泵房遠程自動化控制系統

泵房遠程自動化控制系統主要由調度中心、泵站監控中心、通信平臺、泵站遠程測控終端、計量測量及攝像設備組成。泵房遠程自動化控制系統適用于城市供水系統中加壓泵站的遠程監控及管理。加壓泵站管理人員可以在供水公司的泵站監控中心遠程監測站內清水池水位或進站壓力、加壓泵組工作狀態、出站流量、出站壓力等。支持水泵啟動設備手動控制、自動控制、遠程控制加壓泵組的啟停；光纖通信時，可以圖像監視站內全景及重要工位，實現泵站無人值守。

泵房遠程自動化控制系統的特點：

1、該系統具有高度的自動化、系統簡單可靠并且便于維護。它的可擴展性強，通過環型工業以太網可以方便并接于礦山其他的數字化系統。數字化礦山/信息化礦井的實質就是實現礦山重要設備的自動化控制及遠程監控，礦山井下排水系統的現代化改造就是實現井下泵房的無人值守及遠程監控。

2、由于在自動化系統中PLC的優異性和可靠性，我們對水泵及其附屬的抽真空系統（射流管路和真空泵管路）與管道電動閥門等裝置實施了PLC自動檢控制及運行參數自動檢測，動態顯示，并將數據傳送到地面生產調度中心，進行實時檢測和報警顯示，實現實時檢測、實時控制、實時報警。

3、以PLC為主處理器的自動化系統通過檢測水倉水位和其他參數，控制水泵輪流工作與適時啟動備用泵，合理調度多臺水泵運行。系統通以圖像、圖形、數據、文字等方式，直觀、形象適時地反應系統工作狀態以及水倉水位、電機運行電壓、電流、功率、電動機溫度、軸承溫度、水泵軸承溫度、排水管流量等參數，并通過通訊模塊與綜合監測主機實行數據交換。本系統具有運行可靠、操作方便、自動化程度高等特點，并可提高水泵的壽命并節省運行費用。

泵房遠程自動化控制系統系統組成：

泵房自動化控制系統分為兩個部分（數字化控制部分和實時監測部分）。

1、PLC隔爆控制箱，負責整個系統的控制程序，采用西門子旗下的S7300和S7200系列的PLC。PLC帶有以太網口可直接與交換機相連。具體連接方式可參考該系統圖紙。該控制柜內配套光端機、PLC、DP主站模塊與井下環網交換機相連。

下圖為系統控制示意圖：

2、每個泵房系統設1主站PLC300，3臺分站PLC200互為冗余，實現對電動閘閥的各種數字化控制，大大提高了系統的可靠性。

3、帶觸摸屏的操作臺，實現對系統的各種設備操作及各種控制方式的轉換，現場顯示各種設備運行狀態及參數，各設備故障狀態的報警。操作臺設各種控制按鈕和數據顯示裝置和報警信息。

PLC控制柜、系統控制柜、操作臺可根據需要組合為一體。

4、各種傳感器和各種數字儀表，液位開關和超聲波液位計用來檢測電機定子和軸承的溫度、各水倉的液位深入等參數；遠傳負壓表用來檢測射流泵排真空時真空度是否達到設定值；遠傳正壓表用來檢測水泵出口的壓力是否達到設定值；傳感器采用4~20mA或0~10V的連續直流信號。

數字電流表、電壓表顯示控制電路的工作狀態和參數。

PLC通過通訊接口和通訊協議，與光端機、以太網交換機進行通訊，通過高速環形礦用光纖將系統工作狀態與運行參數傳至地面中心主機，完成各項數據的動態顯示；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，控制水泵運行。地面生產調度監控中心主機，與全礦井生產監控系統可通過以太網聯網，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統設備的所有檢測數據及工作狀態，監測監控主機均可動態顯示主排水系統運行的模擬圖、運行參數圖表，記錄系統運行和故障數據，并實現就地和網絡報警。

系統實現：

1、當在發生險情時對水位進行可靠的遠程控制，同時還可近控及根據實際的水位情況自動控制。

2、在自動控制時，PLC自動化控制系統根據水倉水位的高低、井下用電負荷的高、低峰和供電部門所規定的平段、谷段、峰段供電電價時間段等因素，建立數學模型合理調度水泵，根據實際情況先后開啟水泵、或者同時開啟多臺水泵，并且做到出現險情時作到及時報警。

本系統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，計算用電負荷率，根據礦井涌水量和用電負荷，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行，以達到避峰填谷及節能的目的。

3、由于射流泵、主排水泵及相關設備控制開關均采用電動分、合閘開關，方便對所有系統部分進行電氣控制。

4、每個泵房的水泵分別控制，獨立運行。每臺水泵均裝有真空表、壓力表，電動機設有電壓表、電流表、電機定子和軸承溫度傳感器。對實時數據及時檢測、上報、處理和報警。

5、自動輪換工作

為了預防因備用泵及其電氣設備或者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穩定，本系統設計了多臺泵自動輪換工作控制，控制程序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并累計，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。當某臺泵或所屬閥門故障，某趟管路漏水時，系統自動發出聲光報警，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，以免影響礦井可靠生產的目的。

6、保證能實現在特殊時期，在出現險情的關鍵時刻操作人員撤離現場后，能夠在遠方通過上位機對整個系統進行控制。保證礦井供電排水系統的正常運行，及時排除險情，大程度地保障礦山穩定。

7、井下泵房相關高、低壓控制設備的電壓值，水壓顯示，水井中控制閘閥的關閉，射流泵、主排水泵的開、停閘閥關閉，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、水泵電機的軸承、繞組溫度值、排水能力等相關數據，各種傳感器、儀表檢測數據全部通過編程控制系統進行程序化，信息化后利用光纜傳入地面監控室，由上位機進行顯示、控制，從而實現遠程控制。

8、上位機界面能夠完整的顯示系統各個部分的工作狀態，系統通過圖形顯示水泵、真空泵、電磁閥的運行狀態，采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。

用圖形填充及趨勢圖、棒狀圖和數字形式準確實時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發出預警信號和低段、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、系統設就地/自動/遠控選擇功能，所以操作系統、電動閥門控制、射流管路均具有手動/自動雙功能，保證系統可靠操作運行。真空泵與射流泵并聯，當該系統故障時，能及時恢復到原來的排水系統。

10、系統設檢修閉鎖功能。

雙環工業以太網介紹：

在光纖通訊網絡中如果現場需要主機控制多個節點就需要各種鏈型網絡光端機、星型網絡光端機。不過本系統采用的是一種性能更為可靠的多節點光纖通訊產品——雙環光端機！

在多節點的網絡中，每臺光端機電接口掛一個RS-232或者RS-485/422設備，而雙環的概念就是通過光端機上的2個獨立光口串接成2個光纖環路，環路自診自愈，當一個環路故障時，另一環路可即時替換，各從站故障、掉電、斷纖時自動切除，故障恢復后自動投入；

雙環光端機特點：

光纖鏈路故障時，各從站故障、掉電、斷纖時自動切除，故障恢復后自動投入；各異步數據通道故障自診、自動剔除，故障恢復后自動投入。

對于單環、鏈狀網絡結構，我們可以理解為因故障而啟動自愈功能的雙纖自愈環，因此這類網絡結構的可靠性大大低于雙纖自愈環。

雙環自愈光端機信號流向原理圖：

4個光端機分別擺放在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！具體現場走線還需要通過分析光端機的數量，擺放位置和信號流向來具體施工。

雙環自愈光端機組成鏈型網路時信號流向示意圖：