基于PLC的煤礦井下中央泵房控制系統(tǒng)設計

山東棗礦集團付村煤礦 張克偉

基于PLC的煤礦井下中央泵房控制系統(tǒng)設計

山東棗礦集團付村煤礦 張克偉

【摘要】針對煤礦中央泵房的現(xiàn)實，提出基于PLC的井下中央泵房控制系統(tǒng)的設計思路，為實現(xiàn)井下中央泵房的遠程監(jiān)測控制，井下集控和就地控制功能提供借鑒與支持。

【關鍵詞】PLC；井下中央泵房；自動控制

煤礦井下中央泵房是煤礦生產的重要環(huán)節(jié)，其直接關系到全礦的安全生產。現(xiàn)今通常采取人工操作的方式運行和管理泵房內設備以及對水倉水位的觀察。上述方式具有以下缺點：工人的勞動強度較大、設備操作流程復雜、水泵開啟過程長、自動化程度交低。由于上述原因，傳統(tǒng)工作方式不適宜現(xiàn)代化礦井的管理，因此有必要對中央泵房水泵進行自動化改造。

1 井下中央泵房控制系統(tǒng)設計

1.1 控制系統(tǒng)功能設計

系統(tǒng)主要功能：

（1）系統(tǒng)可以對井下排水實現(xiàn)多水平智能控制，而且可以對系統(tǒng)進行多樣化控制。

（2）系統(tǒng)保留人工操作的控制方式，并設定人工控制的控制權限高于自動控制，以確保自動控制失效時，可以采用人工操作使水泵得以正常運行。

（3）系統(tǒng)具有實時監(jiān)測功能，其監(jiān)測參數(shù)包含：水艙內的水壓、水位、流量、水泵的電壓、電流、功率等。

（4）系統(tǒng)具有視頻遠程監(jiān)視功能，地面指揮中心使用攝像頭獲取水泵的實時工況畫面，實現(xiàn)視頻遠程監(jiān)視功能。

（5）系統(tǒng)的監(jiān)控軟件的開發(fā)依托組態(tài)軟件，不僅可以使系統(tǒng)對設備進行遠程監(jiān)控，還能把設備運行的歷史數(shù)據(jù)進行處理，生成相應的圖、表、曲以供分析。值班人員將水泵設備歷史數(shù)據(jù)打印成表后，相關人員通過研究分析進行設備安全技術管理的安排。

（6）故障辨識和報警功能。

系統(tǒng)可以在就地現(xiàn)場和地面兩處實現(xiàn)顯示故障的功能，系統(tǒng)運行的實時狀態(tài)可以展現(xiàn)在控制面板之中，當出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會使水泵停止工作，并辨識和顯示故障類型，與此同時，報警燈和蜂鳴器工作報警；系統(tǒng)可以把歷史數(shù)據(jù)記錄自動生成設備運轉日志；當故障解除之后，在進行安全復位。

（7）系統(tǒng)可以對人員、設備、檢修、故障及運行進行管理。

（8）系統(tǒng)可以自動控制防水門和配水閥門。

（9）系統(tǒng)可靠性保障功能。

（10）系統(tǒng)留有網絡接口和分站擴展功能，系統(tǒng)可并入全礦自動化系統(tǒng)

1.2 控制系統(tǒng)的結構設計

系統(tǒng)排水的控制系統(tǒng)分為三級，第一級為現(xiàn)場層（即遠程IO）；第二級為控制層（即PLC）；第三級為管理層（即遠程工業(yè)計算機）。管理層依托友好的人機界面實現(xiàn)人機對話和遠程監(jiān)控，控制層的為控制器，可以實現(xiàn)系統(tǒng)需要實現(xiàn)的邏輯和控制功能，現(xiàn)場層的功能為對就地現(xiàn)場數(shù)據(jù)的進行獲取采集并傳傳輸至上一控制層，而且可以很好的實現(xiàn)各水平之間的數(shù)據(jù)交換和統(tǒng)一調度。總體結構如圖1.1所示。

系統(tǒng)包含：核心控制器（PLC）、檢測模塊（開關量、模擬量）、執(zhí)行模塊、遠程擴展模塊、觸摸屏等。

（1）控制器及其遠程擴展模塊

該部分為系統(tǒng)的核心，可以實現(xiàn)對獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理，并依據(jù)處理結果對水泵進行啟停控制。

（2）觸摸屏

觸摸屏為PLC控制器的外延輔助設備，其不僅可以展現(xiàn)泵房水泵的實時狀態(tài)，還可以作為水泵的控制平臺。

（3）模擬量檢測模塊

該模塊可以實現(xiàn)所需監(jiān)控模擬量的獲取和處理功能，繼而傳輸至PLC。該模塊主要為傳感器，這些傳感器負責獲取水泵的溫度、流量、液位、壓力、負壓力等模擬量。

（4）開關量檢測模塊。

此模塊可以設備的工作狀態(tài)和開閉位置等參數(shù)傳輸至PLC，以實現(xiàn)系統(tǒng)的實時監(jiān)測功能。

（5）執(zhí)行模塊

該模塊包含PLC集控柜和就地控制箱。其可以實現(xiàn)球閥、真空泵、高壓柜、電動閘閥的控制功能。系統(tǒng)通過RS-485通信的方式將水泵的測量模塊的數(shù)據(jù)傳輸至PLC集控柜。由于該系統(tǒng)包含三級控制，所以系統(tǒng)的用戶可以實現(xiàn)在地面調度中心、PLC集控柜和就地現(xiàn)場實現(xiàn)實時監(jiān)控。

圖1.1 系統(tǒng)結構圖

1.3 控制系統(tǒng)的功能設計

煤礦井下各個PLC控制柜都可以通過觸控的方式進行開關控制。控制柜采用西門子公司生產的TP270型號產品，使用Protool組態(tài)軟件對觸摸屏軟件進行編寫，其特點為觸屏界面友好，操作過程方便，語言簡單容易學習。除此之外，控制柜還內置內以太網通信模塊，可以通過該模塊與地面供電調度中心實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。所以，煤礦井下泵房將具備三種操作方式：水平集控、現(xiàn)場級控制和地面遠程監(jiān)控中心遠方集中操作，三種方式均可對開關柜進行控制操作。

（1）水平集控系統(tǒng)

系統(tǒng)包含PLC控制器、觸控屏、檢測模塊、執(zhí)行模塊等，可以實現(xiàn)水平集控。

（2）現(xiàn)場級控制系統(tǒng)

系統(tǒng)使用現(xiàn)場總線聯(lián)接現(xiàn)場設備層和控制層，控制層可以直接控制現(xiàn)場設備。

（3）遠程監(jiān)控系統(tǒng)

調度中心監(jiān)控終端采用拓撲結構的以太網與各分系統(tǒng)進行連接，并進行控制。

2 結束語

對基于PLC的煤礦中央泵房控制系統(tǒng)進行合理設計，系統(tǒng)在地面監(jiān)控室建立集中控制中心，可以實現(xiàn)對井下水泵房機電設備的遠程監(jiān)測控制，利用通訊網絡將井下集控系統(tǒng)、就地控制系統(tǒng)與地面監(jiān)控中心連接起來，構成煤礦中央泵房控制系統(tǒng)。既可以實現(xiàn)就地控制和井下觸摸屏集控，還可以在地面生產調度指揮中心統(tǒng)一監(jiān)控，實現(xiàn)礦井下中央泵房控制系統(tǒng)的無人值守。隨著PLC控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，該系統(tǒng)會更加完善，可以更好為煤炭生產現(xiàn)代化服務，為井下安全生產提供更有利的保障。

參考文獻

［1］胡學林.可編程控制器教程［M］.北京∶電子工業(yè)出版社，2005∶32-35.

［2］肖林京，孫傳余，梁慧斌.PLC在水泵自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的應用［J］.煤礦工程，2007（3）∶102-104.

［3］熊樹.煤礦井下排水泵機組無人值守自動化系統(tǒng)設計［J］.煤炭工程，2007（11）∶21-22.

［4］張英，趙曉安，劉子胥，等.基于S7-400PLC構成的煤礦排水計算機控制系統(tǒng)［J］.河北工業(yè)大學學報，2006，35（3）∶13-17.

The Design of Control System Based on PLC for Coal Mine Underground Central Pumping Station

Abstract：According to the reality of coal mine central pump house，this paper puts forward the design method of underground central pump house control system based on PLC，provides reference and support for the underground central pump house underground monitoring and control，centralized control and local control function.

Key Word：PLC；Underground central pump house；Automatic control