水泵机组的自动化监测改造设计

时间：2024-04-25

李晓

中色（宁夏）东方集团宁夏石嘴山 753000

随着科学技术的发展，现代工业生产的机械设备正朝着大型化、复杂化、高速化及自动化方向发展。设备的生产效率越来越高，机械结构也日趋复杂，为了掌握设备的运行状态，特别是对于生产中的水泵机组实行自动化监测。

1 概述

1.1 水泵监控系统的构成

水泵机组的监控系统通常是由外围传感器、就地控制柜、PLC柜与低压柜等共同组成。其中，就地控制柜中主要包含有I/O模块与指示装置，而PLC柜中则配有中间继电器、与信号处理器等几大构件。其在实际运行中，主要是通过运算控制来实现对信号的准确处理，确保水泵能够稳定运行。而低压开关柜中则配置了继电器、接触器等，其主要承担着控制电磁阀的重任。

1.2 自动化监测改造设计的必要性

水泵机组是大型关键设备，其合理管理有很大难度。主要有以下几个问题：每个水平排水泵房都需要设专人值班，水泵操作几乎都是泵房司机操作，劳动强度大，企业达不到减员增效的目的，经济效益很差；设备运行发生故障时，凭借经验区分系统的故障状态，可靠性差；矿井地面指挥中心不能实时了解水泵机组的运行状态，而且在故障时不能有效地进行故障控制，为此需要进行自动化改造[1]。

2 水泵机组自动化监测系统的功能

针对水泵机组进行自动化监测改造设计的最终目标，是为了确保自动化监测系统具备以下功能：①工作人员能对水泵机组的实际运行进行远程操作，并对其动态运行参数等进行实时记录与储存；②自动化监测系统能够自主运行，并依据水仓水位与用电量等指标数据信息来对水泵机组的运行状态进行适当调整；③自动化监测系统应具备人工手动控制选项，以便在自动化控制系统全面崩溃后，通过工作人员的人工操作来实现对水泵机组运行状态的准确控制；④自动化监测系统还应具备一定的故障诊断与处理能力，确保在系统运行出现故障问题时，用户端能够及时发出警报信息，并判断出故障问题的具体类型，并对其进行对应处理，比如系统停机或降低运行速度等。相较于人工处理故障问题，其所耗时间更少，处理效率更高，有效保障了故障问题处理的及时有效性；⑤自动化监测系统还应具备语言通信与视频通信功能，确保在发生紧急故障后，管理人员能够及时对水泵机组操作人员建立有效通讯，及时进行故障问题的处理等，降低故障问题的危害。此外，自动化监测系统还应具备不同的权限与功能，保证其在运行时，能够准确显示出设备的运行状态、运行时间，并对工作人员进行下次检修日期的提示等。

3 水泵自动化监测系统硬件设计

在针对水泵机组进行自动化监测改造设计时，要进行的进行硬件系统的设计，具体应包括现场层、监控层、诊断层与故障远程处理层等四大模块，上述模块之间的互相作用是保证水泵机组自动化监测系统有效运行的重要基础。其中现场层主要承担着控制水泵机组与采集运行信号的任务。在进行从站的设计时，应注重数字量输入输出模块与模拟量输入模块的合理配置，并利用测控仪表的通信功能来减少主站资源。工作人员还应注意对保护电阻的合理设计与设置，以便降低电流过载对其造成的威胁，降低故障隐患风险。工作人员通过使用工业平板电脑就能够对数据采集卡获取的水泵机组振动信号进行有效的预处理，并借助工业以太网来将其传输到故障诊断中心。而监控层则主要是指对水泵机组的集控柜运行状态进行实施监测，其实际运行是由总线主站PLC与信息采集系统等共同实现的。PLC作为主控器，其主要承担着逻辑处理与控制以及简单数据处理的功能，能够通过现场总线来与现场层设备进行有效通讯。而系统的下位机硬件系统则应由主PLC、触摸屏、模拟量与开关量采集以及执行模块等共同组成。由此可知，工作人员在进行自动监测系统的硬件设计时，应注重对PLC的合理选用。PLC模块PLC为系统核心部分，这里选用高可靠性的S7-300 系列 PLC[2]。

4 水泵机组自动化监测系统的软件设计

水泵机组自动化监测系统的软件系统应包括就地柜与集控柜的PLC软件程序与昆仑通态MCGS以及国产组态王等。水泵机组自动监测控制系统的软件系统在实际过程中，应注重对模板独立性的保持，确保每一模块都应有对应应用程序。具体来说，上位机通信程序模块的功能主要在于实现上位机与主控PLC数据的有效交换，并将交换获得数据与控制命令等传送给平板电脑端口。而就地控制程序模块的主要功能为操控按钮来控制水泵的运行与停止。半自动控制程序模块的运行功能应达到半自动化控制水泵机组的要求，确保通过对上位机与触摸屏发出指令来操作按钮控制水泵机组的运行与停止。模拟量采集程序模块的设计应可以实现对采集数据信息的数字化信号转换，包括压力、负压、液位与温度等数据信息。突发事故处理程序模块功能设计应可以通过相关参数来实现对水泵机组运行故障的有效处理，并发挥相应指令来操控装置动作。综保通信程序模块的功能设计应具备将所获数据传输至控制模块的功能。触摸屏通信程序模块设计应确保其自身MPI通信能够与PLC交换数据[3]。

当水泵机组的运行状态出现异常时，监视器会根据测量到的信号发出相应的动作指令给相应的机构。发生故障时，故障报警程序模块可以自动发出水泵的停止指令并发出相应的警报信号。此外，还会调用半自动化程序，将故障的原因和信息显示在上位机上。