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      工業(yè)總線煤礦水泵房排水冗余控制器的制作方法

      文檔序號(hào):6289247閱讀:153來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:工業(yè)總線煤礦水泵房排水冗余控制器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本實(shí)用新型涉及一種煤礦用的監(jiān)控裝置,特別是一種利用工業(yè)總線控制煤礦水泵房排水冗余的控制器。
      背景技術(shù)
      目前市場(chǎng)上的煤礦水泵房排水控制器常為單PLC控制器(PLC控制器全稱可編程 邏輯控制器),只能單獨(dú)監(jiān)控排水系統(tǒng),一旦控制器出現(xiàn)故障整個(gè)系統(tǒng)將陷于癱瘓狀態(tài),嚴(yán) 重影響系統(tǒng)運(yùn)行,這不僅增大了維修的難度,而且可能引起煤礦的安全事故。

      實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種工業(yè)總線煤礦水泵房排水冗余控制器,本實(shí)用新型 解決了目前煤礦水泵房排水控制器只能單獨(dú)監(jiān)控排水系統(tǒng),一旦出現(xiàn)故障會(huì)造成系統(tǒng)癱瘓 的問(wèn)題。工業(yè)總線煤礦水泵房排水冗余控制器,包括工業(yè)總線、工業(yè)總線環(huán)網(wǎng)、泵房監(jiān)控主 控制器、泵房監(jiān)控分控制器、水泵和操作站;有兩個(gè)泵房監(jiān)控主控制器,每個(gè)泵房監(jiān)控主控 制器連接工業(yè)總線和工業(yè)總線環(huán)網(wǎng);共有與水泵數(shù)量相同的泵房監(jiān)控分控制器,泵房監(jiān)控 分控制器連接水泵的電機(jī)控制器,每個(gè)泵房監(jiān)控分控制器還連接工業(yè)總線環(huán)網(wǎng);操作站連 接工業(yè)總線環(huán)網(wǎng)。本實(shí)用新型可提供的服務(wù)為1.煤礦水泵房設(shè)備的監(jiān)測(cè)、信息采集,合理控制水位,保證水泵房處于理想狀態(tài)。2.不間斷監(jiān)測(cè)泵房設(shè)備運(yùn)行狀況,一旦發(fā)生狀況立即報(bào)警,保證泵房設(shè)備健康運(yùn) 行。3.通過(guò)工業(yè)總線進(jìn)行傳遞泵房設(shè)備監(jiān)測(cè)信息。4.本排水冗余控制器采用主控制器和備用控制器,根據(jù)水位和壓力控制原則,自 動(dòng)實(shí)現(xiàn)水泵的輪換工作。5. PLC自動(dòng)檢測(cè)水位信號(hào),計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)不同水位段的上升速率,從而判斷礦井 的涌水量,自動(dòng)投入和推出水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù),合理調(diào)度水泵運(yùn)行。6.系統(tǒng)根據(jù)投入運(yùn)行泵組的位置,自動(dòng)選擇啟動(dòng)射流泵,若在程序設(shè)定的時(shí)間內(nèi) 達(dá)不到真空度,便有報(bào)警輸出。7.對(duì)水泵實(shí)現(xiàn)溫度保護(hù)功能。8.主控制器面板上設(shè)有的Siemens 10'液晶觸摸屏,可以實(shí)時(shí)反映設(shè)備運(yùn)行狀 態(tài),給工作人員提供實(shí)時(shí)信息。本實(shí)用新型的主要特點(diǎn)1、本排水冗余控制器采用主控制器和備用控制器互換工作,從而降低了設(shè)備的運(yùn) 行負(fù)荷,保證了泵房設(shè)備安全運(yùn)行。2、采用雙總線傳輸,在一定程度上保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴0017]3、PLC控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu),系統(tǒng)可按程序模塊分段調(diào)試,分段運(yùn)行。該程序 具有結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)捷、易懂,便于模擬調(diào)試,運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。4、可以合理地調(diào)度水泵運(yùn)行,PLC自動(dòng)檢測(cè)水位信號(hào),根據(jù)礦井的涌水量自動(dòng)投入和推出水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)。5、自動(dòng)選擇啟動(dòng)射流泵。6、具有保護(hù)功能,確保水泵等設(shè)備運(yùn)行處于安全運(yùn)行狀態(tài)。
      圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是實(shí)施方式中水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的工藝流程圖;圖3是具體實(shí)施方式
      中的冗余控制基本原理圖。
      具體實(shí)施方式
      以下結(jié)合附圖并用最佳的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。參閱圖1,工業(yè)總線煤礦水泵房排水冗余控制器,包括工業(yè)總線1、工業(yè)總線環(huán)網(wǎng) 2、泵房監(jiān)控主控制器3、泵房監(jiān)控分控制器4、水泵5和操作站7 ;有兩個(gè)泵房監(jiān)控主控制器 3,每個(gè)泵房監(jiān)控主控制器3連接工業(yè)總線1和工業(yè)總線環(huán)網(wǎng)2 ;共有與水泵5數(shù)量相同的 泵房監(jiān)控分控制器4,泵房監(jiān)控分控制器4連接水泵5的電機(jī)控制器,每個(gè)泵房監(jiān)控分控制 器4還連接工業(yè)總線環(huán)網(wǎng)2 ;操作站7連接工業(yè)總線環(huán)網(wǎng)2。工業(yè)總線煤礦水泵房排水冗余控制器,還包括液晶屏6,液晶屏6連接工業(yè)總線1。為了防止備用泵、電氣設(shè)備和備用管路長(zhǎng)期不用而導(dǎo)致設(shè)備受潮或出現(xiàn)其他故障 未經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)工作水泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用水泵時(shí),而不能及時(shí)投入以至影響礦 井排水安全,本排水冗余控制器設(shè)計(jì)了水泵自動(dòng)輪換工作。此外,當(dāng)一個(gè)水泵在啟動(dòng)或運(yùn)行 過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí),控制器將自動(dòng)停止故障水泵,投入新的水泵進(jìn)行工作。自動(dòng)控制及運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)的設(shè)備主要包括排水泵、射流系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、 管道電動(dòng)閥門和水泵軸震動(dòng)。系統(tǒng)采集與檢測(cè)的數(shù)據(jù)模擬量為電機(jī)電流、電機(jī)溫度、水泵 軸溫、閘閥開(kāi)度、出水口壓力、水倉(cāng)水位、主排水管流量、真空度;數(shù)字量有電動(dòng)閘閥的開(kāi) 關(guān)限位、電磁閥狀態(tài)、電機(jī)運(yùn)行返回、電機(jī)故障點(diǎn)、電動(dòng)閥的工作狀態(tài)與開(kāi)關(guān)限位、射流泵工 作狀態(tài)。本實(shí)用新型根據(jù)排水泵的工作要求及以后實(shí)現(xiàn)煤礦綜合自動(dòng)化的需要等考慮,對(duì) 排水系統(tǒng)實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和就地控制,把所監(jiān)測(cè)到的模擬量信號(hào)經(jīng)傳感器檢測(cè),送入相應(yīng)的 信號(hào)變送器變成標(biāo)準(zhǔn)的4 20mA信號(hào)或1 5V信號(hào),由變送器再送入S7-300控制器配置 的I/O模塊,開(kāi)關(guān)量信號(hào)直接送入I/O模塊,PLC的信息通過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)信息 和控制信息通過(guò)工業(yè)總線進(jìn)行傳輸。另外,主控制器面板上設(shè)有Siemens 10'液晶觸摸屏MP277,就地實(shí)時(shí)顯示圖形、 圖像、數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉(cāng)水位、電機(jī)工作電流、電機(jī)溫度、水泵溫度、排 水管流量、水泵真空度等參數(shù),方便工作人員及時(shí)掌握泵房狀態(tài)。統(tǒng)采用主控制器與分控制器冗余監(jiān)控,監(jiān)測(cè)信息通過(guò)雙總線傳輸,保證數(shù)據(jù)的可靠性。[0032](2)水泵配電控制柜控制系統(tǒng)就地顯示控制可采用西門子液晶觸摸屏完成,可顯示水泵電機(jī)的電壓,電流以及功率因數(shù)。通過(guò)指示燈顯示水泵及附屬設(shè)備的工作狀態(tài),水泵的開(kāi)停及附屬設(shè)備 開(kāi)??刂疲軐?duì)水泵進(jìn)行就地控制,可作為水泵的操作柜。顯示屏具有RS485通訊接口,通 過(guò)以太網(wǎng)或工業(yè)總線接口與上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)完成通訊,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控。監(jiān)測(cè)需要的所有信號(hào),經(jīng)傳感器檢測(cè),送入相應(yīng)的信號(hào)變送器變成標(biāo)準(zhǔn)的4 20mA信號(hào)或1 5V信號(hào),由變送器送入S7-300控制器配置的I/O模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)原始一次信 號(hào)的采集,實(shí)現(xiàn)對(duì)所監(jiān)測(cè)信號(hào)的采集與傳輸,包括所需的電氣參數(shù)、水泵系統(tǒng)工作狀態(tài)、故 障等信號(hào)等。同時(shí)能接受上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)傳來(lái)的各種動(dòng)作指令和保護(hù)調(diào)試指令并可靠執(zhí)行, 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作或自動(dòng)化運(yùn)行控制、接受解鎖命令后能修改參數(shù)設(shè)定等。(3)水位檢測(cè)、流量檢測(cè)超聲波水位計(jì)、超聲波流量計(jì)信號(hào)接入。(4)射流系統(tǒng)真空度檢測(cè)、射流閥控制、排氣管路閥控制等。(5)抽真空系統(tǒng)抽真空電機(jī)控制、排氣管路電磁閥控制、真空度檢測(cè)等。(6)有底閥水泵的控制灌水、開(kāi)泵。2、控制器保護(hù)功能設(shè)計(jì)超溫保護(hù)水泵長(zhǎng)期運(yùn)行,當(dāng)軸承溫度或定子溫度超出允許值時(shí),通過(guò)溫度保護(hù)裝 置及PLC實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警。流量保護(hù)當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行時(shí),如流量達(dá)不到正常值,通過(guò)流量保護(hù)裝置 使本臺(tái)水泵停止運(yùn)行,自動(dòng)轉(zhuǎn)換為啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。電動(dòng)機(jī)故障利用PLC及觸摸屏監(jiān)視水泵電機(jī)過(guò)電流、漏電、低電壓等電氣故障, 并參與控制。3、排水冗余控制器選型設(shè)計(jì)根據(jù)排水泵的工作要求及以后實(shí)現(xiàn)煤礦綜合自動(dòng)化的需要等考慮,對(duì)排水系統(tǒng)實(shí) 行遠(yuǎn)程監(jiān)控和就地控制,把所監(jiān)測(cè)到的模擬量信號(hào)經(jīng)傳感器檢測(cè),送入相應(yīng)的信號(hào)變送器 變成標(biāo)準(zhǔn)的4 20mA信號(hào)或1 5V信號(hào),由變送器再送入S7-300控制器配置的I/O模塊, 開(kāi)關(guān)量信號(hào)直接送入I/O模塊,PLC的信息通過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)信息和控制信息通 過(guò)工業(yè)總線進(jìn)行傳輸。4、排水冗余控制器主要功能本排水冗余控制器實(shí)現(xiàn)了水泵運(yùn)行自動(dòng)化,保證水泵安全穩(wěn)定運(yùn)行。參閱圖2,水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、水泵自動(dòng)輪換、水泵自動(dòng)控制、狀態(tài)動(dòng) 態(tài)顯示、故障報(bào)警和數(shù)據(jù)上傳等6個(gè)部分。(1)數(shù)據(jù)采集及檢測(cè)系統(tǒng)采集與監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)模擬量為電機(jī)電流、電機(jī)溫度、水泵軸溫、閘閥開(kāi)度、出水 口壓力、水倉(cāng)水位、主排水管流量、真空度;數(shù)字量有電動(dòng)閘閥的開(kāi)關(guān)限位、電磁閥狀態(tài)、 電機(jī)運(yùn)行返回、電機(jī)故障點(diǎn)、電動(dòng)閥的工作狀態(tài)與開(kāi)關(guān)限位、射流泵工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集主要由PLC實(shí)現(xiàn),PLC通過(guò)超聲波水位計(jì)連續(xù)檢測(cè)汲水小井水位,將水位 變化信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理,計(jì)算出單位時(shí)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,自動(dòng)投入或退出水泵。電機(jī)電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、排水管流量等傳感器,主要 用于監(jiān)測(cè)水泵、電機(jī)的運(yùn)行狀況,溫度超限報(bào)警。PLC采集各種系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行處理,控制每個(gè)水泵系統(tǒng)的啟停。 (2)水泵自動(dòng)輪換實(shí)現(xiàn)冗余控制參閱圖3,本排水冗余控制器由兩套PLC控制器組成。開(kāi)始時(shí),以主控制器為主, 分控制器為備用,當(dāng)主控制器中的任何一個(gè)組件出錯(cuò),控制任務(wù)會(huì)自動(dòng)切換到分控制器當(dāng) 中執(zhí)行,這時(shí),分控制器為主,主控制器為備用,這種切換過(guò)程是包括電源、CPU、通訊電纜和 IM153接口模塊的整體切換??刂破鬟\(yùn)行過(guò)程中,即使沒(méi)有任何組件出錯(cuò),操作人員也可以 通過(guò)設(shè)定控制字,實(shí)現(xiàn)手動(dòng)的主備控制器切換。在本實(shí)用新型中,為了防止備用泵、電氣設(shè)備和備用管路長(zhǎng)期不用而導(dǎo)致設(shè)備受潮或出現(xiàn)其他故障未經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時(shí),而不能及時(shí)投 入以至影響礦井排水安全,本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)了水泵自動(dòng)輪換工作??刂瞥绦?qū)⑺脝⑼4?數(shù)及運(yùn)行時(shí)間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動(dòng)記錄累計(jì),系統(tǒng)根據(jù)這些運(yùn)行參數(shù)按一定 規(guī)律自動(dòng)啟停水泵,使各水泵及其管路的使用率分布均勻,當(dāng)水泵在啟動(dòng)或運(yùn)行過(guò)程中出 現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)停止故障水泵、投入新的水泵排水,實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)輪換工作,同時(shí)系統(tǒng) 自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警,并在操作屏和地面操作站上動(dòng)態(tài)閃爍顯示,記錄事故,達(dá)到有故障早發(fā) 現(xiàn)、早處理。(3)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)選用了西門子S7300 PLC為主控制器,該P(yáng)LC為模塊化結(jié)構(gòu),由CPU、 數(shù)字量I/O、模擬量輸入、通訊口等模塊構(gòu)成。PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉(cāng)水位的高低或 者根據(jù)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(jià)時(shí)間段等因 素,建立數(shù)學(xué)模型,合理調(diào)度水泵,自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)出啟、停水泵的命令,控制水泵運(yùn)行。為了保證井下安全生產(chǎn),系統(tǒng)可靠運(yùn)行,水位信號(hào)是水泵自動(dòng)化一個(gè)非常重要的 參數(shù),因此,系統(tǒng)設(shè)置在不同水艙的兩套超聲波水位傳感器,PLC將接受到的模擬量水位信 號(hào)分成若干個(gè)水位段,計(jì)算出單位時(shí)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。本系統(tǒng)可以同時(shí)檢測(cè)井下供電電流值,計(jì)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(jià)最低時(shí)開(kāi)啟水泵,用電高峰和電價(jià)高時(shí)停止水泵運(yùn)行,以 達(dá)到避峰填谷及節(jié)能的目的。
      權(quán)利要求工業(yè)總線煤礦水泵房排水冗余控制器,其特征在于,包括工業(yè)總線(1)、工業(yè)總線環(huán)網(wǎng)(2)、泵房監(jiān)控主控制器(3)、泵房監(jiān)控分控制器(4)、水泵(5)和操作站(7);有兩個(gè)泵房監(jiān)控主控制器(3),每個(gè)泵房監(jiān)控主控制器(3)連接工業(yè)總線(1)和工業(yè)總線環(huán)網(wǎng)(2);共有與水泵(5)數(shù)量相同的泵房監(jiān)控分控制器(4),泵房監(jiān)控分控制器(4)連接水泵(5)的電機(jī)控制器,每個(gè)泵房監(jiān)控分控制器(4)還連接工業(yè)總線環(huán)網(wǎng)(2);操作站(7)連接工業(yè)總線環(huán)網(wǎng)(2)。
      2.如權(quán)利要求1所述工業(yè)總線煤礦水泵房排水冗余控制器,其特征在于,還包括液晶 屏(6),液晶屏(6)連接工業(yè)總線(I)0
      專利摘要工業(yè)總線煤礦水泵房排水冗余控制器,涉及一種煤礦用的監(jiān)控裝置,特別是一種利用工業(yè)總線控制煤礦水泵房排水冗余的控制器。包括工業(yè)總線、工業(yè)總線環(huán)網(wǎng)、泵房監(jiān)控主控制器、泵房監(jiān)控分控制器、水泵和操作站;有兩個(gè)泵房監(jiān)控主控制器,每個(gè)泵房監(jiān)控主控制器連接工業(yè)總線和工業(yè)總線環(huán)網(wǎng);共有與水泵數(shù)量相同的泵房監(jiān)控分控制器,泵房監(jiān)控分控制器連接水泵的電機(jī)控制器,每個(gè)泵房監(jiān)控分控制器還連接工業(yè)總線環(huán)網(wǎng);操作站連接工業(yè)總線環(huán)網(wǎng)。本實(shí)用新型解決了目前煤礦水泵房排水控制器只能單獨(dú)監(jiān)控排水系統(tǒng),一旦出現(xiàn)故障會(huì)造成系統(tǒng)癱瘓的問(wèn)題。
      文檔編號(hào)G05B19/418GK201576203SQ20092029248
      公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
      發(fā)明者王瑩瑩, 陳金云, 魏理論 申請(qǐng)人:徐州博林高新技術(shù)有限責(zé)任公司
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