CN206610176U - 一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种矿井节能排水控制系统，具体是一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，属于矿井节能排水控制技术领域，包括上位机监控系统、PLC控制器、分布式IO模块、排水设备系统、信号实时采集与处理系统和故障诊断与优化系统；故障诊断与优化系统能根据实时的检测数据和历史记录自动优化关键控制参数，并传输给控制器作为控制依据，不仅能优化了矿井自动排水控制系统结构、提高了节能效果，同时，可以在系统运行过程中进行故障自诊断，并根据诊断结果自动执行相应的应对方案，提升了系统的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种矿井节能排水控制系统，具体是一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，属于矿井节能排水控制技术领域。
背景技术
矿井排水系统是煤矿生产四大件之一，担负着将井下源源不断的积水排出的重要任务，安全可靠的矿井排水系统是矿井工作人员的生命安全和煤矿安全生产的重要保障。
矿井排水系统在将积水排出的同时也消耗了大量的电能，是煤矿生产的主要能耗设备之一。经统计，根据各矿井涌水量的不同，矿井排水系统的耗电量约占煤矿生产总耗电量的20%~50%，由此可见，矿井排水节能在煤矿生产节能中占据非常重要的位置。
传统的矿井排水系统，需要人工针对现场实际情况，根据经验来判断是否需要排水，进而操作来启停水泵，工人劳动强度大，工作效率低，需要值班人员全天的看守，而且对矿井涌水量的变换反应不够及时准确，需要有一定经验的职工操作控制。
目前，部分煤矿采用了PLC对传统的矿井排水控制系统进行了升级改造，为每台电机泵各配备一套PLC控制设备，采用多PLC组网通讯进行控制的方式，实现了自动排水，但成本高昂、效率低下、故障频发、可靠性差。
据统计，矿下排水系统出现的各类故障，系统启动失败类故障约占总故障的70%，而启动过程抽真空故障又约占系统启动失败类故障的90%。
实用新型内容
本实用新型提供一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，该系统能根据实时的检测数据和历史记录自动优化关键控制参数，并传输给控制器作为控制依据，不仅能优化了矿井自动排水控制系统结构、提高了节能效果，同时，可以在系统运行过程中进行故障自诊断，并根据诊断结果自动执行相应的应对方案，提升了系统的可靠性。
本实用新型按以下技术方案实现：一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，其特征在于：包括上位机监控系统、PLC控制器、分布式IO模块、排水设备系统、信号实时采集与处理系统和故障诊断与优化系统；所述的上位机监控系统与PLC控制器相连，所述的PLC控制器与分布式IO模块和故障诊断与优化系统相连，所述的分布式IO模块与信号实时采集与处理系统和排水设备系统相连，所述的故障诊断与优化系统与信号实时采集与处理系统相连。
优选的，所述信号采集与处理系统包括信号隔离与处理单元、震动传感器、闸阀上端管路压力传感器、闸阀下端管路压力传感器、泵腔负压传感器、超声波液位传感器和浮球式液位传感器；所述的信号隔离与处理单元输入端分别与震动传感器、闸阀上端管路压力传感器、闸阀下端管路压力传感器、泵腔负压传感器、超声波液位传感器和浮球式液位传感器相连。
优选的，所述的故障诊断与优化系统包括采集板卡、通讯板卡和故障诊断软件平台，所述的采集板卡的输入端与信号隔离与处理单元的输出端相连，所述的通讯板卡与PLC控制器通过总线方式相连。
优选的，所述的排水设备系统包括电动机、排水泵、电动闸阀、抽真空电磁阀和射流电磁阀；所述的电动机、排水泵、电动闸阀、抽真空电磁阀和射流电磁阀的控制端子分别连接到分布式IO模块的输入输出端上。
优选的，所述的PLC控制器为S7-300，所述的分布式IO模块为ET200。
优选的，所述PLC控制器通过PROFIBUS接口与分布式IO模块相连。
优选的，所述的上位机监控系统通过PROFIBUS接口与PLC控制器相连。
优选的，所述的故障诊断软件平台为Labview。
本实用新型的有益效果：本实用新型为一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，信号采集与处理系统实时监测液位高低与其变化率等信号给故障诊断与优化系统和PLC控制器，故障诊断与优化系统通过分析处理后将优化后的关键参数设定值传递给PLC控制器，PLC根据设定值和排水策略控制排水设备系统启停，决定是否进行排水，在启动及工作过程中，又结合信号与采集系统实时监测的数据来完成相应操作，同时，故障诊断与优化系统通过实时状态、压力、震动频率等数据分析对当前设备的工作状态进行诊断，并将诊断结果传递给PLC控制器，从而实现了系统的可靠、高效运行和良好的节能效果。
附图说明
图1为本实用新型的结构原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型技术方案进行进一步说明。
一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，其特征在于：包括上位机监控系统、PLC控制器、分布式IO模块、排水设备系统、信号实时采集与处理系统和故障诊断与优化系统；所述的上位机监控系统与PLC控制器相连，所述的PLC控制器与分布式IO模块和故障诊断与优化系统相连，所述的分布式IO模块与信号实时采集与处理系统和排水设备系统相连，所述的故障诊断与优化系统与信号实时采集与处理系统相连。
所述信号采集与处理系统包括信号隔离与处理单元、震动传感器、闸阀上端管路压力传感器、闸阀下端管路压力传感器、泵腔负压传感器、超声波液位传感器和浮球式液位传感器；所述的信号隔离与处理单元输入端分别与震动传感器、闸阀上端管路压力传感器、闸阀下端管路压力传感器、泵腔负压传感器、超声波液位传感器和浮球式液位传感器相连。
所述的故障诊断与优化系统包括采集板卡、通讯板卡和故障诊断软件平台，所述的采集板卡的输入端与信号隔离与处理单元的输出端相连，所述的通讯板卡与PLC控制器通过总线方式相连。
所述的排水设备系统包括电动机、排水泵、电动闸阀、抽真空电磁阀和射流电磁阀；所述的电动机、排水泵、电动闸阀、抽真空电磁阀和射流电磁阀的控制端子分别连接到分布式IO模块的输入输出端上。
信号采集与处理系统同时使用超声波液位传感器和浮球式液位传感器监测水位，超声波水位传感器用于检测实时水位信号，以计算水位变化率，浮球式液位传感器用于检测上下极限水位和关键水位，双传感器冗余检测，提高系统可靠性。
泵腔负压传感器用于射流抽真空过程中检测水泵泵腔真空度，判断水泵是否可以正常自吸排水，以控制电动机的启动时机。
电动闸阀接于水泵出水口管路上，上下方均设置有压力传感器，在水泵电机启动后，在判断出水口压力大于闸阀上方管路压力的条件下，打开电动闸阀进行正常排水，以避免因出水口压力不足造成的水锤事故。
电机、水泵、管路上均布置震动传感器采集震动频率，震动频率经采集板卡进入Labview故障诊断与优化系统与典型故障震动频率特征信号进行比对分析，进行故障诊断，诊断结果通过总线传输给PLC控制器，PLC控制器响应执行相应的安全动作输出，保证系统安全。
系统的工作过程：PLC根据当前水位、水位变化率、当前时间和阶梯电价时间综合分析处理后，决策开启排水系统进行排水时，PLC控制通过总线将启动命令传输给分布式IO模块，分布式IO模块输出具体控制信号，打开射流电磁阀和真空电磁阀，进行抽真空过程，通过泵腔负压传感器检测泵腔内部真空度，当真空度达到设定值后，PLC控制器输出信号控制电机启动运行，水泵正常吸水同时关闭射流电磁阀和真空电磁阀，并通过电动闸阀下方管路压力传感器检测水泵出水口压力，通过与闸阀上方管路压力传感器的值相比对，在下方压力传感器的值大于上方压力传感器的值时，再开启电动闸阀，接通出水管路，进行正常排水。
参数设定与优化过程：各传感器信号通过信号隔离与处理单元进入故障诊断与优化系统，故障诊断与优化系统结合当前的实时传感器信号，结合历史积累的季节性水文记录进行处理，推测未来一段时间内的水位变化量和变化趋势，制定开启水泵进行排水的水位和水位变化率的参数值，并将此参数值通过总线传输给PLC控制器，作为决策开泵排水的依据。
故障诊断与处理过程：将当前状态信号、压力信号、震动频率信号等通过采集板卡输入故障诊断与优化系统，故障诊断与优化系统的Labview软件将数据与典型故障震动频率特征信号进行比对分析，诊断结果通过总线传输给PLC控制器，PLC控制器按照预先设定好的故障应对策略，响应执行相应的安全动作逻辑输出，保证系统安全。
Claims (8)
1.一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，其特征在于：包括上位机监控系统、PLC控制器、分布式IO模块、排水设备系统、信号实时采集与处理系统和故障诊断与优化系统；所述的上位机监控系统与PLC控制器相连，所述的PLC控制器与分布式IO模块和故障诊断与优化系统相连，所述的分布式IO模块与信号实时采集与处理系统和排水设备系统相连，所述的故障诊断与优化系统与信号实时采集与处理系统相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，其特征在于：所述信号采集与处理系统包括信号隔离与处理单元、震动传感器、闸阀上端管路压力传感器、闸阀下端管路压力传感器、泵腔负压传感器、超声波液位传感器和浮球式液位传感器；所述的信号隔离与处理单元输入端分别与震动传感器、闸阀上端管路压力传感器、闸阀下端管路压力传感器、泵腔负压传感器、超声波液位传感器和浮球式液位传感器相连。
3.根据权利要求1所述的一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，其特征在于：所述的故障诊断与优化系统包括采集板卡、通讯板卡和故障诊断软件平台，所述的采集板卡的输入端与信号隔离与处理单元的输出端相连，所述的通讯板卡与PLC控制器通过总线方式相连。
4.根据权利要求1所述的一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，其特征在于：所述的排水设备系统包括电动机、排水泵、电动闸阀、抽真空电磁阀和射流电磁阀；所述的电动机、排水泵、电动闸阀、抽真空电磁阀和射流电磁阀的控制端子分别连接到分布式IO模块的输入输出端上。
5.根据权利要求1所述的一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，其特征在于：所述的PLC控制器为S7-300，所述的分布式IO模块为ET200。
6.根据权利要求1或5所述的一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，其特征在于：所述PLC控制器通过PROFIBUS接口与分布式IO模块相连。
7.根据权利要求1所述的一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，其特征在于：所述的上位机监控系统通过PROFIBUS接口与PLC控制器相连。
8.根据权利要求1所述的一种具有故障自诊断功能的矿井节能排水控制系统，其特征在于：所述的故障诊断软件平台为Labview。
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| CN110058578A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-07-26 | 四川中鼎智能技术有限公司 | 基于控制对象数据过程的诊断控制方法、系统、存储介质和终端 |
| CN113464200A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-10-01 | 辽宁工程技术大学 | 一种自动化排水控制系统及方法 |
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