運用S7—200型PLC實現(xiàn)礦井排水自動化控制

徐超

[摘 要]本文分析煤礦井下泵房控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作原理，以及實現(xiàn)的功能及其特點。

[關(guān)鍵詞]煤礦井下；泵房排水；PLC與MCGS；監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：TD636 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）15-0001-01

1 引言

計算機控制技術(shù)的快速發(fā)展，以微處理器為核心的可編程序控制器（PLC）在自動化控制系統(tǒng)中逐步取代了繼電接觸器控制系統(tǒng)，因而被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)的自動化控制。煤礦也是如此，以PLC控制為核心程序控制系統(tǒng)正取代井下主排水系統(tǒng)的繼電-接觸器控制，即將全面改變水泵的開停和選擇切換均由人工控制的局面，徹底實現(xiàn)根據(jù)水位或其他參數(shù)自動開停水泵。如此改造，不但安全性好，而且可以節(jié)省看管人員，提高煤礦的自動化管理水平和經(jīng)濟效益，結(jié)合井下泵房監(jiān)控系統(tǒng)，全面實現(xiàn)自動化控制和后臺的監(jiān)控。

2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計基于PLC和MCGS的煤礦井下泵房監(jiān)控系統(tǒng)，安全控制性能好，自動化控制程度高，比較適合運用于井下采區(qū)泵房監(jiān)控。該系統(tǒng)利用PLC抗干擾能力強以及MCGS人機交互性好等特點，通過傳感器和檢測元件，實現(xiàn)了對水泵的全面監(jiān)控。

1）PLC程序控制系統(tǒng)設(shè)計。本控制系統(tǒng)設(shè)計選用S7-200型PLC為控制主機。由于該機為模塊化結(jié)構(gòu)，其可擴展性好，網(wǎng)絡(luò)功能性也強。系統(tǒng)通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)與上位機通信。在控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與程序流程設(shè)計上，主要由PLC機架、CPU、數(shù)字量I/O、模擬量輸入、電源、通信等模塊構(gòu)成，其以PLC控制的程序流程，見如圖1（a）所示。為了能夠保證井下安全生產(chǎn)及系統(tǒng)的可靠運行，其水位信號則是水泵自動化控制中的一個重要的參數(shù)。為此，本系統(tǒng)采用了國外著名廠家的防爆超聲波液位計作為水位信號的采集及傳輸，并設(shè)置了2套水位傳感器，即模擬量和開關(guān)量傳感器。傳感器均設(shè)置于井下的排水配水井內(nèi)，這樣PLC將接收到的模擬量水位信號可以分成若干個水位段，并計算出單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，以判斷礦井水的涌水量，實現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場具體情況來啟動或停止水泵機組。

2）后臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置。①監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：監(jiān)控主機采用研華工控機，使用總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主站系統(tǒng)和外部計算機系統(tǒng)均采用多種靈活方式的連接。各個節(jié)點硬件配置主要包括顯卡、聲卡、顯示器、網(wǎng)卡、打印機等。而后臺監(jiān)控系統(tǒng)，則采用最新組態(tài)軟件MCGS 6.5，以強大的Windows XP為平臺，基于SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng)，通過圖形動態(tài)顯示水泵運行、水井水位狀態(tài)，利用圖形顏色的改變和閃爍功能進行事故報警等。②顯示系統(tǒng)：該監(jiān)控系統(tǒng)使用圖形填充以及趨勢圖、棒狀圖和數(shù)字形式準確實時地顯示水井水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號，在低段、超低段、高段、超高段水位分段報警，用不同聲音提醒工作人員注意當(dāng)前狀態(tài)。③監(jiān)控系統(tǒng)綜合功能：監(jiān)控主機可動態(tài)顯示主排水系統(tǒng)運行的模擬圖、運行參數(shù)圖表，記錄系統(tǒng)運行和故障數(shù)據(jù)，并顯示故障點，以提醒操作人員注意，而后臺監(jiān)控系統(tǒng)還具備打印功能。打印分為正常打印和異常打印兩種模式，有定時啟動、人工啟動和事件驅(qū)動三種啟動方式，即：定時啟動，可以定時打印所需的各種報表，打印周期可自由的進行設(shè)定；人工啟動，由操作人員通過人機界面啟動進行打?。皇录?qū)動，由系統(tǒng)自動根據(jù)事件處理結(jié)果輸出。其內(nèi)容包括以下多方面內(nèi)容：遠動狀態(tài)、設(shè)備投退、遙測越限、遙控操作記錄、遙信變位、事件記錄、系統(tǒng)設(shè)備故障、交接班記錄等。

3）通訊接口設(shè)置。①PLC通信接口設(shè)置。將PLC通過通信接口和通信協(xié)議與后臺監(jiān)控主機通信，水泵機組的工作狀態(tài)與運行參數(shù)均傳送至監(jiān)控主機，以便完成各數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。同時，操作人員也可利用監(jiān)控系統(tǒng)將操作指令傳至PLC，以控制水泵運行。PLC同時又將水泵機組的運行狀態(tài)與參數(shù)經(jīng)安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)分站傳至地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機，并與全礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。這樣管理人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，同時還可根據(jù)自動化控制信息，來實現(xiàn)井下主排水系統(tǒng)的遙測、遙控，并為礦領(lǐng)導(dǎo)提供生產(chǎn)決策信息。②系統(tǒng)升級接口設(shè)置。該系統(tǒng)預(yù)留足夠的升級接口，以后可以方便地與煤礦內(nèi)其他控制系統(tǒng)（如礦井通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控、煤礦井下瓦斯報警系統(tǒng)監(jiān)控、礦井提升系統(tǒng)監(jiān)控，視頻會議系統(tǒng)監(jiān)控等）互聯(lián)互通。

3 控制系統(tǒng)工作原理

本操作控制系統(tǒng)主要包含以下環(huán)節(jié)：自動注水（抽真空）環(huán)節(jié)、閘閥操縱環(huán)節(jié)、水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié)、參數(shù)傳輸環(huán)節(jié)、故障保護環(huán)節(jié)及電動機的自動控制環(huán)節(jié)等。為有效防止因備用泵及其電氣設(shè)備或備用管路長期不用而使電機和電氣設(shè)備的受潮，或者其他故障未經(jīng)及時發(fā)現(xiàn)的等問題，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時不能及時投入影響礦井安全，為此將該系統(tǒng)程序設(shè)計了幾臺水泵自動輪換工作控制的模式。控制程序?qū)⑺玫膯⑼４螖?shù)、運行時間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動記錄、累計，系統(tǒng)根據(jù)此運行參數(shù)按一定順序自動啟停水泵和相應(yīng)管路，使各水泵及其管路的使用率得到均勻分布。假如某臺泵或所屬閥門故障，或者某趟管路漏水時，系統(tǒng)則自動發(fā)出聲光報警，并在觸摸屏上動態(tài)閃爍顯示、記錄事故，同時又將故障泵或管路自動退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動輪換工作，以達到有故障及早發(fā)現(xiàn)、及早處理、避免影響礦井安全生產(chǎn)的主要目的。該數(shù)據(jù)自動采集與檢測系統(tǒng)原理，見如圖1（b）所示。

4 實現(xiàn)的功能及其特點

煤礦井下排水控制系統(tǒng)，通過檢測水倉水位和其他參數(shù)，控制水泵輪流工作與適時的啟動備用泵，并合理調(diào)度幾臺水泵的運行狀況。該系統(tǒng)還通過監(jiān)控主機，以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式，可以直觀、形象、實時地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)，以及水井水位、電機工作電流、電機溫度、軸承溫度、幾趟排水管流量等參數(shù)，并能通過通信模塊與綜合監(jiān)測監(jiān)控主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。該系統(tǒng)具有運行可靠、操作方便、自動化程度高等諸多優(yōu)點，并能優(yōu)化系統(tǒng)運行，節(jié)省水泵運行費用等。系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定，并可通過后臺監(jiān)控其當(dāng)前的安全運行狀態(tài)。

5 結(jié)束語

①由于采用高可靠性、高抗干擾的PLC，并結(jié)合軟硬件采取獨特的抗干擾方法，能較好地克服中央泵房惡劣的環(huán)境干擾，使系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地工作。②對重要的水位傳感器，則采用高質(zhì)量的傳感器承擔(dān)，以此保證數(shù)據(jù)采集通道的安全可靠性。③由于電氣控制和計算機系統(tǒng)的一體化設(shè)計，使得現(xiàn)場的維護也更加方便、快捷了。④鑒于S7-200型PLC的強大控制功能與MCGS工控組態(tài)軟件的完美組合，使得自動化控制系統(tǒng)的可靠性更強，可連續(xù)長時間的運行，節(jié)省投資，運行費用得到降低，并取得一定的經(jīng)濟效果。⑤采用如此設(shè)計的整個控制系統(tǒng)，不僅可以節(jié)省人力資源，降低成本，減輕工人的勞動強度，而且還能使生產(chǎn)過程自動化程度大大提高，從而創(chuàng)造了更好的實用價值。

參考文獻

[1] 王華東，等.基于PLC和WinCC的井下泵房監(jiān)控系統(tǒng)[J].工礦自動化，2007（6）：51—52.