基于NX与PLC的煤矿水泵虚拟仿真控制系统设计

引言

如今,虽然大部分矿区的排水系统已经完善,然而在现场工作的新员工却时常会因为经验不足或是接受培训不到位而导致设备损坏,引发事故。因此,拥有一套完整的培训系统是很有必要的。考虑到经济效益与系统的可行性,本文给出了一种基于NX与PLC的煤矿水泵虚拟仿真控制系统设计。

本设计用NX仿真软件建立煤矿水泵的三维仿真模型,并通过oPC协议连接Kepserver,再将Kepserver和西门子S7一l200PLC进行通信,可通过人机界面HMI对PLC发出控制指令,最终实现PLC与NX模型的通信,以达到对虚拟水泵模型仿真控制的目的。与此同时,通过组态王与PLC通信后的数据交换,可以实现在组态王中绘制出的监控界面上进行实时监控。根据监控所得到的水仓水位高度等数据,依据"避峰填谷"原则,设计了一套完整的煤矿水泵排水模拟仿真系统。

1系统功能

具体来说,系统必须具有以下功能:

(l)能够实现对水泵控制工作方式的选择:自动、手动、检修。

(2)能够监测水仓水位高度是否超过临界位置,若是超过,及时发出警报。

(3)能够控制电动阀门和电动球阀的开启与闭合。

(4)能够控制水泵和射流泵的启动与停止。

(5)能够控制驱动水泵工作的电机的启动与停止。

(6)能够对电机轴与水泵轴进行温度监测,若是超出安全指标,则发出警报。

(7)能够向上位机中组态监控界面发送实时数据。

2界面设计

图1为用博途绘制出的煤矿水泵控制人机界面。

图2为用组态王绘制出的煤矿水泵监控界面。

3系统通信

图3为用Visio绘制的系统通信结构图。

具体的通信分为PLC分别与HMI、组态王监控界面、Kepserver的通信以及Kepserver与NX的通信。通信结果如图4、图5所示。

4排水系统工作流程

首先,PLC进行模拟量的采集,检测水仓水位。当水仓水位超过设置的水位安全临界时,通过系统控制打开电动球阀,启动射流泵,为离心式水泵内部注水。这时打开电动机启停开关,使得电动机正常工作,带动离心式水泵内部的叶轮高速运转。这样,注入的水会被甩向水泵内腔的周围,使得水泵中心部位的真空度增加,进而在大气压的作用下,水仓中的水会被压入水泵的内腔。此时,水泵出水口压力将逐渐增加,当达到一定值时就不再增加,此时开启该水泵的电动阀门,让水泵进行排水工作,同时关闭电动球阀,使射流泵停止为离心式水泵注水。在水泵的作用下,水仓水位逐渐下降,当下降到安全水位时,先关闭离心式水泵的电动阀门,以防排水管中的水倒流回水仓。然后关闭电动机,使水泵停止工作。

具体工作流程如图6所示。

5结语

该系统以S7-1200PLC为核心,电源模块为PLC供电,通过进行PLC编程,经过交换机,由工作人员在人机界面HMI上进行操作,并可在上位机上的组态监控界面对各种参数包括水仓水位高度、水泵内水压大小、环境温度等进行实时监控。该系统具有编程简单、操作方便、监控实时的特点:还可在人机界面HMI进行操作,经由PLC发出控制命令,对软件中的仿真水泵等设备模型进行启动、停止等相关操作,可以在仿真软件中直观地看到水泵工作的状态。