1　雙環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)設計

(1)主要特點(diǎn)

在多節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )中,每臺光端機電接口設置一個(gè)RS-232或者RS-485/422設備,而雙環(huán)的概念就是通過(guò)光端機上的2個(gè)好立光口串接成2個(gè)光纖環(huán)路,環(huán)路自診自愈,當一個(gè)環(huán)路故障時(shí),另一環(huán)路可及時(shí)替換,各從站故障、掉電、斷纖時(shí)自動(dòng)切除,故障恢復后自動(dòng)投入。雙環(huán)自愈光端機特點(diǎn)為:

　　1)光纖鏈路故障時(shí),自診自愈,各從站故障、掉電、斷纖時(shí)自動(dòng)切除,故障恢復后自動(dòng)投入;

　　2)各異步數據通道故障自診、自動(dòng)剔除,故障恢復后自動(dòng)投入,極大地保證了數據傳輸的及時(shí)性和可靠性。

(2)雙環(huán)自愈光端機信號流向原理

　　4個(gè)光端機分別擺放在4個(gè)不同的地方,紅線(xiàn)表示TXB流向RXA的這一順時(shí)針的閉合光路,箭頭表示信號流向,藍線(xiàn)表示由TXA流向RXB的這一逆時(shí)針的閉合光路,信號總是由TXB到RXA;再由TXA到RXB,兩條光路的信號流向要相反。其原理見(jiàn)于圖1,所組成鏈型網(wǎng)路時(shí)的信號流向示意圖見(jiàn)圖2。圖2是一個(gè)鏈型結構的網(wǎng)絡(luò )方案,同樣可以用雙環(huán)自愈光端機來(lái)連接,只不過(guò)類(lèi)似壓扁的環(huán)。

2　井下泵房自動(dòng)化控制系統設計

(1)集散式控制方式

　　集中控制方式的整個(gè)系統是由一臺控制器作為邏輯控制單元,各檢測、執行機構通過(guò)密集復雜的電纜線(xiàn)跟邏輯控制單元連接。此種方式不僅浪費大量電纜線(xiàn),而且出現問(wèn)題不能及時(shí)排查,不易于以后的系統維護。采用集散式控制的主要優(yōu)點(diǎn)是:接線(xiàn)簡(jiǎn)單可靠,各功能單元好立工作,出現問(wèn)題后能夠及時(shí)排查解決,并且方便以后系統的日常維護。井下泵房布置圖見(jiàn)圖3,集散控制方式示意圖見(jiàn)圖4。

(2)泵房自動(dòng)化控制系統

　　1)信息部分。信息監測、采集部分包括水位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器(包括正壓和負壓)以及開(kāi)關(guān)量的信號采集。

　　2)執行部分。電動(dòng)執行機構、電動(dòng)球閥等電動(dòng)執行機構實(shí)施PLC邏輯控制器作出的邏輯判斷。

　　3)控制部分。系統智能控制單元PLC設計采用S7-300及S7-200兩種。S7-200做系統的通信基站,每臺水泵設計一臺通信基站負責采集水泵運行信息及執行主控制器的邏輯命令,S7-300做系統主控制單元,負責綜合比較判斷各基站傳輸的數據后,通過(guò)預定程序向下方基站下發(fā)邏輯命令。

(3)單臺水泵的控制程序

　　如果系統中的水泵為離心式水泵,由水泵工作原理可知,水泵只有在其葉輪完全注滿(mǎn)水后,泵體形成必要的真空度而實(shí)現正常排水,故啟動(dòng)前必須shou先向水泵注水(分為射流泵和真空泵兩種抽真空形式)。單臺小泵啟動(dòng)見(jiàn)圖5。

具體控制流程如下:

　　1)排空(射流、真空)引水環(huán)節。由水泵工作原理可知,水泵只有在其葉輪完全注滿(mǎn)水后,泵體才能形成必要的真空度,而實(shí)現正常排水。

　　2)防爆電動(dòng)執行閘閥操作環(huán)節。為了減小水泵的啟動(dòng)功率,離心式水泵一定要關(guān)閉出水閘閥后再啟動(dòng),而且水泵的拖動(dòng)電動(dòng)機容量也是按關(guān)閉閘閥的啟動(dòng)條件(空載啟動(dòng))設計,故只有當水泵啟動(dòng)后,才能逐漸開(kāi)啟閘閥;停泵時(shí),必須關(guān)閉出水閘閥，然后再斷電停止水泵電動(dòng)機,以防止或減輕“水錘”現象對泵體內部的沖擊。

　　3)水位在線(xiàn)檢測自動(dòng)控制環(huán)節。作用是根據水倉水位的高低,發(fā)出自動(dòng)開(kāi)泵、停泵的控制信號。

　　4)故障保護環(huán)節。該系統具有3種保護環(huán)節,即:

　　a.流量保護:當水泵在運行過(guò)程中,其排水量達不到正常值時(shí),應通過(guò)流量保護裝置使水泵停止運行并實(shí)現就地及網(wǎng)絡(luò )報警。

　　b.真空保護:若系統漏水嚴重,在規定時(shí)間內不能向水泵注滿(mǎn)水時(shí),應通過(guò)真空保護裝置阻止水泵啟動(dòng)并實(shí)現就地及網(wǎng)絡(luò )報警。

　　c.電路保護:由于水泵工作環(huán)境潮濕、拖動(dòng)電動(dòng)機容量較大,因而水泵主電路、控制電路應裝設過(guò)流保護、短路保護及漏電保護(漏電保護一般裝設在中央變電室)。

 

3　系統功能

(1)實(shí)現遠近控制

　　當發(fā)生險情時(shí),根據實(shí)際情況可對水位進(jìn)行或可靠的遠程控制可近控制。

(2)自動(dòng)控制

　　PLC自動(dòng)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(mén)所規定的平段、谷段、峰段供電電價(jià)時(shí)間段等因素,建立數學(xué)模型合理調度水泵,根據實(shí)際情況先后開(kāi)啟水泵、或者同時(shí)開(kāi)啟多臺水泵,并且做到出現險情時(shí)能及時(shí)報警。

(3)自動(dòng)輪換工作

　　為了防止因備用泵及其電氣設備或者備用管路長(cháng)期不用而使電機和電氣設備受潮或其他故障未及時(shí)發(fā)現,工作泵出現緊急故障需投入備用泵時(shí),而不能及時(shí)投入以至影響礦井安全,本系統設計了多臺泵自動(dòng)輪換工作控制,控制程序將水泵啟停次數及運行時(shí)間和管路使用次數及流量等參數自動(dòng)記錄并累計,系統根據這些運行參數按一定順序自動(dòng)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。

 

(4)設備自檢功能

　　主要設備提供自檢功能,上位機程序對設備故障進(jìn)行報警。設備的主要故障類(lèi)型實(shí)現報警提示,幫助運行人員診斷設備故障。

(5)故障診斷功能

　　系統提供故障診斷功能,通過(guò)實(shí)時(shí)監測排水壓力、真空負壓、排水流量、電壓和電流參數的變化實(shí)現對水泵不上水、壓力不足、排水效率降低、啟動(dòng)負荷大、軸承過(guò)熱等故障的診斷,降低系統故障時(shí)間。另系統設檢修閉鎖功能。

(6)采用雙環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)設計

　　系統采用雙環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)設計即方便系統擴展又可以容易地接入數字化礦山系統,并且工業(yè)以太網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)好特,易于網(wǎng)絡(luò )管理。

 

4　使用注意事項

(1)清理水倉雜質(zhì)

　　因大部分礦井下沒(méi)有設置積水沉淀池,大量泥沙、碳沫直接經(jīng)過(guò)排水系統排到井上,水中的雜質(zhì)容易造成電動(dòng)球閥的堵塞或開(kāi)關(guān)不到位,故雷清理水雜質(zhì)。

(2)清理排水泵路和儀表

　　如果主排水管路的逆止閥年久失修,管路中所有水的壓力會(huì )直接作用在電動(dòng)執行閥上,造成開(kāi)關(guān)閥時(shí)力矩過(guò)大,故雷甭理排水泵路。正壓表和負壓表容易損壞,必須采用高質(zhì)量抗震的產(chǎn)品。

(3)動(dòng)力電源接線(xiàn)要有保護

　　電動(dòng)執行閥電動(dòng)機的動(dòng)力電源接線(xiàn)#好有相序保護器。

　　本設計系統經(jīng)實(shí)際運行結果,具有運行可靠,數據傳輸準確及節能等優(yōu)勢,為井下安全生產(chǎn)提供有力保障。