入。
對于單環(huán)、鏈狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我們可以理解為因故障而啟動自愈功能的雙纖自愈環(huán)，因此這類網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性大大低于雙纖自愈環(huán)。
雙環(huán)自愈光端機(jī)信號流向原理圖：
4個光端機(jī)分別擺放在4個不同的地方，紅線表示TXB流向RXA的這一順時針的閉合光路，箭頭表示信號流向，藍(lán)線表示由TXA流向RXB的這一逆時針的閉合光路，總之信號總是TXB到RXA；TXA到RXB，兩條光路的信號流向要相反！具體現(xiàn)場走線還需要通過分析光端機(jī)的數(shù)量，擺放位置和信號流向來具體施工。
雙環(huán)自愈光端機(jī)組成鏈型網(wǎng)路時信號流向示意圖：
