水泵集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用探討

摘要：應(yīng)用PLC控制以及網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，對各水泵房水泵進(jìn)行技術(shù)改造，能夠?qū)崿F(xiàn)水泵運(yùn)行參數(shù)的在線實(shí)時監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，提高水泵的運(yùn)行效率和安全運(yùn)行水平，達(dá)到水泵房無人值守的目的，實(shí)現(xiàn)減員增效。文章對水泵集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：水泵；集中控制系統(tǒng)；PLC控制；網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)；無人值守；減員增效 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM921 文章編號：1009-2374（2016）28-0159-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.079

1 概述

楊村煤礦共設(shè)有清水泵房8處，其中工廠區(qū)設(shè)有水源井泵房2處（煤氣廠泵房和木廠泵房）、加壓泵房1處（工廠區(qū)加壓泵房），負(fù)責(zé)礦區(qū)內(nèi)工廠區(qū)的生產(chǎn)和生活用水；生活區(qū)設(shè)有水源井泵房2處（注漿站泵房和醫(yī)院泵房）、加壓泵房1處（生活區(qū)加壓泵房），負(fù)責(zé)生活區(qū)的生活用水；北風(fēng)井設(shè)有水源井泵房和加壓泵房各1處，負(fù)責(zé)北風(fēng)井附近廠區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)和生活用水。水泵運(yùn)行采用手動控制方式，依靠現(xiàn)場工作人員通過控制按鈕，實(shí)現(xiàn)水泵的啟動和停止，現(xiàn)場水泵運(yùn)行噪音大。每處泵房設(shè)有4名水泵工，共有32名水泵工。為了提高水泵的運(yùn)行效率和安全運(yùn)行水平，應(yīng)用PLC控制以及網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)對各水泵房水泵進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)水泵運(yùn)行參數(shù)的在線實(shí)時監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，以達(dá)到水泵房無人值守的目的，大大減少富余勞動力，減少工資支出，實(shí)現(xiàn)減員增效。

2 水泵集中控制系統(tǒng)改造方案

第一，水泵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測主要參數(shù)包括水泵運(yùn)行壓力、電壓、電流、供水流量、水井水位、水池水位等。

第二，水泵集控室設(shè)在原煤氣廠泵房，集控室設(shè)微機(jī)兩部，一部為各泵房運(yùn)行情況及參數(shù)的實(shí)時監(jiān)控，一部為各泵房視頻監(jiān)控，從各水泵房至集控室敷設(shè)信號線和光纜，用于信號的傳輸。集控中心由一臺服務(wù)器和一臺硬盤錄像機(jī)組成。服務(wù)器的工作是把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)把就地控制器的數(shù)據(jù)傳輸回來，放到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)。服務(wù)器上還運(yùn)行一個WEB SERVER，供外部計(jì)算機(jī)展示數(shù)據(jù)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過瀏覽器模式進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視，網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控和錄像存儲。

第三，在各水泵房安裝PLC控制箱，控制箱采用壁掛不銹鋼控制箱，安裝牢固可靠、便于維修?？刂葡鋬?nèi)配備電源開關(guān)、PLC、開關(guān)電源、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、通信轉(zhuǎn)換器、聲光報(bào)警器、電壓傳感器和電流傳感器，在水泵的出口管網(wǎng)上安裝水位傳感器和壓力傳感器，在集控室可以實(shí)時集控水泵的運(yùn)行壓力、電壓、電流、流量和水位，并根據(jù)水位的高、低自動啟動或停止水泵。當(dāng)加壓泵房蓄水池水位高時啟動加壓泵，向供水管網(wǎng)中打水，水位低時水泵停止運(yùn)行，停止向供水管網(wǎng)打水。當(dāng)加壓泵房蓄水池的水位低時，深井潛水泵啟動，向蓄水池內(nèi)打水，水位高時停止水泵運(yùn)行，停止向蓄水池內(nèi)打水。

第四，水泵運(yùn)行監(jiān)控微機(jī)屏幕上每個泵房用方框圈出，從左向右依次為泵房名稱、遠(yuǎn)程/就地、電源、復(fù)位、自動/手動、電壓、電流、水位、水壓、指示燈、啟和停按鈕。

第五，水泵運(yùn)行時相對應(yīng)的指示燈顯示為“綠色”，停止時相對應(yīng)的指示燈顯示為“紅色”。

3 水泵集中控制系統(tǒng)功能

每臺水泵設(shè)置遠(yuǎn)程、就地、自動、手動四種工作方式。

3.1 遠(yuǎn)程控制功能

3.1.1 當(dāng)水泵運(yùn)行方式打到“遠(yuǎn)程”時，為集控室微機(jī)控制水泵的開啟和停止，根據(jù)工況設(shè)定、井水位、池水位等參數(shù)自動開啟、停止水泵的運(yùn)行，并能對各個遠(yuǎn)距離的泵房、水泵、電機(jī)和水泵運(yùn)行中的各種參數(shù)進(jìn)行24小時實(shí)時監(jiān)控，應(yīng)用PLC以及網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)向上傳遞數(shù)據(jù)，避免了惡劣天氣對人工巡檢的影響，同時改善了泵房操作控制的勞動條件，確保了水泵的安全運(yùn)行。

3.1.2 根據(jù)所監(jiān)測的水位信號，設(shè)定出低水位、高水位、極低水位信號，根據(jù)水位的高低，自動開啟或停止水泵運(yùn)行。

3.1.3 當(dāng)運(yùn)行中的水泵出現(xiàn)水位極低、開關(guān)柜故障、電機(jī)欠流、空轉(zhuǎn)、電機(jī)過載過流、欠壓等異常情況，水泵將自動停止運(yùn)行，并進(jìn)行提示、報(bào)警。

3.1.4 所有參數(shù)和視頻資料，可以分別列表記錄、存儲錄像，也可以方便地進(jìn)行圖表分析和統(tǒng)計(jì)。

3.2 就地控制功能

當(dāng)水泵運(yùn)行方式打到“就地”位置時，可直接在泵房現(xiàn)場配電柜上，人工使用啟停按鈕控制水泵的開啟或停止。此方式主要用于設(shè)備檢修時。

3.3 自動控制功能

當(dāng)“自動/手動”轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇為“自動”時，控制系統(tǒng)根據(jù)水位的高、低自動啟動或停止水泵。當(dāng)加壓泵房蓄水池水位高時啟動水泵運(yùn)行，向供水管網(wǎng)中打水，水位低時停止水泵運(yùn)行。水源井泵房：當(dāng)加壓泵房蓄水池水位低時啟動水泵運(yùn)行，向蓄水池內(nèi)打水，水位高時停止水泵運(yùn)行。

3.4 手動控制功能

當(dāng)“自動/手動”轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇為“手動”時，可以通過綠色啟動、紅色停止按鈕來啟動或停止水泵。

3.5 現(xiàn)場編程

如果水泵運(yùn)行參數(shù)有變化，可在集控室通過電腦對程序或參數(shù)進(jìn)行修改。

3.6 水泵運(yùn)行計(jì)量統(tǒng)計(jì)

在集控室微機(jī)上可以對每臺水泵的供水流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便于管理人員和崗位人員及時掌握水泵的運(yùn)行工況。

3.7 實(shí)現(xiàn)了工業(yè)工程的信息化網(wǎng)絡(luò)化

現(xiàn)場的參數(shù)和視頻可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳輸?shù)郊刂行?，并且可以接入礦辦公網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)授權(quán)不同，管理人員在辦公室就可以實(shí)現(xiàn)泵房的監(jiān)視或控制。

4 水泵集中控制系統(tǒng)的主要工作環(huán)節(jié)

水泵集中控制系統(tǒng)可分為以下環(huán)節(jié)：水位自動控制環(huán)節(jié)、參數(shù)顯示環(huán)節(jié)、故障保護(hù)環(huán)節(jié)和電動機(jī)的自動控制環(huán)節(jié)。

4.1 水位自動控制環(huán)節(jié)

水位自動控制環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是根據(jù)水位的高、低自動啟動或停止水泵，水位傳感器的可靠性和準(zhǔn)確性直接影響到整個水位自動控制系統(tǒng)的安全可靠性，因此選用超聲波液位傳感器，該傳感器具有精度高、便于維護(hù)、容易安裝等優(yōu)點(diǎn)，提高了水泵運(yùn)行操作的準(zhǔn)確性和安全可靠性。當(dāng)加壓泵房蓄水池水位高時啟動水泵運(yùn)行，向供水管網(wǎng)中打水，水位低時停止水泵運(yùn)行。水源井泵房：當(dāng)加壓泵房蓄水池水位低時啟動水泵運(yùn)行，向蓄水池內(nèi)打水，水位高時停止水泵運(yùn)行。

4.2 參數(shù)顯示環(huán)節(jié)

在集控室的水泵運(yùn)行監(jiān)控微機(jī)上，可以實(shí)時監(jiān)控水泵的運(yùn)行壓力、電壓、電流、供水流量、水井水位、水池水位等。所有的水泵運(yùn)行參數(shù)及水泵運(yùn)行狀況，由各泵房PLC通過網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)傳送信號至集控室的監(jiān)控微機(jī)上，所有的PLC通過一臺交換機(jī)連接在一起。然后微機(jī)經(jīng)過分析處理，根據(jù)水位的高、低發(fā)出啟動或停止水泵運(yùn)行的命令。

4.3 故障保護(hù)環(huán)節(jié)

各水泵設(shè)有水位極低、電機(jī)欠流、空轉(zhuǎn)、電機(jī)過載過流、欠壓保護(hù)及重要參數(shù)越線的保護(hù)功能。水泵運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時，對應(yīng)參數(shù)報(bào)警，水泵停止運(yùn)行。查看故障并消除故障后，點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕解除報(bào)警，方可重新開泵。

4.4 電動機(jī)的自動控制環(huán)節(jié)

此環(huán)節(jié)是水泵集中控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，它由PLC、中間繼電器、交流接觸器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、通信轉(zhuǎn)換器、聲光報(bào)警器等元件組成，能夠根據(jù)水位的高、低自動啟動或停止水泵運(yùn)行。PLC配置由8路開關(guān)量接點(diǎn)輸入，8路繼電器輸出（3A/250V）；8路直流模擬量輸入（0～5V/0～20mA）；1個10M/100M網(wǎng)絡(luò)接口；2個RS232/RS485串口。PLC功能模塊齊全，如梯形圖、PID模糊控制功能塊，支持MODBUS、MODBUS TCP/IP協(xié)議。

5 水泵集中控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

該系統(tǒng)以PLC控制為核心，主要由一臺服務(wù)器、一臺硬盤錄像機(jī)、信號線、電壓傳感器、電流傳感器、水位傳感器、壓力傳感器和通訊裝置等組成，主要有以下特點(diǎn)：

第一，采用了發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，功能強(qiáng)，自動化程度高。采用通用的網(wǎng)絡(luò)版的力控軟件確保了水泵自動控制系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。該工控軟件功能全面，視頻接入，界面友好，中文菜單，操作方便，顯示方式多種多樣，具有良好的擴(kuò)充性和可靠性。網(wǎng)絡(luò)功能讓監(jiān)控系統(tǒng)融入礦內(nèi)局域網(wǎng)，像平常上網(wǎng)一樣就輕松完成了監(jiān)控工作。

第二，選用了模塊化設(shè)計(jì)，水泵控制系統(tǒng)各部分相對獨(dú)立，而且有備用通道，以方便以后水泵房的增加。為了提高水泵運(yùn)行的可靠性，選用了精度高、可靠性強(qiáng)的電壓、電流傳感器、水位傳感器和壓力傳感器，減少了設(shè)備配件的維修工作量，降低了維修工人的勞動強(qiáng)度。

第三，為了增強(qiáng)水泵自動控制系統(tǒng)的抗干擾能力，采用了多種抗干擾措施，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，在水泵的運(yùn)行過程中，水井水位、水池水位和水泵運(yùn)行壓力、流量數(shù)據(jù)顯示準(zhǔn)確，確保了水泵運(yùn)行的自動啟動和停止，提高了自動化控制水平。

第四，該控制系統(tǒng)具有故障顯示功能，集控室水泵運(yùn)行監(jiān)控微機(jī)可以實(shí)時監(jiān)控水泵的運(yùn)行壓力、電壓、電流、供水流量、水井水位、水池水位等參數(shù)。水泵運(yùn)行過程中對出現(xiàn)的故障能實(shí)現(xiàn)停機(jī)保護(hù)，并且對應(yīng)參數(shù)報(bào)警，顯示故障原因。查看故障并消除故障后，點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕解除報(bào)警，方可重新開泵。

第五，該控制系統(tǒng)視頻監(jiān)控采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，130萬像素，具有紅外夜視功能，實(shí)現(xiàn)防偷、防盜的目的，同時配套移動監(jiān)測，確保錄像完整、精煉。

第六，遠(yuǎn)程監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)和布線：配置了局域網(wǎng)，可以與礦內(nèi)網(wǎng)絡(luò)相連接；系統(tǒng)傳輸采用網(wǎng)線與光纖傳輸兩種模式，其中遠(yuǎn)距離傳輸采用光纖。

為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，監(jiān)控中心采用專線接入，能夠提供數(shù)個靜態(tài)IP，以便給服務(wù)器分配地址。每個泵房提供寬帶接入，考慮到視頻監(jiān)控，其寬帶應(yīng)不低于512K。

每臺控制器需要配置IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、子網(wǎng)掩碼和中心服務(wù)器的地址以及一些TCBUS的協(xié)議參數(shù)。

6 節(jié)能效果估算

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

楊村煤礦共設(shè)有水泵房8處，對泵房進(jìn)行集中控制改造后，實(shí)現(xiàn)了無人值守，節(jié)約水泵工28人，每人按2800元/月計(jì)算，每年可節(jié)約資金約94.08萬元。

6.2 社會效益

通過對泵房水泵進(jìn)行自動化改造，實(shí)現(xiàn)了水泵的集中控制，各水泵房實(shí)現(xiàn)了無人值守，減少了富余勞動力，減少了礦的工資支出，實(shí)現(xiàn)了減員增效，具有很大的推廣價值。

7 結(jié)語

通過對泵房水泵進(jìn)行集中控制系統(tǒng)改造，大大提高了我礦的自動化控制水平，實(shí)現(xiàn)了水泵運(yùn)行參數(shù)的在線實(shí)時監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，提高了水泵的運(yùn)行效率和安全運(yùn)行水平，達(dá)到了水泵房無人值守的目的，實(shí)現(xiàn)了減員增效，為我礦的現(xiàn)代化建設(shè)提供了大力幫助，具有很大的推廣價值。

作者簡介：胡敏（1978-），女，兗州煤業(yè)股份有限公司楊村煤礦工程師，研究方向：煤礦供暖、供電、供水和污水處理的技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）