TIA Portal系統在礦井泵房監控系統的應用

史凱

（）

[摘

要]

[關鍵詞]

[中圖分類號] U468.23

[文獻標志碼]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的重要場所，其設備是否能可靠運行關系著全礦的安全生產。濟寧二號煤礦井下布置中央泵房一座，采區泵房兩座，泵房布置分散，排水管路較長，多年來采區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程控制系統，該系統應用西門子公司新型S7-1200PLC控制器，采用TIA Portal系統設計開發，使用礦井工業環網與控制器實時通信，系統應用于濟寧二號煤礦南翼1#泵房，實現了泵房設備遠程控制，達到了無人值守的目的。

1.系統構成及控制原理

1.1 系統構成

該系統由主控系統、信號采集裝置及執行機構、通信網絡、SCADA監控系統構成，通過TIA Portal平臺將控制與監控系統整合。基本原理為主控系統通過邏輯編程發出控制指令控制現場執行設備，現場傳感器采集溫度、壓力、水位等信號反饋給主控系統。主控系統通過工業環網與地面SCADA監控系統建立傳輸關系，既可以根據監控系統指令執行水泵啟動命令，也可以根據水位信息自動發出控制命令。

1.2 主控制系統

主控制系統是系統的核心，擔負著信號收集、邏輯運算、控制執行機構、與上位機通信等任務。該泵房配備3臺MD155-30×3多級離心排水泵，配套660V低壓電機，功率75 kW。通過現場統計，系統需要的數字量輸入點主要用于電機啟動開關運行信號反饋及控制按鈕輸入，點數約10個;數字量輸出點主要用于電動閥門開關、電機啟動及控制箱運行燈指示，點數約20個;模擬量輸入點主要用于現場壓力、水位、電流、溫度等模擬量輸入采集，點數約30個。

經過初步設計，系統選用西門子公司S7-1200系列PLC中的1214C控制器，配套數字量輸出模塊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以太網通信接口，14個數字量輸入通道、10個數字量輸出通道及2個模擬量輸入通道，具備時鐘功能及4M的裝載存儲器，且具有功能強人的指令集。使用該控制器無需單獨配置數字量輸入模塊，只需要適量配置數字量輸出及模擬量輸入模塊即可滿足系統控制要求。該控制器擴展功能靈活，可以通過SB-信號板及信號模塊進行擴展，為后期設備擴容改造提供很大便捷。

1.3 SCADA監控系統

SCADA監控系統采用西門子配套TIA Portal Wince Pro進行開發，TIA Portal是西門子公司推出的新型集成化自動控制開發下臺，將傳統的Step7編程軟件與Wince監控軟件進行高度集成整合，可便捷地完成系統組網及可視化開發。該平臺集功能強人的圖形運行系統、變量歸檔系統、腳本運行系統、報警記錄系統，可根據現場控制需求開發監控系統，實現遠程操作、數據歸檔、報警記錄、故障提醒等功能。

2 主控系統功能

2.1 單泵控制功能

控制程序采用與監控系統集成的TIA Portal Step7 Pro開發，其建立的變量可直接應用于Wince Pro中進行界而開發，無需二次創建變量。根據現場操作規程，單臺多級離心泵控制流程為開啟射流器打真空度到標準值啟動水泵電機觀察壓力、水位等確認上水正常。單泵控制程序如圖1所示。

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

2.2 多泵自動運行功能

程序中設計了全自動運行模式，設有三級報警水位，一級水位報警時系統自動啟動一臺水泵，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，可通過上位機對變量賦值，以滿足不同工況需求。

2.3 保護功能

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

溫度保護。當水泵及電機超溫時無法啟動水泵，若水泵運行時發現超溫，則會自動停止冰泵運行。

低水位保護。設有二級低水位報警值，當水泵運行時水位達到一級低位值，系統會首先發出報警，數位達到二級地位值時，自動停iI冰泵運行，防il.水倉抽空。

檢修閉鎖保護。現場檢修時，按下控制閉鎖按鈕，可以實現閉鎖遠程控制，防治水泵誤啟動，保障現場檢修安全。

3 監控系統功能

監控系統功能結構如圖2所示。

3.1 集控功能

SCADA監控系統分為控制系統、變量記錄系統、報警系統等幾部分，集成了水泵啟停、重要數據采集歸檔、報警信息顯示、用戶管理等功能，根據系統需求，控制系統開發了遠程集控、本地集控、本地手動等操作方式來滿足不同工況需求，同時具備根據水位自動運行水泵的全自動模式。圖3為監控系統上位機界而圖。

單泵運行時，可以在集控室操作上位機組態軟件或者現場按下啟動按鈕，此時控制系統自動完成打開負壓球閥打開正壓球閥自動抽真空至負壓值啟動水泵電機關閉負壓球閥關閉正壓球閥。控制方式選擇全自動運行時，下位機執行自動程序，將根據水位情況自動啟動水泵。

3.2 變量歸檔

變量記錄系統歸檔的數據包括運行溫度、壓力、負壓、電流、液位、啟停時間等。采集周期為500 ms，歸檔劇期根據需求可以為500 ms-lh自由選擇，以便于適應不同上位機配置要求及現場記錄要求。為便于分析統計，設計了趨勢圖及統計表格兩種歸檔形式，趨勢圖主要用于液位變化等連續采樣數據，統計表格主要用于啟停信息等信號變化數據。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PLC程序中空轉、溫度、水位等保護功能全部編入了報警信息，當保護動作時，系統會發出彈窗報警信息。報警消除前，操作員只能確認報警信息，無法消除，以便及時提醒維護人員處理。報警信息系統會自動歸檔保存，便于查詢診斷系統故障。

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

3.4 用戶管理

監視狀態。無用戶登錄時系統處于監視狀態，此時可以觀察設備實時運行狀態，查詢開停記錄及歸檔數據。

操作員權限。操作員登錄時，可以對水泵遠程啟停、射流電動閥門開關等過程控制。還可以執行確認、解除報警等操作。

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

管理員權限。管理員具有最高權限，除操作、設定權限外，還可以對畫而進行編輯修改，歸檔設置以及管理其他用戶。

4 結束語

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

參考文獻

[1]朱文杰S7-1200PLC編程與應用[M]北京：中國電力出版社，2015.

[2]壬衛東，田金云基于S7-300的煤礦水泵控制系統[J】礦山機械，2010 （21）：35-37

[3]孟俊文.井下中央水泵房自動化排水系統研究與應用[J]煤礦現代化，2018 （1）：99-100.

[4]杜正威，劉羽基于PLC的煤礦排水系統的自動控制系統設計[J].工程技術，2017 （2）：291.

[5]孟凡姿西門子PLC和組態軟件在溫度控制系統中的應用[J]工業控制計算機，2014 （4）：158，160