基于PLC和IFIX的煤礦自動(dòng)化排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊德忠 陰永生 鄂爾多斯市國(guó)源礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司

一、自動(dòng)排水系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

龍王溝煤礦是中國(guó)大唐集團(tuán)首個(gè)年產(chǎn)1000萬(wàn)噸的現(xiàn)代化礦井，采用斜井單水平開(kāi)拓方式，井下中央水泵房?jī)?nèi)共有3臺(tái)主排水泵，每臺(tái)水泵額定排水能力600m3/h，本系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-1200系列PLC，并結(jié)合各種傳感器，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)的控制功能。

二、自動(dòng)排水系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制

龍王溝煤礦井下排水泵房集控系統(tǒng)以單個(gè)水泵自動(dòng)化運(yùn)行維前提，在單個(gè)水泵在啟動(dòng)前，PLC控制器先通過(guò)射流閥或真空泵方式進(jìn)行抽真空，檢測(cè)射流真空度是否達(dá)設(shè)定要求，如果在限定時(shí)間內(nèi)真空度沒(méi)有達(dá)到程序設(shè)定值，則自動(dòng)啟動(dòng)備用真空泵繼續(xù)抽真空，如當(dāng)射流真空度達(dá)到80%以上并穩(wěn)定3分鐘后，則自動(dòng)啟動(dòng)水泵，當(dāng)水泵出口壓力達(dá)到3.8Mpa以上，且啟動(dòng)電流穩(wěn)定后，其出口閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，當(dāng)水泵流量上升并達(dá)到600m3/h左右后，射流閥自動(dòng)關(guān)閉，排水系統(tǒng)開(kāi)始正常運(yùn)行，同時(shí)PLC控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)水倉(cāng)液位，當(dāng)水倉(cāng)水位低于液位下限值時(shí)則關(guān)閉水泵配水閥門(mén)，確保配水閥門(mén)關(guān)閉到位，隨后水泵停止工作，當(dāng)水倉(cāng)水位高于液位上限時(shí)，則啟動(dòng)自動(dòng)排水流程。

三、自動(dòng)化系統(tǒng)工業(yè)環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

龍王溝煤礦自動(dòng)化排水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為三層設(shè)計(jì)，分為管理層、監(jiān)控層、設(shè)備層。管理層部署了WEB發(fā)布服務(wù)器1臺(tái)，歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器1臺(tái)，網(wǎng)管服務(wù)器1臺(tái)以及存儲(chǔ)服務(wù)器1臺(tái)，用于外網(wǎng)應(yīng)用的WEB發(fā)布管理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；監(jiān)控層采用了C/S架構(gòu)；SCADA服務(wù)器作為iFIXServer，共部署2臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器（SCADA1和SCADA2），系統(tǒng)部署設(shè)計(jì)為一主一備，互為冗余；設(shè)備層為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各類PLC控制器、傳感器等設(shè)備，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)選擇高性能的赫斯曼萬(wàn)兆交換機(jī)，邊界防火墻選用深信服具備入侵監(jiān)測(cè)及包過(guò)濾等能力的高性能防火墻，為排水系統(tǒng)提供安全可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

四、上位機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)排水系統(tǒng)上位機(jī)開(kāi)發(fā)

（一）iFIX組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

圖1 排水集控系統(tǒng)界面

本系統(tǒng)系統(tǒng)采用iFIX5.8版本進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)，iFIX作為國(guó)際領(lǐng)先組態(tài)設(shè)計(jì)軟件，在自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)視、生產(chǎn)過(guò)程控制，在線組態(tài)和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面具備較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，可同時(shí)把多個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫(xiě)入一個(gè)或多個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為組態(tài)畫(huà)面顯示的數(shù)據(jù)來(lái)源，在整個(gè)排水集控系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì)起著決定性作用。

在龍王溝煤礦排水集控系統(tǒng)中，采用了4級(jí)標(biāo)簽命名法，即系統(tǒng)名稱、設(shè)備名稱、部件名稱、參數(shù)名稱，相互之間用下劃線分開(kāi)。設(shè)備名稱標(biāo)明該標(biāo)簽代表的數(shù)據(jù)是排水系統(tǒng)，設(shè)備名稱是代表排水系統(tǒng)中的某一臺(tái)設(shè)備、部件名稱代表是該設(shè)備的哪個(gè)部件、參數(shù)名稱是代表該設(shè)備部件的運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)在數(shù)據(jù)庫(kù)管理器中需添加該標(biāo)簽名是數(shù)字量還是模擬量以及是輸入還是輸出，例如要對(duì)排水系統(tǒng)中的1#水泵電機(jī)的前軸溫度進(jìn)行標(biāo)簽命名，則用ZPS_PUMP1_DJ_QZWD來(lái)表示，同時(shí)將該標(biāo)簽類型設(shè)置為模擬量輸入，這一標(biāo)簽命名方式不僅大大減少了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中出現(xiàn)重復(fù)標(biāo)簽的機(jī)會(huì)，而且提高了數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索速度。

（二）iFIX與PLC通信設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的iFIX 與 PLC 通信所選用的驅(qū)動(dòng)為IGS驅(qū)動(dòng)，是AB公司專門(mén)為所生產(chǎn)的 PLC 產(chǎn)品與iFIX 軟件通信所設(shè)計(jì)的一款驅(qū)動(dòng)。其原理是通過(guò)轉(zhuǎn)接 iFIX 自帶的 OPC驅(qū)動(dòng)達(dá)到通信目的，IGS驅(qū)動(dòng)標(biāo)簽可以直接導(dǎo)入到iFIX數(shù)據(jù)庫(kù)中，省去了中間OPC power tool數(shù)據(jù)標(biāo)簽的添加，簡(jiǎn)單方便，易于操作，避免了繁瑣的加點(diǎn)過(guò)程。

（三）人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

客戶端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的 SCADA服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)反映在交互畫(huà)面中。水泵集控系統(tǒng)的交互 畫(huà)面是利用 iFIX 自帶的 Active控件以及VBA腳本制作。畫(huà)面上除了指示水泵運(yùn)行狀態(tài)的指示燈以及水泵運(yùn)行的各個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)外，還有水流動(dòng)畫(huà)，閥門(mén)開(kāi) 過(guò)程狀態(tài)動(dòng)畫(huà)來(lái)幫助監(jiān)測(cè)人員更直觀地了解水泵的運(yùn)行狀態(tài)。圖1為該礦排水集控系統(tǒng)界面。

該系統(tǒng)在龍王溝煤礦正式投入后，未出現(xiàn)一起安全生產(chǎn)事故，實(shí)現(xiàn)了井下排水系統(tǒng)的自動(dòng)化和無(wú)人值守的目的，系統(tǒng)人機(jī)交互界面友好，水泵控制功能、故障報(bào)警功能、歷史運(yùn)行趨勢(shì)等功能應(yīng)用完善，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)液位高低、輪詢啟停水泵等功能，提高了井下排水系統(tǒng)的排水能力和排水效率，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了水泵的使用壽命和安全系數(shù)，為礦井的安全生產(chǎn)提供了重要的保障作用。