基于PLC的煤礦井下中央泵房控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

山東棗礦集團(tuán)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(shè)計(jì)

山東棗礦集團(tuán)付村煤礦 張克偉

【摘要】針對(duì)煤礦中央泵房的現(xiàn)實(shí)，提出基于PLC的井下中央泵房控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，為實(shí)現(xiàn)井下中央泵房的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制，井下集控和就地控制功能提供借鑒與支持。

【關(guān)鍵詞】PLC；井下中央泵房；自動(dòng)控制

煤礦井下中央泵房是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其直接關(guān)系到全礦的安全生產(chǎn)。現(xiàn)今通常采取人工操作的方式運(yùn)行和管理泵房?jī)?nèi)設(shè)備以及對(duì)水倉(cāng)水位的觀(guān)察。上述方式具有以下缺點(diǎn)：工人的勞動(dòng)強(qiáng)度較大、設(shè)備操作流程復(fù)雜、水泵開(kāi)啟過(guò)程長(zhǎng)、自動(dòng)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(duì)中央泵房水泵進(jìn)行自動(dòng)化改造。

1 井下中央泵房控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要功能：

（1）系統(tǒng)可以對(duì)井下排水實(shí)現(xiàn)多水平智能控制，而且可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多樣化控制。

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

（3）系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，其監(jiān)測(cè)參數(shù)包含：水艙內(nèi)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(yuǎn)程監(jiān)視功能，地面指揮中心使用攝像頭獲取水泵的實(shí)時(shí)工況畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)視頻遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。

（5）系統(tǒng)的監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)依托組態(tài)軟件，不僅可以使系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，還能把設(shè)備運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成相應(yīng)的圖、表、曲以供分析。值班人員將水泵設(shè)備歷史數(shù)據(jù)打印成表后，相關(guān)人員通過(guò)研究分析進(jìn)行設(shè)備安全技術(shù)管理的安排。

（6）故障辨識(shí)和報(bào)警功能。

系統(tǒng)可以在就地現(xiàn)場(chǎng)和地面兩處實(shí)現(xiàn)顯示故障的功能，系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)可以展現(xiàn)在控制面板之中，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)使水泵停止工作，并辨識(shí)和顯示故障類(lèi)型，與此同時(shí)，報(bào)警燈和蜂鳴器工作報(bào)警；系統(tǒng)可以把歷史數(shù)據(jù)記錄自動(dòng)生成設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)日志；當(dāng)故障解除之后，在進(jìn)行安全復(fù)位。

（7）系統(tǒng)可以對(duì)人員、設(shè)備、檢修、故障及運(yùn)行進(jìn)行管理。

（8）系統(tǒng)可以自動(dòng)控制防水門(mén)和配水閥門(mén)。

（9）系統(tǒng)可靠性保障功能。

（10）系統(tǒng)留有網(wǎng)絡(luò)接口和分站擴(kuò)展功能，系統(tǒng)可并入全礦自動(dòng)化系統(tǒng)

1.2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)排水的控制系統(tǒng)分為三級(jí)，第一級(jí)為現(xiàn)場(chǎng)層（即遠(yuǎn)程IO）；第二級(jí)為控制層（即PLC）；第三級(jí)為管理層（即遠(yuǎn)程工業(yè)計(jì)算機(jī)）。管理層依托友好的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)和遠(yuǎn)程監(jiān)控，控制層的為控制器，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的邏輯和控制功能，現(xiàn)場(chǎng)層的功能為對(duì)就地現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的進(jìn)行獲取采集并傳傳輸至上一控制層，而且可以很好的實(shí)現(xiàn)各水平之間的數(shù)據(jù)交換和統(tǒng)一調(diào)度?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。

系統(tǒng)包含：核心控制器（PLC）、檢測(cè)模塊（開(kāi)關(guān)量、模擬量）、執(zhí)行模塊、遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊、觸摸屏等。

（1）控制器及其遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊

該部分為系統(tǒng)的核心，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理，并依據(jù)處理結(jié)果對(duì)水泵進(jìn)行啟停控制。

（2）觸摸屏

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

（3）模擬量檢測(cè)模塊

該模塊可以實(shí)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(fù)責(zé)獲取水泵的溫度、流量、液位、壓力、負(fù)壓力等模擬量。

（4）開(kāi)關(guān)量檢測(cè)模塊。

此模塊可以設(shè)備的工作狀態(tài)和開(kāi)閉位置等參數(shù)傳輸至PLC，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)球閥、真空泵、高壓柜、電動(dòng)閘閥的控制功能。系統(tǒng)通過(guò)RS-485通信的方式將水泵的測(cè)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(jí)控制，所以系統(tǒng)的用戶(hù)可以實(shí)現(xiàn)在地面調(diào)度中心、PLC集控柜和就地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.3 控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

煤礦井下各個(gè)PLC控制柜都可以通過(guò)觸控的方式進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制?？刂乒癫捎梦鏖T(mén)子公司生產(chǎn)的TP270型號(hào)產(chǎn)品，使用Protool組態(tài)軟件對(duì)觸摸屏軟件進(jìn)行編寫(xiě)，其特點(diǎn)為觸屏界面友好，操作過(guò)程方便，語(yǔ)言簡(jiǎn)單容易學(xué)習(xí)。除此之外，控制柜還內(nèi)置內(nèi)以太網(wǎng)通信模塊，可以通過(guò)該模塊與地面供電調(diào)度中心實(shí)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(chǎng)級(jí)控制和地面遠(yuǎn)程監(jiān)控中心遠(yuǎn)方集中操作，三種方式均可對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)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(cè)模塊、執(zhí)行模塊等，可以實(shí)現(xiàn)水平集控。

（2）現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)聯(lián)接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層和控制層，控制層可以直接控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

調(diào)度中心監(jiān)控終端采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)與各分系統(tǒng)進(jìn)行連接，并進(jìn)行控制。

2 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)基于PLC的煤礦中央泵房控制系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，系統(tǒng)在地面監(jiān)控室建立集中控制中心，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下水泵房機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制，利用通訊網(wǎng)絡(luò)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(lái)，構(gòu)成煤礦中央泵房控制系統(tǒng)。既可以實(shí)現(xiàn)就地控制和井下觸摸屏集控，還可以在地面生產(chǎn)調(diào)度指揮中心統(tǒng)一監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)礦井下中央泵房控制系統(tǒng)的無(wú)人值守。隨著PLC控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，該系統(tǒng)會(huì)更加完善，可以更好為煤炭生產(chǎn)現(xiàn)代化服務(wù)，為井下安全生產(chǎn)提供更有利的保障。

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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