水泵機(jī)組的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)改造設(shè)計(jì)

李曉

中色（寧夏）東方集團(tuán) 寧夏石嘴山 753000

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備正朝著大型化、復(fù)雜化、高速化及自動(dòng)化方向發(fā)展。設(shè)備的生產(chǎn)效率越來越高，機(jī)械結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，為了掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，特別是對(duì)于生產(chǎn)中的水泵機(jī)組實(shí)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

1 概述

1.1 水泵監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

水泵機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)通常是由外圍傳感器、就地控制柜、PLC柜與低壓柜等共同組成。其中，就地控制柜中主要包含有I/O模塊與指示裝置，而PLC柜中則配有中間繼電器、與信號(hào)處理器等幾大構(gòu)件。其在實(shí)際運(yùn)行中，主要是通過運(yùn)算控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的準(zhǔn)確處理，確保水泵能夠穩(wěn)定運(yùn)行。而低壓開關(guān)柜中則配置了繼電器、接觸器等，其主要承擔(dān)著控制電磁閥的重任。

1.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)改造設(shè)計(jì)的必要性

水泵機(jī)組是大型關(guān)鍵設(shè)備，其合理管理有很大難度。主要有以下幾個(gè)問題：每個(gè)水平排水泵房都需要設(shè)專人值班，水泵操作幾乎都是泵房司機(jī)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，企業(yè)達(dá)不到減員增效的目的，經(jīng)濟(jì)效益很差；設(shè)備運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，憑借經(jīng)驗(yàn)區(qū)分系統(tǒng)的故障狀態(tài)，可靠性差；礦井地面指揮中心不能實(shí)時(shí)了解水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，而且在故障時(shí)不能有效地進(jìn)行故障控制，為此需要進(jìn)行自動(dòng)化改造[1]。

2 水泵機(jī)組自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能

針對(duì)水泵機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)改造設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)，是為了確保自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備以下功能：①工作人員能對(duì)水泵機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，并對(duì)其動(dòng)態(tài)運(yùn)行參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄與儲(chǔ)存；②自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠自主運(yùn)行，并依據(jù)水倉(cāng)水位與用電量等指標(biāo)數(shù)據(jù)信息來對(duì)水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；③自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備人工手動(dòng)控制選項(xiàng)，以便在自動(dòng)化控制系統(tǒng)全面崩潰后，通過工作人員的人工操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確控制；④自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還應(yīng)具備一定的故障診斷與處理能力，確保在系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障問題時(shí)，用戶端能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息，并判斷出故障問題的具體類型，并對(duì)其進(jìn)行對(duì)應(yīng)處理，比如系統(tǒng)停機(jī)或降低運(yùn)行速度等。相較于人工處理故障問題，其所耗時(shí)間更少，處理效率更高，有效保障了故障問題處理的及時(shí)有效性；⑤自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還應(yīng)具備語言通信與視頻通信功能，確保在發(fā)生緊急故障后，管理人員能夠及時(shí)對(duì)水泵機(jī)組操作人員建立有效通訊，及時(shí)進(jìn)行故障問題的處理等，降低故障問題的危害。此外，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還應(yīng)具備不同的權(quán)限與功能，保證其在運(yùn)行時(shí)，能夠準(zhǔn)確顯示出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間，并對(duì)工作人員進(jìn)行下次檢修日期的提示等。

3 水泵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在針對(duì)水泵機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)改造設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行的進(jìn)行硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具體應(yīng)包括現(xiàn)場(chǎng)層、監(jiān)控層、診斷層與故障遠(yuǎn)程處理層等四大模塊，上述模塊之間的互相作用是保證水泵機(jī)組自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有效運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。其中現(xiàn)場(chǎng)層主要承擔(dān)著控制水泵機(jī)組與采集運(yùn)行信號(hào)的任務(wù)。在進(jìn)行從站的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注重?cái)?shù)字量輸入輸出模塊與模擬量輸入模塊的合理配置，并利用測(cè)控儀表的通信功能來減少主站資源。工作人員還應(yīng)注意對(duì)保護(hù)電阻的合理設(shè)計(jì)與設(shè)置，以便降低電流過載對(duì)其造成的威脅，降低故障隱患風(fēng)險(xiǎn)。工作人員通過使用工業(yè)平板電腦就能夠?qū)?shù)據(jù)采集卡獲取的水泵機(jī)組振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行有效的預(yù)處理，并借助工業(yè)以太網(wǎng)來將其傳輸?shù)焦收显\斷中心。而監(jiān)控層則主要是指對(duì)水泵機(jī)組的集控柜運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)，其實(shí)際運(yùn)行是由總線主站PLC與信息采集系統(tǒng)等共同實(shí)現(xiàn)的。PLC作為主控器，其主要承擔(dān)著邏輯處理與控制以及簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理的功能，能夠通過現(xiàn)場(chǎng)總線來與現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備進(jìn)行有效通訊。而系統(tǒng)的下位機(jī)硬件系統(tǒng)則應(yīng)由主PLC、觸摸屏、模擬量與開關(guān)量采集以及執(zhí)行模塊等共同組成。由此可知，工作人員在進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注重對(duì)PLC的合理選用。PLC模塊PLC為系統(tǒng)核心部分，這里選用高可靠性的S7-300 系列 PLC[2]。

4 水泵機(jī)組自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

水泵機(jī)組自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)應(yīng)包括就地柜與集控柜的PLC軟件程序與昆侖通態(tài)MCGS以及國(guó)產(chǎn)組態(tài)王等。水泵機(jī)組自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)在實(shí)際過程中，應(yīng)注重對(duì)模板獨(dú)立性的保持，確保每一模塊都應(yīng)有對(duì)應(yīng)應(yīng)用程序。具體來說，上位機(jī)通信程序模塊的功能主要在于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與主控PLC數(shù)據(jù)的有效交換，并將交換獲得數(shù)據(jù)與控制命令等傳送給平板電腦端口。而就地控制程序模塊的主要功能為操控按鈕來控制水泵的運(yùn)行與停止。半自動(dòng)控制程序模塊的運(yùn)行功能應(yīng)達(dá)到半自動(dòng)化控制水泵機(jī)組的要求，確保通過對(duì)上位機(jī)與觸摸屏發(fā)出指令來操作按鈕控制水泵機(jī)組的運(yùn)行與停止。模擬量采集程序模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)信息的數(shù)字化信號(hào)轉(zhuǎn)換，包括壓力、負(fù)壓、液位與溫度等數(shù)據(jù)信息。突發(fā)事故處理程序模塊功能設(shè)計(jì)應(yīng)可以通過相關(guān)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵機(jī)組運(yùn)行故障的有效處理，并發(fā)揮相應(yīng)指令來操控裝置動(dòng)作。綜保通信程序模塊的功能設(shè)計(jì)應(yīng)具備將所獲數(shù)據(jù)傳輸至控制模塊的功能。觸摸屏通信程序模塊設(shè)計(jì)應(yīng)確保其自身MPI通信能夠與PLC交換數(shù)據(jù)[3]。

當(dāng)水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)視器會(huì)根據(jù)測(cè)量到的信號(hào)發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令給相應(yīng)的機(jī)構(gòu)。發(fā)生故障時(shí)，故障報(bào)警程序模塊可以自動(dòng)發(fā)出水泵的停止指令并發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)信號(hào)。此外，還會(huì)調(diào)用半自動(dòng)化程序，將故障的原因和信息顯示在上位機(jī)上。

5 結(jié)語

綜上所述，針對(duì)水泵機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)改造設(shè)計(jì)十分必要。因此，相關(guān)單位及工作人員就應(yīng)重視對(duì)水泵機(jī)組自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究與探討。