水泵集中控制系统的应用探讨

2016-05-30胡敏

中国高新技术企业 2016年28期

摘要：应用PLC控制以及网络控制技术，对各水泵房水泵进行技术改造，能够实现水泵运行参数的在线实时监控和远程控制，提高水泵的运行效率和安全运行水平，达到水泵房无人值守的目的，实现减员增效。文章对水泵集中控制系统的应用进行了探讨。

关键词：水泵；集中控制系统；PLC控制；网络控制技术；无人值守；减员增效文献标识码：A

中图分类号：TM921 文章编号：1009-2374（2016）28-0159-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.079

1 概述

杨村煤矿共设有清水泵房8处，其中工厂区设有水源井泵房2处（煤气厂泵房和木厂泵房）、加压泵房1处（工厂区加压泵房），负责矿区内工厂区的生产和生活用水；生活区设有水源井泵房2处（注浆站泵房和医院泵房）、加压泵房1处（生活区加压泵房），负责生活区的生活用水；北风井设有水源井泵房和加压泵房各1处，负责北风井附近厂区内的生产和生活用水。水泵运行采用手动控制方式，依靠现场工作人员通过控制按钮，实现水泵的启动和停止，现场水泵运行噪音大。每处泵房设有4名水泵工，共有32名水泵工。为了提高水泵的运行效率和安全运行水平，应用PLC控制以及网络控制技术对各水泵房水泵进行技术改造，实现水泵运行参数的在线实时监控和远程控制，以达到水泵房无人值守的目的，大大减少富余劳动力，减少工资支出，实现减员增效。

2 水泵集中控制系统改造方案

第一，水泵运行状态监测主要参数包括水泵运行压力、电压、电流、供水流量、水井水位、水池水位等。

第二，水泵集控室设在原煤气厂泵房，集控室设微机兩部，一部为各泵房运行情况及参数的实时监控，一部为各泵房视频监控，从各水泵房至集控室敷设信号线和光缆，用于信号的传输。集控中心由一台服务器和一台硬盘录像机组成。服务器的工作是把数据通过网络把就地控制器的数据传输回来，放到数据库服务器内。服务器上还运行一个WEB SERVER，供外部计算机展示数据。监控计算机通过浏览器模式进行数据监视，网络硬盘录像机实现视频监控和录像存储。

第三，在各水泵房安装PLC控制箱，控制箱采用壁挂不锈钢控制箱，安装牢固可靠、便于维修。控制箱内配备电源开关、PLC、开关电源、网络交换机、通信转换器、声光报警器、电压传感器和电流传感器，在水泵的出口管网上安装水位传感器和压力传感器，在集控室可以实时集控水泵的运行压力、电压、电流、流量和水位，并根据水位的高、低自动启动或停止水泵。当加压泵房蓄水池水位高时启动加压泵，向供水管网中打水，水位低时水泵停止运行，停止向供水管网打水。当加压泵房蓄水池的水位低时，深井潜水泵启动，向蓄水池内打水，水位高时停止水泵运行，停止向蓄水池内打水。

第四，水泵运行监控微机屏幕上每个泵房用方框圈出，从左向右依次为泵房名称、远程/就地、电源、复位、自动/手动、电压、电流、水位、水压、指示灯、启和停按钮。

第五，水泵运行时相对应的指示灯显示为“绿色”，停止时相对应的指示灯显示为“红色”。

3 水泵集中控制系统功能

每台水泵设置远程、就地、自动、手动四种工作方式。

3.1 远程控制功能

3.1.1 当水泵运行方式打到“远程”时，为集控室微机控制水泵的开启和停止，根据工况设定、井水位、池水位等参数自动开启、停止水泵的运行，并能对各个远距离的泵房、水泵、电机和水泵运行中的各种参数进行24小时实时监控，应用PLC以及网络控制技术向上传递数据，避免了恶劣天气对人工巡检的影响，同时改善了泵房操作控制的劳动条件，确保了水泵的安全运行。

3.1.2 根据所监测的水位信号，设定出低水位、高水位、极低水位信号，根据水位的高低，自动开启或停止水泵运行。

3.1.3 当运行中的水泵出现水位极低、开关柜故障、电机欠流、空转、电机过载过流、欠压等异常情况，水泵将自动停止运行，并进行提示、报警。

3.1.4 所有参数和视频资料，可以分别列表记录、存储录像，也可以方便地进行图表分析和统计。

3.2 就地控制功能

当水泵运行方式打到“就地”位置时，可直接在泵房现场配电柜上，人工使用启停按钮控制水泵的开启或停止。此方式主要用于设备检修时。

3.3 自动控制功能

当“自动/手动”转换开关选择为“自动”时，控制系统根据水位的高、低自动启动或停止水泵。当加压泵房蓄水池水位高时启动水泵运行，向供水管网中打水，水位低时停止水泵运行。水源井泵房：当加压泵房蓄水池水位低时启动水泵运行，向蓄水池内打水，水位高时停止水泵运行。

3.4 手动控制功能

当“自动/手动”转换开关选择为“手动”时，可以通过绿色启动、红色停止按钮来启动或停止水泵。

3.5 现场编程

如果水泵运行参数有变化，可在集控室通过电脑对程序或参数进行修改。

3.6 水泵运行计量统计

在集控室微机上可以对每台水泵的供水流量进行统计，便于管理人员和岗位人员及时掌握水泵的运行工况。

3.7 实现了工业工程的信息化网络化

现场的参数和视频可以转换为数字信号，传输到集控中心，并且可以接入矿办公网络，根据授权不同，管理人员在办公室就可以实现泵房的监视或控制。

4 水泵集中控制系统的主要工作环节

水泵集中控制系统可分为以下环节：水位自动控制环节、参数显示环节、故障保护环节和电动机的自动控制环节。

4.1 水位自动控制环节

水位自动控制环节的主要任务是根据水位的高、低自动启动或停止水泵，水位传感器的可靠性和准确性直接影响到整个水位自动控制系统的安全可靠性，因此选用超声波液位传感器，该传感器具有精度高、便于维护、容易安装等优点，提高了水泵运行操作的准确性和安全可靠性。当加压泵房蓄水池水位高时启动水泵运行，向供水管网中打水，水位低时停止水泵运行。水源井泵房：当加压泵房蓄水池水位低时启动水泵运行，向蓄水池内打水，水位高时停止水泵运行。

4.2 参数显示环节

在集控室的水泵运行监控微机上，可以实时监控水泵的运行压力、电压、电流、供水流量、水井水位、水池水位等。所有的水泵运行参数及水泵运行状况，由各泵房PLC通过网络控制技术传送信号至集控室的监控微机上，所有的PLC通过一台交换机连接在一起。然后微机经过分析处理，根据水位的高、低发出启动或停止水泵运行的命令。

4.3 故障保护环节

各水泵设有水位极低、电机欠流、空转、电机过载过流、欠压保护及重要参数越线的保护功能。水泵运行过程中出现故障时，对应参数报警，水泵停止运行。查看故障并消除故障后，点击“复位”按钮解除报警，方可重新开泵。

4.4 电动机的自动控制环节

此环节是水泵集中控制系统的中心环节，它由PLC、中间继电器、交流接触器、网络交换机、通信转换器、声光报警器等元件组成，能够根据水位的高、低自动启动或停止水泵运行。PLC配置由8路开关量接点输入，8路继电器输出（3A/250V）；8路直流模拟量输入（0～5V/0～20mA）；1个10M/100M网络接口；2个RS232/RS485串口。PLC功能模块齐全，如梯形图、PID模糊控制功能块，支持MODBUS、MODBUS TCP/IP協议。

5 水泵集中控制系统的主要特点

该系统以PLC控制为核心，主要由一台服务器、一台硬盘录像机、信号线、电压传感器、电流传感器、水位传感器、压力传感器和通讯装置等组成，主要有以下特点：

第一，采用了发达的计算机技术和网络技术，功能强，自动化程度高。采用通用的网络版的力控软件确保了水泵自动控制系统的安全、可靠运行。该工控软件功能全面，视频接入，界面友好，中文菜单，操作方便，显示方式多种多样，具有良好的扩充性和可靠性。网络功能让监控系统融入矿内局域网，像平常上网一样就轻松完成了监控工作。

第二，选用了模块化设计，水泵控制系统各部分相对独立，而且有备用通道，以方便以后水泵房的增加。为了提高水泵运行的可靠性，选用了精度高、可靠性强的电压、电流传感器、水位传感器和压力传感器，减少了设备配件的维修工作量，降低了维修工人的劳动强度。

第三，为了增强水泵自动控制系统的抗干扰能力，采用了多种抗干扰措施，提高了系统运行的可靠性，在水泵的运行过程中，水井水位、水池水位和水泵运行压力、流量数据显示准确，确保了水泵运行的自动启动和停止，提高了自动化控制水平。

第四，该控制系统具有故障显示功能，集控室水泵运行监控微机可以实时监控水泵的运行压力、电压、电流、供水流量、水井水位、水池水位等参数。水泵运行过程中对出现的故障能实现停机保护，并且对应参数报警，显示故障原因。查看故障并消除故障后，点击“复位”按钮解除报警，方可重新开泵。

第五，该控制系统视频监控采用网络摄像机，130万像素，具有红外夜视功能，实现防偷、防盗的目的，同时配套移动监测，确保录像完整、精炼。

第六，远程监控的网络和布线：配置了局域网，可以与矿内网络相连接；系统传输采用网线与光纤传输两种模式，其中远距离传输采用光纤。

为了提高系统运行的安全可靠性，监控中心采用专线接入，能够提供数个静态IP，以便给服务器分配地址。每个泵房提供宽带接入，考虑到视频监控，其宽带应不低于512K。

每台控制器需要配置IP地址、网关地址、子网掩码和中心服务器的地址以及一些TCBUS的协议参数。

6 节能效果估算

6.1 经济效益

杨村煤矿共设有水泵房8处，对泵房进行集中控制改造后，实现了无人值守，节约水泵工28人，每人按2800元/月计算，每年可节约资金约94.08万元。

6.2 社会效益

通过对泵房水泵进行自动化改造，实现了水泵的集中控制，各水泵房实现了无人值守，减少了富余劳动力，减少了矿的工资支出，实现了减员增效，具有很大的推广价值。