基于NX與PLC的煤礦水泵虛擬仿真控制系統(tǒng)設(shè)計

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)場工作的新員工卻時常會因為經(jīng)驗不足或是接受培訓不到位而導(dǎo)致設(shè)備損壞,引發(fā)事故。因此,擁有一套完整的培訓系統(tǒng)是很有必要的。考慮到經(jīng)濟效益與系統(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。

本設(shè)計用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進行通信,可通過人機界面HMI對PLC發(fā)出控制指令,最終實現(xiàn)PLC與NX模型的通信,以達到對虛擬水泵模型仿真控制的目的。與此同時,通過組態(tài)王與PLC通信后的數(shù)據(jù)交換,可以實現(xiàn)在組態(tài)王中繪制出的監(jiān)控界面上進行實時監(jiān)控。根據(jù)監(jiān)控所得到的水倉水位高度等數(shù)據(jù),依據(jù)"避峰填谷"原則,設(shè)計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)對水泵控制工作方式的選擇:自動、手動、檢修。

(2)能夠監(jiān)測水倉水位高度是否超過臨界位置,若是超過,及時發(fā)出警報。

(3)能夠控制電動閥門和電動球閥的開啟與閉合。

(4)能夠控制水泵和射流泵的啟動與停止。

(5)能夠控制驅(qū)動水泵工作的電機的啟動與停止。

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

(7)能夠向上位機中組態(tài)監(jiān)控界面發(fā)送實時數(shù)據(jù)。

2界面設(shè)計

圖1為用博途繪制出的煤礦水泵控制人機界面。

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進行模擬量的采集,檢測水倉水位。當水倉水位超過設(shè)置的水位安全臨界時,通過系統(tǒng)控制打開電動球閥,啟動射流泵,為離心式水泵內(nèi)部注水。這時打開電動機啟停開關(guān),使得電動機正常工作,帶動離心式水泵內(nèi)部的葉輪高速運轉(zhuǎn)。這樣,注入的水會被甩向水泵內(nèi)腔的周圍,使得水泵中心部位的真空度增加,進而在大氣壓的作用下,水倉中的水會被壓入水泵的內(nèi)腔。此時,水泵出水口壓力將逐漸增加,當達到一定值時就不再增加,此時開啟該水泵的電動閥門,讓水泵進行排水工作,同時關(guān)閉電動球閥,使射流泵停止為離心式水泵注水。在水泵的作用下,水倉水位逐漸下降,當下降到安全水位時,先關(guān)閉離心式水泵的電動閥門,以防排水管中的水倒流回水倉。然后關(guān)閉電動機,使水泵停止工作。

具體工作流程如圖6所示。

5結(jié)語

該系統(tǒng)以S7-1200PLC為核心,電源模塊為PLC供電,通過進行PLC編程,經(jīng)過交換機,由工作人員在人機界面HMI上進行操作,并可在上位機上的組態(tài)監(jiān)控界面對各種參數(shù)包括水倉水位高度、水泵內(nèi)水壓大小、環(huán)境溫度等進行實時監(jiān)控。該系統(tǒng)具有編程簡單、操作方便、監(jiān)控實時的特點:還可在人機界面HMI進行操作,經(jīng)由PLC發(fā)出控制命令,對軟件中的仿真水泵等設(shè)備模型進行啟動、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)。