基于PLC的煤礦井下自動排水監控系統

摘要：文章描述了利用可編程控制器實現井下泵房自動排水，能夠達到避峰填谷目標，最終實現泵房內無人值守、地面遠程實時監控、數據存儲及報表分析等功能。

關鍵詞：主排水泵房；監控系統；無人值守

中圖分類號：TD744 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）25-0122-03

1 系統概況

山西中煤華晉能源有限責任公司王家嶺煤礦年產量600萬噸，要建成全國最先進的安全生產數字化礦井，井下泵房排水要求實現自動監控，主排水泵房現有三臺水泵，一臺運行泵、一臺備用泵、一臺檢修泵，為了能夠達到先進數字化礦井要求，立足信息化大前提，保證系統的先進性、安全性、可靠性，建設成為技術先進、穩定可靠、利用率高的煤礦排水監控系統，為礦井安全、高效、節能生產打好基礎，最終實現優化排水過程、節能降耗、無人值守、遠程監控等預定目標。

該系統基于德國西門子S7-300系列PLC，對系統內設備進行實時數據采集與控制，同時具備現場預警、報警功能，能夠實現現場數據集中顯示、遠程數據實時顯示及記錄等。

2 系統結構

系統由三部分組成：地面調度中心、工業以太環網和井下集中控制單元。

地面調度中心：配置工控機、激光打印機、音箱等硬件設備，組態界面實時顯示現場數據，據設計需要播放相關語音提示等功能。

工業以太環網：調度室交換機、環網平臺、井下中央泵房交換機，以100/1000M工業以太網為基礎，把PLC控制站的實時數據上傳至地面調度中心，地面調度中心發出的命令經過環網實時發送至PLC控制站，實現雙向數據實時交互。

圖1 系統結構

井下集中控制單元：PLC控制站、信號采集站、井下集中控制操作臺、泵房設備及傳感器等，通過PLC控制站對泵房內設備及傳感器實時數據采集與控制，井下集中控制操作臺的顯示屏上進行實時顯示設備狀態與數據，利用井下集中控制操作臺上面的開關按鈕對系統內所有受控設備進行實時

操控。

3 系統功能

該系統有地面集中管理及實時監控、井下集中控制、實時數據采集與保護、系統擴展等功能。

3.1 地面集中管理及實時監控

提供用戶管理并具備相應的權限，具有安全密碼，沒有權限的人員不能對監控系統進行查詢、設置、刪除文件等操作。

實時監測系統的運行狀態和各個實時參數：水泵開停、故障狀態，泵的出口壓力，管路流量，水倉水位，閘閥開關狀態，電機參數實時在線動畫顯示。

實時顯示系統各類故障狀態顯示、報警和歷史報警查詢：當有報警產生時，可通過聲音和組態畫面顯示的報警信息方式提示操作人員有報警發生，通過歷史報警查詢可查詢任意時間段報警發生情況。

系統動態模擬顯示，采用圖形、趨勢圖和數字形式直觀地顯示趟管路的瞬時流量及累計流量、水泵軸溫、電機溫度等動態值，超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數據。

通過集控中心的客戶端能夠實現對泵的啟停控制。

圖2 監控主界面

3.2 井下集中控制功能

井下集中控制是以井下操作臺為中心實現對系統的控制權限分配、自動控制、半自動控制、手動控制、數據實時顯示、語音提示等功能。

通過操控操作臺上的轉換開關及按鈕可以實現控制權限分配，完成自動控制、半自動控制、手動控制等操作，詳細操作流程如圖3所示。

PLC控制站把現場設備及傳感器的實時數據與狀態顯示到集中操作臺顯示屏上。顯示屏根據設備狀態情況，驅動音箱播放語音，實現系統設備狀態變換提示與系統報警提示等。

3.3 實時數據采集與保護

系統采集與檢測的數據模擬量為電機電流、電機溫度、水泵軸溫、閘閥開度、出水口壓力、水倉水位、排水管流量、真空度；數字量有閘閥限位狀態、電機運行反饋、故障點。

超溫保護，水泵長期運行，當軸承溫度或定子溫度超出允許值時，通過溫度保護裝置及PLC實現超限預警、報警。

流量保護，當水泵啟動后或正常運行時，如流量達不到正常值，通過流量保護裝置使本臺水泵停車，可轉換為啟動另一臺水泵。

圖3 操作流程

圖４ 數據采集

電動機故障，利用PLC及觸摸屏監視水泵電機過電流、低電壓等電氣故障，并參與控制。

3.4 系統擴展

控制系統通訊接口采用統一、標準的接口組件，通訊協議采用標準、開放的協議，能夠與整個礦井綜合自動化信息系統無縫連接。

PLC與操作顯示屏進行以太網通訊，將水泵機組的工作狀態與運行參數傳至操作顯示屏，完成各數據的就地動態顯示；通過井下光纖，將水泵機組的運行狀態、參數傳至地面生產指揮調度中心或機電控制中心，開放通訊協議，上位機通過OPC接入到全礦井安全生產自動化控制網，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統設備的所有檢測數據及工作狀態，又可根據自動化控制信息，實現井下主排水系統遙測、遙信、遙控的三遙功能，并為礦領導提供生產決策信息。

4 結語

該系統投入運行至今，系統運行非常可靠，提升了排水能力，降低了故障率，保證自動排水系統運行的連續性和可靠性，系統立足建設無人值守泵房的總目標，同時提高節能效率和管理水平，減少操作人員和工人的勞動強度，為今后礦井生產綜合自動化打下良好基礎。

參考文獻

[1] 姚福強，李世光，李曉梅，等．煤礦井下主排水泵房計算機監控系統設計[J]．煤礦機械，2004，（1）．

[2] 劉元閥，張海明．一種井下泵房自動化控制系統的設計

[J]．煤礦機電，2009，（1）．

[3] 袁小東，鄧先明，王東東，等．基于以太網的煤礦排水綜合自動化[J]．工礦自動化，2009，（7）．

基金項目：江蘇省科技成果轉化資金項目（BA2010058）

作者簡介：張傳生（1986-），男，江蘇連云港人，徐州中礦大華洋通信設備有限公司工程師，研究方向：煤礦自動化。

（責任編輯：葉小堅）