基于PLC的煤礦井下中央泵房控制系統設計

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實，提出基于PLC的井下中央泵房控制系統的設計思路，為實現井下中央泵房的遠程監測控制，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節，其直接關系到全礦的安全生產。現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，傳統工作方式不適宜現代化礦井的管理，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設計

1.1 控制系統功能設計

系統主要功能：

（1）系統可以對井下排水實現多水平智能控制，而且可以對系統進行多樣化控制。

（2）系統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）系統具有實時監測功能，其監測參數包含：水艙內的水壓、水位、流量、水泵的電壓、電流、功率等。

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

（5）系統的監控軟件的開發依托組態軟件，不僅可以使系統對設備進行遠程監控，還能把設備運行的歷史數據進行處理，生成相應的圖、表、曲以供分析。值班人員將水泵設備歷史數據打印成表后，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。

系統可以在就地現場和地面兩處實現顯示故障的功能，系統運行的實時狀態可以展現在控制面板之中，當出現故障時，系統會使水泵停止工作，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；系統可以把歷史數據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）系統可以對人員、設備、檢修、故障及運行進行管理。

（8）系統可以自動控制防水門和配水閥門。

（9）系統可靠性保障功能。

（10）系統留有網絡接口和分站擴展功能，系統可并入全礦自動化系統

1.2 控制系統的結構設計

系統排水的控制系統分為三級，第一級為現場層（即遠程IO）；第二級為控制層（即PLC）；第三級為管理層（即遠程工業計算機）。管理層依托友好的人機界面實現人機對話和遠程監控，控制層的為控制器，可以實現系統需要實現的邏輯和控制功能，現場層的功能為對就地現場數據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各水平之間的數據交換和統一調度。總體結構如圖1.1所示。

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

（1）控制器及其遠程擴展模塊

該部分為系統的核心，可以實現對獲取的監測數據的處理，并依據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，其不僅可以展現泵房水泵的實時狀態，還可以作為水泵的控制平臺。

（3）模擬量檢測模塊

該模塊可以實現所需監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和開閉位置等參數傳輸至PLC，以實現系統的實時監測功能。

（5）執行模塊

該模塊包含PLC集控柜和就地控制箱。其可以實現球閥、真空泵、高壓柜、電動閘閥的控制功能。系統通過RS-485通信的方式將水泵的測量模塊的數據傳輸至PLC集控柜。由于該系統包含三級控制，所以系統的用戶可以實現在地面調度中心、PLC集控柜和就地現場實現實時監控。

圖1.1 系統結構圖

1.3 控制系統的功能設計

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數據的接收和發送。所以，煤礦井下泵房將具備三種操作方式：水平集控、現場級控制和地面遠程監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

系統包含PLC控制器、觸控屏、檢測模塊、執行模塊等，可以實現水平集控。

（2）現場級控制系統

系統使用現場總線聯接現場設備層和控制層，控制層可以直接控制現場設備。

（3）遠程監控系統

調度中心監控終端采用拓撲結構的以太網與各分系統進行連接，并進行控制。

2 結束語

對基于PLC的煤礦中央泵房控制系統進行合理設計，系統在地面監控室建立集中控制中心，可以實現對井下水泵房機電設備的遠程監測控制，利用通訊網絡將井下集控系統、就地控制系統與地面監控中心連接起來，構成煤礦中央泵房控制系統。既可以實現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一監控，實現礦井下中央泵房控制系統的無人值守。隨著PLC控制系統的不斷發展，該系統會更加完善，可以更好為煤炭生產現代化服務，為井下安全生產提供更有利的保障。

參考文獻

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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