基于S7—300PLC的礦井多水平排水自動化聯合控制系統的研究與應用

胡云濤+王平利+袁勝凱

摘 要：針對平煤股份六礦現有四個主要井下泵房水泵設備排水時各自手動獨立運行，導致水泵運行時不能實現設備的遠程自動化監控，同時不能根據水倉容量及電價政策等信息合理調度，做到節能減排的現狀。本文研究出一種基于西門子S7-300PLC的礦井多水平排水自動化聯合控制系統。系統投入運行后，實現了該礦井下不同水平排水設備的聯合自動化運行，使該礦的生產自動化水平提升了一個臺階。

關鍵詞：S7-300PLC；聯合控制；組態軟件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.079

0 引言

水泵作為礦井生產的關鍵設備之一，其運行情況決定著礦井是否能安全生產。水泵還是煤礦企業生產的耗電大戶，能否合理調度水泵設備根據電價政策避峰填谷運行很大程度上決定煤礦企業的節能減排水平。因此，對水泵設備運行工況的及時全面的掌握，并能將不同水平面上個泵房設備聯網運行，根據各泵房的水倉容量、涌水情況及電價政策，合理的調度水泵設備運行，對提升企業節能減排水平，提高企業自動化信息化水平都有重要意義。

1 現狀分析

平煤股份六礦井下排水系統主要包含四個井下水泵房，分別是二水平中央泵房、戊二采區泵房、丁二采區泵房和三水平中央水泵房。各水泵房基本情況描述如下：

二水平中央泵房：海拔-440米，三臺多級耐磨泵，水泵額定流量360M3/h，水倉容量5200M3。

戊二采區泵房：海拔-590米，三臺多級耐磨泵，水泵額定流量130M3/h，水倉容量2800M3。

丁二采區泵房：海拔-620米，兩臺多級耐磨泵，水泵額定流量150M3/h，水倉容量3000M3。

三水平中央泵房：海拔-680米，三臺多級耐磨泵，水泵額定流量280M3/h，水倉容量4000M3。

各泵房水泵操作全由人工手動實現：觀察泵房內水倉水位，達到啟動水泵水位后手動開啟真空閥、射流閥，觀察真空表判斷真空度達到后啟動水泵電機，觀察壓力表判斷壓力達到后手動打開出水閘閥。停止水泵時由人工先手動關閉出水閘閥，然后手動停止水泵電機。綜上，水泵的啟動、停止操作全部為手動操作，工作效率低；水泵運行工況人工巡查，可靠度低，不能及時發現水泵運行中的異常情況；各排水泵房獨立運行，是否啟動水泵僅根據本地水倉水量判斷，不能合理利用相關聯的泵房水倉容量，合理調度水泵運行。隨著該礦自動化信息化水平的不斷提升，現有的設備運行管理水平已不符合企業管理要求，因此急需進行排水工藝的升級改造，已提高企業節能減排水平，為安全生產提供保障。該礦現有排水生產工藝示意圖如圖1。

2 礦井多水平排水自動化聯合控制系統的研究

針對該礦現有排水系統存在的各種問題，對排水工藝進行升級改造，升級后的系統應具備如下功能：

（1）系統操縱電氣化，即各種閥門根據需要自動開關，水泵電機根據需求自動啟動或停止；

（2）各項參數自動采集，系統主要采集參數包括：水倉水位、水泵真空度、水泵正壓、水泵實時流量、電機電流、電機電壓等，所有數據可自動生成歷史數據曲線并能根據操作權限查詢或打印；

（3）根據水泵的主用、備用、檢修不同狀態，系統應具有對應的操作模式并可根據操作權限切換；

（4）不同水平面的排水泵房的水泵設備亦可組網運行，系統可根據本地水倉水位，相關聯水泵房水倉水位，本地涌水量，電價政策等信息自動合理調度水泵運行，實現最大限度的節能減排；

（5）系統要能夠接入該礦現有綜合自動化平臺，并且系統操作要簡單，運行維護要方便，可靠性要高，測量顯示數據要準確。改造后的水泵自動運行流程圖如圖2。

3 礦井多水平排水自動化聯合控制系統的組成

系統以四套SIMATIC S7-300PLC配套遠程I/O模塊為下位機控制核心[2]，內裝水泵自動控制下位機程序，四套PLC通過平煤股份六礦現有的井下工業以太網組網運行。上位機已研華工控機為監控核心，利用IFIX SCADA開發版軟件開發了相應的上位機軟件，友好的人機交互界面，直觀的顯示系統運行狀態。系統圖如下圖3所示。

系統實現的主要功能如下：

（1）實時監測排水系統相關的所有設備運行參數：通信狀態、水倉水位、各設備開停狀態、水泵正壓、水泵真空度、電機電流、電機電壓等。

（2）通過預設不同的時間段的危險水位，高水位，低水位等參數，水泵可自動啟停，實現水泵設備的合理運行。

（3）利用礦井以太環網[3] ，不同泵房內控制核心可交換數據，使不同水平排水泵房組網運行，最大限度利用水倉容量避峰填谷運行水泵，提升節能減排水平。

（4）系統可接入該礦現有綜合自動化平臺。

（5）系統具備自診斷功能，能夠自動判斷設備異常狀態，發生故障時停泵并報警。

4 上位機監控畫面設計

系統上位機設置工程師站和操作員站。監控畫面可直觀顯示設備運行參數及報警信息，同時可以動畫方式模擬設備運行狀態，共操作人員及時了解系統運行工況，以二水平中央泵房為例，系統主畫面如下圖4所示。

5 結語

針對平煤股份六礦井下排水系統，設計研究了礦井多水平排水自動化聯合控制系統：

（1）通過安裝各類傳感器及電動閥門等設備，將原有的手動操作工藝升級為電氣化自動化控制過程，提升了設備利用率與運行可靠性。

（2）開發了友好的人機交互界面，將所有設備信息直觀的顯示到計算機屏幕上，系統上位機軟件操作簡單，并能根據不用用戶提供相應的操作權限。

（3）利用礦井工業以太網，實現井下不同水平面的排水設備聯合自動化運行。

該系統投運以來，參數采集準確，系統運行可靠，提升了礦井技能減排水平，同時使企業自動化信息化水平更上一個臺階，符合該礦自動化信息化發展方向。

參考文獻：

[1]王衛東，田金云，張成聯.基于S7-300的煤礦水泵控制系統[J]. 礦山機械，2010（21）：35-37.

[2]孫鵬.S7-300PLC在水泵監控系統中的應用[J].工業技術，2008（08）：107-108.

[3]西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團.深入淺出西門子S7-300PLC[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

基金項目：2017年江蘇省科技成果轉化資金項目《智慧礦山生產與安全系統關鍵技術研發及產業化》

作者簡介：胡云濤，男，江蘇徐州人，從事礦井綜合自動化、信息化的研究與應用工作。endprint