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露天矿疏干排水无线控制系统案例

露天矿疏干排水无线控制系统案例

1引言

煤矿排水系统承担着排出全部涌水的重要任务,是保证煤矿安全生产的关键环节。因此,应用现代自动化控制技术,实现煤矿排水系统的自动化控制,确保煤矿安全生产、经济合理尤为关键。

2系统概況

露天矿疏干排水无线控制系统由1座控制中心,和数座移动箱式变电站组成。控制中心通过无线透传终端采集和控制各座移动箱式变电站的设备情况。

2.1中心站

(1)主机:PC或服务器。
(2)系统软件:含数据采集及数据库,处理软件采用通用PCAUTO3.6组态软件。
(3)AB433A无线透传中的:可无线透传RS485总线数据,传输距离10米-10公里。
(4)直流稳压电源:要求抗高频干扰能力强、纹波小、并有足够的带载能力及连续工作能力;还应具有电流电压指示、过流、过压保护及防雷等功能,一般选用线性电源为好。
(5)天馈系统:一般采用全向高增益天线及低损耗馈线或馈管并配上优质的高频接插件,有条件架高的尽量架高,以确保信号质量;多雷地区应按要求架设避雷针、配上同轴避雷器。

2.2分站(下位机)配置

(1)一次仪表:如压力、流量、电流、电压、水位、流速、雨量传感器或开关量等。
(2)PLC(可编程控制器)或RTU:含数据采集、处理软件及与上位机的通信软件,采用CONCEPT.XL.V2.6控制软件。
(3)AB433G系列无线点对点终端:可根据通信距离的远近选择不同功率的终端,可同时传输开关量和模拟量信号,可根据具体需求进行配置。
(4)直流稳压电源:要求抗高频干扰能力强、纹波小、并有足够的带载能力;还应具有过流、过压保护及防雷等功能。
(5)天馈系统:一般采用定向高增益天线及低损耗馈线并配上优质的高频接插件,有条件架高的尽量架高,以确保信号质量;多雷地区应配上同轴避雷器;每个分站的定向天线一般应对准中心站的全向天线。

3系统组成及各部分功能

系统主要由控制中心、移动变电站采集系统组成。中心监控系统由组态软件PCAUTO完成;控制中心采集系统由移动变电站的PLC完成,其信息的传递方式为无线透明传输。

3.1系统的软件设计

中心监控系统采用PCAUTO通用组态软件完成移动变电站的监控。该系统是目前国内先进的自动化系统之一,已广泛应用于工厂、煤炭、铁路、粮食、天然气、煤气系统及石油化工行业。PCAUTO监控系统组态软件以Windows NT、Windows 2000为操作系统平台,以ORACLE、SYBASE、MSSQL等为数据库平台,以TCP/IP作为网络通信协议,采用CLIENT/SERVER,B/S软件结构。
PCAUTO系统提供了标准的图形化的用户界面。根据PCAUTO提供的模块基本功能,对PCAUTO组态编辑所需的工况图、系统图、工艺图、曲线、棒图等,并通过这些图形,对实际的工况数据、生产过程进行监视,实现以下功能:
(1)流程及实时数据查看。控制中心有各个移动变电站分布控制图及各站的系统工艺图,并在相应位置显示电压、电流、疏干泵运行等参数,还包括全站模拟量一览表。
(2)报警设置及打印。以不同颜色形式,把当前报警、已确认报警和已恢复报警区分开来,每个报警量可以显示它的节点名、位号、描述、报警产生时间、报警消除时间、状态、当前值等信息。
(3)事件记录。从上位机可以查看事件记录,例如:某操作员于什么时间进行登录,什么时间退出登录等。
(4)趋势图。趋势显示是带有时间标志的一个数据图表,显示为时间函数的趋势曲线,反应各量值的变化趋势。
(5)打印实时和历史报表。
(6)实时数据库。实时数据库用于储存最新采集的来自现场控制站,以及通过通讯控制网络采集的其他系统的各种过程变量,这些数据可用于显示的动态连接或实时报表。

3.2系统的硬件设计

PLC控制系统采用TSXP-PLC的产品。TSXPPLC产品采用国际通用积木式结构组成,易安装、易使用,系统可靠性、兼容性、扩充性强等功能,远传通讯功能强大、组网灵活、独立完成测控任务,严格保证移动变电站设施的安全运行、正常生产。实现对现场设备的数据采集、报警、控制、联锁等控制功能。
TSXP-PLC采用了32位元CPU,I/O点数从100点到2000多点,采用国际标准编程软件,有足够编程空间;远程模块最大可连接32个站点,距离1200m;支援以太网端口,采用ModBus RTU协议,可与任何MMI/SCADA/控制系统整合;采用模块化设计,可方便使用,缩小空间;并带有PID控制模块。TSXPPLC数据采集使用ModBus总线架构;采用最新研发专利技术,可在现场直接将非隔离的RS485信号升级为具隔离的RS485信号。
系统采用的PLC模板主要有:
(1)TSXAEY8008CH模拟量输入模板采集现场的4-20mA模拟信号。
(2)TSXDEY16A5DI16开关量输入模块。
(3)TSXDSY16R5D016开关量输出模块。以7号移动变电站为例,控制系统数据采集表和电气系统所需资源如表1。
表1 7号移动变电站检测监控表

序号 仪表位号 数量 DI DO AI AO 备注
1 疏干泵 10 40 10      
2 疏干泵电流 10     10   AI:4-20mA
3 水流开关 10 10        
4 系统电压 1     1    
5 液位开关 10 20        
6 电加热 10 1       高、低报警
7 控制箱开门 1 1        
 

3.3控制中心与移动变电站之间的通讯设计

在露天矿疏干排水无线控制系统中,AB433A无线透传终端是连接控制中心与移动变电站PLC的重要环节。PLC每隔5min采集移动变电站运行情况,以时间标签方式储存本地数据,通过通道上传到控制中心系统,供控制中心分析和使用。而控制中心的操作命令也是通过通道下达到移动变电站的PLC,所以通道是连接控制中心与移动变电站的神经。为了保证数据的实时性,整个露天矿疏干排水系统每天零点对所有的控制设备、计算机、PLC时钟校时,统一时钟。
本方案控制中心与移动变电站的PLC采用AB433A系列无线点对点终端。控制中心天线的架设不低于10m,移动变电站及天线的架设位置根据实际情况,选择避开高大建筑和强信号干扰地区,天线尽量架在最高点。考虑到控制中心数据交换量比较大,控制中心选择了馈管和全向高增益天线进行连接。移动变电站根据实际情况则选用馈线和定向天线进行连接。

3.4 移动变电站与一次仪表之间的无线连接

移动变电站与一次仪表之间使用AB433G无线点对点终端连接,AB433G可将模拟量和开关量信号1:1传输,传输距离10米-20公里可选。可将远距离水井的液位信号,疏干泵的状态,电流信息传输到PLC,也可将PLC的控制信息无线传输到水泵和水井。

AB433G是陕西艾宝测控技术有限公司(http://www.aibov.com/)研发的一款无线终端,AB433G无线终端同时具有开关量和模拟量无线传输功能。可将A点的开关量和模拟量信号无线传输到B点,同时可将B点的开关量和模拟量信号无线传输到A点。可以工作在点对点模式,也可以工作在点对多模式。AB433G无线终端采用无线电数字通信技术,可替代连接电缆,大大降低企业人力物力成本,减少施工和维护难度。
AB433G无线终端具有4路开关量输入、4路开关量输出、4路模拟量输入和4路模拟量输出。针对工业用户,全工业级设计,经过大量测试,质量稳定可靠。免编程,拨码开关即可设置所有工作参数。产品体积小巧,标准导轨安装。广泛应用于工业自动化、厂矿、电力、水利、环保、农业、交通、军工、安防等领域。

4结语

利用工业控制技术、PLC和AB433G无线点对点终端组成的露天矿疏干排水工业控制系统,具有组网灵活,移动控制范围大的特点。此系统经过在露天矿一年多的使用,运行状况良好,充分发挥了PLC和窄带物联网技术的特点,实现了煤矿排水系统的管、控、检一体化,提高了煤矿排水的可靠性和自动化水平,产生了明显的经济效益。