李曉

中色（寧夏）東方集團 寧夏石嘴山 753000

隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的機械設備正朝著大型化、復雜化、高速化及自動化方向發(fā)展。設備的生產(chǎn)效率越來越高，機械結(jié)構也日趨復雜，為了掌握設備的運行狀態(tài)，特別是對于生產(chǎn)中的水泵機組實行自動化監(jiān)測。

1 概述

1.1 水泵監(jiān)控系統(tǒng)的構成

水泵機組的監(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、與信號處理器等幾大構件。其在實際運行中，主要是通過運算控制來實現(xiàn)對信號的準確處理，確保水泵能夠穩(wěn)定運行。而低壓開關柜中則配置了繼電器、接觸器等，其主要承擔著控制電磁閥的重任。

1.2 自動化監(jiān)測改造設計的必要性

水泵機組是大型關鍵設備，其合理管理有很大難度。主要有以下幾個問題：每個水平排水泵房都需要設專人值班，水泵操作幾乎都是泵房司機操作，勞動強度大，企業(yè)達不到減員增效的目的，經(jīng)濟效益很差；設備運行發(fā)生故障時，憑借經(jīng)驗區(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時了解水泵機組的運行狀態(tài)，而且在故障時不能有效地進行故障控制，為此需要進行自動化改造[1]。

2 水泵機組自動化監(jiān)測系統(tǒng)的功能

針對水泵機組進行自動化監(jiān)測改造設計的最終目標，是為了確保自動化監(jiān)測系統(tǒng)具備以下功能：①工作人員能對水泵機組的實際運行進行遠程操作，并對其動態(tài)運行參數(shù)等進行實時記錄與儲存；②自動化監(jiān)測系統(tǒng)能夠自主運行，并依據(jù)水倉水位與用電量等指標數(shù)據(jù)信息來對水泵機組的運行狀態(tài)進行適當調(diào)整；③自動化監(jiān)測系統(tǒng)應具備人工手動控制選項，以便在自動化控制系統(tǒng)全面崩潰后，通過工作人員的人工操作來實現(xiàn)對水泵機組運行狀態(tài)的準確控制；④自動化監(jiān)測系統(tǒng)還應具備一定的故障診斷與處理能力，確保在系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障問題時，用戶端能夠及時發(fā)出警報信息，并判斷出故障問題的具體類型，并對其進行對應處理，比如系統(tǒng)停機或降低運行速度等。相較于人工處理故障問題，其所耗時間更少，處理效率更高，有效保障了故障問題處理的及時有效性；⑤自動化監(jiān)測系統(tǒng)還應具備語言通信與視頻通信功能，確保在發(fā)生緊急故障后，管理人員能夠及時對水泵機組操作人員建立有效通訊，及時進行故障問題的處理等，降低故障問題的危害。此外，自動化監(jiān)測系統(tǒng)還應具備不同的權限與功能，保證其在運行時，能夠準確顯示出設備的運行狀態(tài)、運行時間，并對工作人員進行下次檢修日期的提示等。

3 水泵自動化監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計

在針對水泵機組進行自動化監(jiān)測改造設計時，要進行的進行硬件系統(tǒng)的設計，具體應包括現(xiàn)場層、監(jiān)控層、診斷層與故障遠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組自動化監(jiān)測系統(tǒng)有效運行的重要基礎。其中現(xiàn)場層主要承擔著控制水泵機組與采集運行信號的任務。在進行從站的設計時，應注重數(shù)字量輸入輸出模塊與模擬量輸入模塊的合理配置，并利用測控儀表的通信功能來減少主站資源。工作人員還應注意對保護電阻的合理設計與設置，以便降低電流過載對其造成的威脅，降低故障隱患風險。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組振動信號進行有效的預處理，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)控層則主要是指對水泵機組的集控柜運行狀態(tài)進行實施監(jiān)測，其實際運行是由總線主站PLC與信息采集系統(tǒng)等共同實現(xiàn)的。PLC作為主控器，其主要承擔著邏輯處理與控制以及簡單數(shù)據(jù)處理的功能，能夠通過現(xiàn)場總線來與現(xiàn)場層設備進行有效通訊。而系統(tǒng)的下位機硬件系統(tǒng)則應由主PLC、觸摸屏、模擬量與開關量采集以及執(zhí)行模塊等共同組成。由此可知，工作人員在進行自動監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計時，應注重對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 水泵機組自動化監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計

水泵機組自動化監(jiān)測系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)應包括就地柜與集控柜的PLC軟件程序與昆侖通態(tài)MCGS以及國產(chǎn)組態(tài)王等。水泵機組自動監(jiān)測控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)在實際過程中，應注重對模板獨立性的保持，確保每一模塊都應有對應應用程序。具體來說，上位機通信程序模塊的功能主要在于實現(xiàn)上位機與主控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行與停止。半自動控制程序模塊的運行功能應達到半自動化控制水泵機組的要求，確保通過對上位機與觸摸屏發(fā)出指令來操作按鈕控制水泵機組的運行與停止。模擬量采集程序模塊的設計應可以實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)信息的數(shù)字化信號轉(zhuǎn)換，包括壓力、負壓、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計應可以通過相關參數(shù)來實現(xiàn)對水泵機組運行故障的有效處理，并發(fā)揮相應指令來操控裝置動作。綜保通信程序模塊的功能設計應具備將所獲數(shù)據(jù)傳輸至控制模塊的功能。觸摸屏通信程序模塊設計應確保其自身MPI通信能夠與PLC交換數(shù)據(jù)[3]。

當水泵機組的運行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，監(jiān)視器會根據(jù)測量到的信號發(fā)出相應的動作指令給相應的機構。發(fā)生故障時，故障報警程序模塊可以自動發(fā)出水泵的停止指令并發(fā)出相應的警報信號。此外，還會調(diào)用半自動化程序，將故障的原因和信息顯示在上位機上。

5 結(jié)語

綜上所述，針對水泵機組進行自動化監(jiān)測改造設計十分必要。因此，相關單位及工作人員就應重視對水泵機組自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計的研究與探討。