基于PAC的礦井水泵自動控制系統

徐鵬鵬

【摘 要】本文針對傳統PLC控制系統存在的不足，設計了基于PAC的礦井水泵自動控制系統，對系統的軟硬件結構進行詳細介紹。通過現場的實際應用表明采用PAC為控制核心可以使系統具有良好的數據處理能力和通信能力，能運行復雜的控制算法，為水泵性能分析和故障診斷提供了可靠的數據基礎，提高了整個排水系統的自動化程度。

【關鍵詞】PAC;水泵;性能分析

中圖分類號： TH38 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）25-0056-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.25.026

0 引言

目前，基于PLC（可編程邏輯控制器）的控制方案由于其穩定可靠、堅固耐用的優點在煤礦自動化控制領域占據了主導地位。但是隨著自動化技術、通信技術的不斷發展，自動化系統集成度越來越高，通信數據量越來越大，傳統的PLC控制模式已滿足不了煤礦自動化系統的需求，PAC（可編程自動化控制器）將PLC的穩定性和PC的數據處理相結合，應用越來越廣泛。

1 PAC的優勢

目前PLC控制模式主要存在以下不足：

（1）各廠家PLC通信網絡、通信協議、編程方式不一致，兼容性差，使得各子系統集成困難，不適應全礦井自動化的發展。

（2）數據處理能力不足，無法實現復雜算法的應用。

（3）PLC數據容量較小，遠程數據發布困難，與移動端、Web端的連接比較困難。

為此，美國自動化研究機構（ARC）提出了PAC（Programmable Automation Controller，可編程自動化控制器）的概念。PAC將PLC和PC的各自優點相結合，既具有高可靠的工業現場特點，又具備復雜功能的能力，尤其是在大型機電設備故障診斷與預警方面，具有得天獨厚的優勢。本文以某煤礦中央泵房為研究對象，設計了以PAC為控制核心的水泵自動控制系統。

2 系統的硬件結構

系統硬件結構圖如圖1所示，主要由集控柜PAC、就地箱PAC、傳感器及執行機構、視頻數據采集和處理、監控及診斷終端、通信設備組成。以下為各部分主要部件的選型和功能。

2.1 集控柜PAC選用NI公司的Compact RIO

（1）通過工業以太網與上位機通信;

（2）通過現場總線與就地箱PAC通信;

（3）對采集的監測信號進行預處理;

（4）實現水泵機組的聯合最優控制。

2.2 就地箱PAC選用NI公司的Compact FieldPoint：

（1）實時采集水泵各種狀態參數。

（2）對采集信號進行數字濾波處理。

（3）控制單臺水泵啟停。

（4）與集控柜PAC通信。

2.3 傳感器及執行機構包括以下幾部分

（1）傳感器有壓力、負壓、流量、液位、振動、溫度等。

（2）執行機構有電動球閥、電動閘閥、真空泵、高防開關等。

2.4 視頻數據采集和處理選用NI Compact Vision System

（1）實時采集中央變電所和中央泵房攝像頭視頻數據。

（2）對視頻數據進行處理分析。

2.5 監控與診斷終端

（1）上位機遠程監控。

（2）數據處理和存儲。

（3）故障診斷系統。

（4）web服務。

3 系統的軟件結構

系統的軟件結構如圖2所示，主要有就地箱PAC軟件程序、集控柜PAC軟件程序和上位機軟件程序。

3.1 就地箱PAC程序

（1）通信程序：完成與集控柜PAC、智能傳感器通信。

（2）數據采集及濾波程序：完成各種模擬量的數據采集、轉換和濾波。

（3）就地控制程序：控制單臺水泵的啟停程序。

（4）半自動控制程序：一鍵啟停水泵的程序，控制命令由觸摸屏或上位機發出。

3.2 集控柜PAC程序

（1）通信程序：完成與就地箱PAC、高壓柜綜保及上位機通信。

（2）數據預處理程序：完成對采集數據的預處理。

（3）觸摸屏程序：實現各種參數在觸摸屏上的顯示，報警信息的顯示，控制命令下發。

（4）全自動控制程序：通過液位、時間、涌水等因素自動調用各就地箱PAC程序實現水泵機組的全自動控制。

（5）多水平聯合最優控制：實現多個水平的水泵聯合控制，優化調度命令等。

（6）故障報警程序：實現水泵啟動過程、停止過程、運行過程中出現的各種故障報警。

3.3 上位機程序

上位機組態軟件選用美國Wonderware公司的Intouch10.0，主要完成水泵機組的遠程監測與遠程控制。同時還可以根據經過PAC預處理以后的相關數據對水泵進行性能分析及故障診斷。

4 結論

采用以PAC為控制核心的水泵自動控制系統能夠在PAC中完成大量的數據預處理，大大減輕了上位機的工作量，使得上位機能夠騰出足夠的資源進行水泵性能分析及故障診斷，這對于提高整個煤礦排水的時效性、經濟性具有很好的支持。

【參考文獻】

[1]李小軍，趙淑琴.基于PAC的可控被動式減搖水艙控制系統設計[J].船舶工程，2013，35：98-100.

[2]吳平，張穎超.PAC技術的發展現狀及其應用前景[J].電氣傳動，2006，36（3）：44-47.

[3]葉建平.新型控制器PAC以太網接口的設計與研究[D].成都：西華大學，2013.