S7-300 PLC在泵房水泵自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言
隨著煤礦近年來(lái)現(xiàn)代化的管理水平迅速提高，信息化建設(shè)的步伐也不斷加快。為保障煤炭的安全生產(chǎn)、提高全礦的生產(chǎn)效益，必須保證排水系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、合理的運(yùn)行。某采區(qū)泵房是主要采區(qū)泵房，擔(dān)負(fù)著幾個(gè)采區(qū)每小時(shí)300m3的排水任務(wù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水泵運(yùn)行系統(tǒng)中存在的隱患，對(duì)水泵實(shí)行數(shù)字化監(jiān)控水泵的運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)控泵房水倉(cāng)的水位，為礦各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和職能管理部門(mén)及時(shí)準(zhǔn)確地掌握水泵實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)采區(qū)泵房水泵建立一套水泵監(jiān)控系統(tǒng)十分必要。

2 系統(tǒng)的主要組成部分和實(shí)現(xiàn)的功能
泵房共有4臺(tái)型號(hào)為200D43X8的多級(jí)泵，每臺(tái)軸功率為334kW，揚(yáng)程為344m，流量為280立方米/小時(shí)，轉(zhuǎn)速為1480rpm，配套電機(jī)功率為500kW，供電電壓為6000V;4臺(tái)真空泵，用于水泵啟動(dòng)是抽真空用(自動(dòng)灌引水)，極限真空為8000Pa，流量:3m3/min，轉(zhuǎn)速為1450rpm，功率5.5kW，配套電機(jī)功率為5.5kW，轉(zhuǎn)速1440rpm。
系統(tǒng)主要設(shè)備組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主要設(shè)備
2.1 PLC隔爆控制箱
本系統(tǒng)選用西門(mén)子公司的S7-300型可編程控制器。
S7-300是模塊化的中小型PLC，采用模塊式結(jié)構(gòu),它具有系統(tǒng)容量大、擴(kuò)充方便、各種功能模塊齊全、指令功能強(qiáng)、高速、堅(jiān)固、通信能力強(qiáng)、操作方便等特點(diǎn),特別適合于工業(yè)環(huán)境及電氣干擾環(huán)境。本系統(tǒng)PLC由電源模塊、中央處理單元CPU313C-2DP、以太網(wǎng)通信模塊CP343-1、模擬量輸入模塊SM331、數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊SM322等組成。PLC自動(dòng)檢測(cè)水位信號(hào)，根據(jù)水位的不同位置，自動(dòng)投入和退出水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，合理地調(diào)度水泵運(yùn)行，并根據(jù)排水壓力和流量、電流、電壓、振動(dòng)、溫度等信息判斷水泵、電機(jī)等運(yùn)行是否正常。
2.2 高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元
高壓開(kāi)關(guān)采用GSB-2型綜合保護(hù)裝置，該裝置以DSP芯片TMS320F240為CPU，采用交流采樣直接測(cè)量電網(wǎng)二次測(cè)交流信號(hào),具有遙測(cè)、遙信、遙控功能，配置的人機(jī)接口，可遠(yuǎn)程設(shè)置綜合保護(hù)整定參數(shù)，LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)和電度參數(shù)，指示燈實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行狀態(tài)、分閘狀態(tài)、故障狀態(tài)等信息。
2.3 地面監(jiān)控站
選用研華IPC610計(jì)算機(jī)，并配以上位機(jī)組態(tài)軟件，動(dòng)態(tài)監(jiān)控水泵及其附屬設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)顯示水位、流量、壓力、溫度、電流、電壓等參數(shù)，超限報(bào)警，故障點(diǎn)自動(dòng)閃爍。具有故障記錄，歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)等功能，并可實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙控功能。并配置一臺(tái)UPS電源，以保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。
2.4 變送器
將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)參數(shù)轉(zhuǎn)化為可以采集的電信號(hào)。在本系統(tǒng)中設(shè)置有液位、溫度、振動(dòng)、電量、流量和壓力等變送器。
2.5 通訊網(wǎng)絡(luò)
第一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò):PLC與人機(jī)界面間的通訊。通訊采用MPI方式，速率為:187.5kbps兩者可以周期性的交換少量的數(shù)據(jù)，在本系統(tǒng)中該通訊完成將PLC中處理后的現(xiàn)場(chǎng)的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)送就地人機(jī)界面顯示，同時(shí)可以將人機(jī)界面輸入的控制命令送到PLC，控制設(shè)備的運(yùn)行。
第二個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò):由于現(xiàn)場(chǎng)接線比較多，將控制箱分為主控制箱與分控制箱(ET200遠(yuǎn)程終端)，兩者采用Prifobus總線通訊。PROFIBUS是為全集成自動(dòng)化定制的開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，他將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到控制裝置，并保證在各個(gè)部件之間的高速通信，從I/O傳送信號(hào)到PLC的CPU模塊只需毫秒級(jí)的時(shí)間。
第三個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò):PLC與礦調(diào)度室間通訊。在PLC上擴(kuò)展一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)模塊CP343-1，并在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上安裝通訊卡，如CP5613等。兩者連接可組成一個(gè)比較簡(jiǎn)單的工業(yè)以太網(wǎng)。在本系統(tǒng)中該通訊完成將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障信息等所有設(shè)備信息參數(shù)通過(guò)礦信息化的千兆以太網(wǎng)送到總調(diào)度室上位機(jī)，同時(shí)將上位機(jī)的控制指令送PLC。
2.6 其它執(zhí)行元件
電動(dòng)閥門(mén)、電磁閥、急停開(kāi)關(guān)、按鈕等。

3 軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的軟件主要由2大部分組成:上位機(jī)監(jiān)控軟件和現(xiàn)場(chǎng)PLC監(jiān)控軟件。
3.1 上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)
上位機(jī)監(jiān)控軟件選用西門(mén)子公司的組態(tài)軟件—Wincc6.0版，該組態(tài)軟件運(yùn)行于Windows環(huán)境，結(jié)合了西門(mén)子在自動(dòng)化領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和微軟公司領(lǐng)先的軟件技術(shù)，為我們提供了一種高效、開(kāi)放的組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境。在本系統(tǒng)中它完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、顯示并定時(shí)記錄泵房控制PLC和高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)，并能夠自動(dòng)生成運(yùn)行參數(shù)的日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表和年報(bào)表;當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有動(dòng)作或出現(xiàn)故障時(shí)能夠自動(dòng)彈出報(bào)警畫(huà)面并語(yǔ)音提示，給值班人員警示。允許遠(yuǎn)程控制操作時(shí)，在緊急情況下值班人員可以用自己的操作密碼遠(yuǎn)程控制各水泵的運(yùn)行。
3.2 下位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)
下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要為PLC監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì),在本系統(tǒng)中為重要軟件設(shè)計(jì)部分。該系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境為SIEMENS SIMATIC STEP7 V5.2編程軟件，用模塊式結(jié)構(gòu)程序方式編程，這樣既可增強(qiáng)程序的可讀性，方便調(diào)試和維護(hù)工作，又能使數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，方便WINCC組態(tài)時(shí)變量標(biāo)簽的統(tǒng)一編制和設(shè)備狀態(tài)的統(tǒng)一。程序主要分為:通訊子程序、水泵控制子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、保護(hù)功能處理子程序等。其中水泵啟停子程序簡(jiǎn)要流程如圖2所示:

圖2 水泵啟停子程序簡(jiǎn)要流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)
本控制系統(tǒng)投入運(yùn)行來(lái)，一直穩(wěn)定可靠，故障率低，維修量小，并具有如下的優(yōu)點(diǎn):
(1) 自動(dòng)化程度高，同時(shí)具有自動(dòng)、手動(dòng)控制方式, 兩種方式互為備用。
(2) 合理的使用4臺(tái)電機(jī)，使其循環(huán)工作，在保證有備用的情況下，延長(zhǎng)了每臺(tái)電機(jī)的使用壽命。
(3) 設(shè)備有完善的故障判斷功能，可為操作人員迅速排除故障提供方便。
(4) 系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)完整，準(zhǔn)確，極大的方便了管理。