引言

如今,雖然大部分礦區(qū)的排水系統(tǒng)已經(jīng)完善,然而在現(xiàn)場(chǎng)工作的新員工卻時(shí)常會(huì)因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足或是接受培訓(xùn)不到位而導(dǎo)致設(shè)備損壞,引發(fā)事故。因此,擁有一套完整的培訓(xùn)系統(tǒng)是很有必要的。考慮到經(jīng)濟(jì)效益與系統(tǒng)的可行性,本文給出了一種基于NX與PLC的煤礦水泵虛擬仿真控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

本設(shè)計(jì)用NX仿真軟件建立煤礦水泵的三維仿真模型,并通過oPC協(xié)議連接Kepserver,再將Kepserver和西門子S7一l200PLC進(jìn)行通信,可通過人機(jī)界面HMI對(duì)PLC發(fā)出控制指令,最終實(shí)現(xiàn)PLC與NX模型的通信,以達(dá)到對(duì)虛擬水泵模型仿真控制的目的。與此同時(shí),通過組態(tài)王與PLC通信后的數(shù)據(jù)交換,可以實(shí)現(xiàn)在組態(tài)王中繪制出的監(jiān)控界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。根據(jù)監(jiān)控所得到的水倉(cāng)水位高度等數(shù)據(jù),依據(jù)"避峰填谷"原則,設(shè)計(jì)了一套完整的煤礦水泵排水模擬仿真系統(tǒng)。

1系統(tǒng)功能

具體來說,系統(tǒng)必須具有以下功能:

(l)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水泵控制工作方式的選擇:自動(dòng)、手動(dòng)、檢修。

(2)能夠監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位高度是否超過臨界位置,若是超過,及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

(3)能夠控制電動(dòng)閥門和電動(dòng)球閥的開啟與閉合。

(4)能夠控制水泵和射流泵的啟動(dòng)與停止。

(5)能夠控制驅(qū)動(dòng)水泵工作的電機(jī)的啟動(dòng)與停止。

(6)能夠?qū)﹄姍C(jī)軸與水泵軸進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè),若是超出安全指標(biāo),則發(fā)出警報(bào)。

(7)能夠向上位機(jī)中組態(tài)監(jiān)控界面發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

2界面設(shè)計(jì)

圖1為用博途繪制出的煤礦水泵控制人機(jī)界面。

圖2為用組態(tài)王繪制出的煤礦水泵監(jiān)控界面。

3系統(tǒng)通信

圖3為用Visio繪制的系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)圖。

具體的通信分為PLC分別與HMI、組態(tài)王監(jiān)控界面、Kepserver的通信以及Kepserver與NX的通信。通信結(jié)果如圖4、圖5所示。

4排水系統(tǒng)工作流程

首先,PLC進(jìn)行模擬量的采集,檢測(cè)水倉(cāng)水位。當(dāng)水倉(cāng)水位超過設(shè)置的水位安全臨界時(shí),通過系統(tǒng)控制打開電動(dòng)球閥,啟動(dòng)射流泵,為離心式水泵內(nèi)部注水。這時(shí)打開電動(dòng)機(jī)啟停開關(guān),使得電動(dòng)機(jī)正常工作,帶動(dòng)離心式水泵內(nèi)部的葉輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣,注入的水會(huì)被甩向水泵內(nèi)腔的周圍,使得水泵中心部位的真空度增加,進(jìn)而在大氣壓的作用下,水倉(cāng)中的水會(huì)被壓入水泵的內(nèi)腔。此時(shí),水泵出水口壓力將逐漸增加,當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)就不再增加,此時(shí)開啟該水泵的電動(dòng)閥門,讓水泵進(jìn)行排水工作,同時(shí)關(guān)閉電動(dòng)球閥,使射流泵停止為離心式水泵注水。在水泵的作用下,水倉(cāng)水位逐漸下降,當(dāng)下降到安全水位時(shí),先關(guān)閉離心式水泵的電動(dòng)閥門,以防排水管中的水倒流回水倉(cāng)。然后關(guān)閉電動(dòng)機(jī),使水泵停止工作。

具體工作流程如圖6所示。

5結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)以S7-1200PLC為核心,電源模塊為PLC供電,通過進(jìn)行PLC編程,經(jīng)過交換機(jī),由工作人員在人機(jī)界面HMI上進(jìn)行操作,并可在上位機(jī)上的組態(tài)監(jiān)控界面對(duì)各種參數(shù)包括水倉(cāng)水位高度、水泵內(nèi)水壓大小、環(huán)境溫度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)具有編程簡(jiǎn)單、操作方便、監(jiān)控實(shí)時(shí)的特點(diǎn):還可在人機(jī)界面HMI進(jìn)行操作,經(jīng)由PLC發(fā)出控制命令,對(duì)軟件中的仿真水泵等設(shè)備模型進(jìn)行啟動(dòng)、停止等相關(guān)操作,可以在仿真軟件中直觀地看到水泵工作的狀態(tài)。