TIA Portal系統(tǒng)在礦井泵房監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

史凱

（）

[摘

要]

[關(guān)鍵詞]

[中圖分類號] U468.23

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]2095-6487 （2021） 02-0098-03

Application of TIA Portal System in Monitoring System of

Mine Pump House Research and Application

Shi Kai

[ Abstract] Pump house is an important place of mine drainage system， whether its equipment can operate reliably is related to the safetyproduction of the whole mine. Due to the complex distribution of underground stope， long drainage pipeline and scattered layout of pump room， manualdrainage wastes a lot oflabor. This paper introduces the remote control system ofmine pump room based on TIA portal platform. The system is designedwith s7-1200ple controller and WinCC SCADA monitoring system， which can realize the functions of remote control， fault diagnosis， data recording andanalysis. The project is applied to No.l pump room in the south wing of Jining No.2 C.oal Mine， realizing the remote centralized control and unattended ofpump room

[ Keywords]

mulristage centrifugal pump; TIA portal; PLC controller; SC，ADA monitoring system

泵房是礦井排水系統(tǒng)的重要場所，其設(shè)備是否能可靠運行關(guān)系著全礦的安全生產(chǎn)。濟(jì)寧二號煤礦井下布置中央泵房一座，采區(qū)泵房兩座，泵房布置分散，排水管路較長，多年來采區(qū)泵房需派水泵工人工排水，浪費人量勞動力。本文介紹了一種礦井泵房遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用西門子公司新型S7-1200PLC控制器，采用TIA Portal系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)，使用礦井工業(yè)環(huán)網(wǎng)與控制器實時通信，系統(tǒng)應(yīng)用于濟(jì)寧二號煤礦南翼1#泵房，實現(xiàn)了泵房設(shè)備遠(yuǎn)程控制，達(dá)到了無人值守的目的。

1.系統(tǒng)構(gòu)成及控制原理

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)由主控系統(tǒng)、信號采集裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)、通信網(wǎng)絡(luò)、SCADA監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，通過TIA Portal平臺將控制與監(jiān)控系統(tǒng)整合?；驹頌橹骺叵到y(tǒng)通過邏輯編程發(fā)出控制指令控制現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備，現(xiàn)場傳感器采集溫度、壓力、水位等信號反饋給主控系統(tǒng)。主控系統(tǒng)通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)與地面SCADA監(jiān)控系統(tǒng)建立傳輸關(guān)系，既可以根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)指令執(zhí)行水泵啟動命令，也可以根據(jù)水位信息自動發(fā)出控制命令。

1.2 主控制系統(tǒng)

主控制系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心，擔(dān)負(fù)著信號收集、邏輯運算、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、與上位機(jī)通信等任務(wù)。該泵房配備3臺MD155-30×3多級離心排水泵，配套660V低壓電機(jī)，功率75 kW。通過現(xiàn)場統(tǒng)計，系統(tǒng)需要的數(shù)字量輸入點主要用于電機(jī)啟動開關(guān)運行信號反饋及控制按鈕輸入，點數(shù)約10個;數(shù)字量輸出點主要用于電動閥門開關(guān)、電機(jī)啟動及控制箱運行燈指示，點數(shù)約20個;模擬量輸入點主要用于現(xiàn)場壓力、水位、電流、溫度等模擬量輸入采集，點數(shù)約30個。

經(jīng)過初步設(shè)計，系統(tǒng)選用西門子公司S7-1200系列PLC中的1214C控制器，配套數(shù)字量輸出模塊1塊，模擬量輸入模塊3塊。1214C為一款西門子全新控制器系列的緊湊型PLC，該控制器集成了Profinet以太網(wǎng)通信接口，14個數(shù)字量輸入通道、10個數(shù)字量輸出通道及2個模擬量輸入通道，具備時鐘功能及4M的裝載存儲器，且具有功能強(qiáng)人的指令集。使用該控制器無需單獨配置數(shù)字量輸入模塊，只需要適量配置數(shù)字量輸出及模擬量輸入模塊即可滿足系統(tǒng)控制要求。該控制器擴(kuò)展功能靈活，可以通過SB-信號板及信號模塊進(jìn)行擴(kuò)展，為后期設(shè)備擴(kuò)容改造提供很大便捷。

1.3 SCADA監(jiān)控系統(tǒng)

SCADA監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子配套TIA Portal Wince Pro進(jìn)行開發(fā)，TIA Portal是西門子公司推出的新型集成化自動控制開發(fā)下臺，將傳統(tǒng)的Step7編程軟件與Wince監(jiān)控軟件進(jìn)行高度集成整合，可便捷地完成系統(tǒng)組網(wǎng)及可視化開發(fā)。該平臺集功能強(qiáng)人的圖形運行系統(tǒng)、變量歸檔系統(tǒng)、腳本運行系統(tǒng)、報警記錄系統(tǒng)，可根據(jù)現(xiàn)場控制需求開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作、數(shù)據(jù)歸檔、報警記錄、故障提醒等功能。

2 主控系統(tǒng)功能

2.1 單泵控制功能

控制程序采用與監(jiān)控系統(tǒng)集成的TIA Portal Step7 Pro開發(fā)，其建立的變量可直接應(yīng)用于Wince Pro中進(jìn)行界而開發(fā)，無需二次創(chuàng)建變量。根據(jù)現(xiàn)場操作規(guī)程，單臺多級離心泵控制流程為開啟射流器打真空度到標(biāo)準(zhǔn)值啟動水泵電機(jī)觀察壓力、水位等確認(rèn)上水正常。單泵控制程序如圖1所示。

為確保水泵正常啟動，編寫了負(fù)壓峰值和負(fù)壓啟動值兩級負(fù)壓檢測程序，即打射流時系統(tǒng)判斷負(fù)壓首先觸及峰值，再以穩(wěn)定啟動值啟動水泵，確保水泵上水正常。

2.2 多泵自動運行功能

程序中設(shè)計了全自動運行模式，設(shè)有三級報警水位，一級水位報警時系統(tǒng)自動啟動一臺水泵，二級水位報警時啟動備用水泵，三級水位報警時啟動全部水泵。三級水位報警值使用變量，可通過上位機(jī)對變量賦值，以滿足不同工況需求。

2.3 保護(hù)功能

空轉(zhuǎn)保護(hù)。水泵啟動后若壓力過低、電流過低或流量不正常，系統(tǒng)會自動判定水泵空轉(zhuǎn)，自動停止冰泵運行。

溫度保護(hù)。當(dāng)水泵及電機(jī)超溫時無法啟動水泵，若水泵運行時發(fā)現(xiàn)超溫，則會自動停止冰泵運行。

低水位保護(hù)。設(shè)有二級低水位報警值，當(dāng)水泵運行時水位達(dá)到一級低位值，系統(tǒng)會首先發(fā)出報警，數(shù)位達(dá)到二級地位值時，自動停iI冰泵運行，防il.水倉抽空。

檢修閉鎖保護(hù)。現(xiàn)場檢修時，按下控制閉鎖按鈕，可以實現(xiàn)閉鎖遠(yuǎn)程控制，防治水泵誤啟動，保障現(xiàn)場檢修安全。

3 監(jiān)控系統(tǒng)功能

監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1 集控功能

SCADA監(jiān)控系統(tǒng)分為控制系統(tǒng)、變量記錄系統(tǒng)、報警系統(tǒng)等幾部分，集成了水泵啟停、重要數(shù)據(jù)采集歸檔、報警信息顯示、用戶管理等功能，根據(jù)系統(tǒng)需求，控制系統(tǒng)開發(fā)了遠(yuǎn)程集控、本地集控、本地手動等操作方式來滿足不同工況需求，同時具備根據(jù)水位自動運行水泵的全自動模式。圖3為監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)界而圖。

單泵運行時，可以在集控室操作上位機(jī)組態(tài)軟件或者現(xiàn)場按下啟動按鈕，此時控制系統(tǒng)自動完成打開負(fù)壓球閥打開正壓球閥自動抽真空至負(fù)壓值啟動水泵電機(jī)關(guān)閉負(fù)壓球閥關(guān)閉正壓球閥。控制方式選擇全自動運行時，下位機(jī)執(zhí)行自動程序，將根據(jù)水位情況自動啟動水泵。

3.2 變量歸檔

變量記錄系統(tǒng)歸檔的數(shù)據(jù)包括運行溫度、壓力、負(fù)壓、電流、液位、啟停時間等。采集周期為500 ms，歸檔劇期根據(jù)需求可以為500 ms-lh自由選擇，以便于適應(yīng)不同上位機(jī)配置要求及現(xiàn)場記錄要求。為便于分析統(tǒng)計，設(shè)計了趨勢圖及統(tǒng)計表格兩種歸檔形式，趨勢圖主要用于液位變化等連續(xù)采樣數(shù)據(jù)，統(tǒng)計表格主要用于啟停信息等信號變化數(shù)據(jù)。兩種歸檔形式可自由切換，滿足不同需求。

3.3 報警信息

報警記錄。下位機(jī)PLC程序中空轉(zhuǎn)、溫度、水位等保護(hù)功能全部編入了報警信息，當(dāng)保護(hù)動作時，系統(tǒng)會發(fā)出彈窗報警信息。報警消除前，操作員只能確認(rèn)報警信息，無法消除，以便及時提醒維護(hù)人員處理。報警信息系統(tǒng)會自動歸檔保存，便于查詢診斷系統(tǒng)故障。

語音提示。為全方位監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，利用Wince Pro腳本系統(tǒng)開發(fā)了語音報警信息，對高低水位、空轉(zhuǎn)、通信中斷等重要信息發(fā)出話音告警提示，及時提醒}監(jiān)控室值班人員。

3.4 用戶管理

監(jiān)視狀態(tài)。無用戶登錄時系統(tǒng)處于監(jiān)視狀態(tài)，此時可以觀察設(shè)備實時運行狀態(tài)，查詢開停記錄及歸檔數(shù)據(jù)。

操作員權(quán)限。操作員登錄時，可以對水泵遠(yuǎn)程啟停、射流電動閥門開關(guān)等過程控制。還可以執(zhí)行確認(rèn)、解除報警等操作。

工程師權(quán)限。為滿足不同工況需求，系統(tǒng)還將水位報警限值、真空限值等信息作為動態(tài)變量引入上位機(jī)，工程師登錄時，可以無需進(jìn)入編程軟件，在界面中直觀、方便地對報警和啟停控制等參數(shù)進(jìn)行整定。

管理員權(quán)限。管理員具有最高權(quán)限，除操作、設(shè)定權(quán)限外，還可以對畫而進(jìn)行編輯修改，歸檔設(shè)置以及管理其他用戶。

4 結(jié)束語

本文系統(tǒng)應(yīng)用西門子S7-1200系列PLC作為主控制器，WinePro作為SCADA}‰控系統(tǒng)，通過TIA Portal自動化平臺將系統(tǒng)整合，減少了在傳統(tǒng)l瞄控軟件中二次創(chuàng)建的變量的工作量，同時根據(jù)現(xiàn)場實際優(yōu)化編寫了控制程序，保證水泵開啟成功率。系統(tǒng)融合了先進(jìn)的自動控整合技術(shù)，可靠性高、界而友好、功能完善，實現(xiàn)了井下泵房的遠(yuǎn)程集控及無人值守。

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