基于PLC和IFIX的煤礦自動化排水系統設計

楊德忠 陰永生 鄂爾多斯市國源礦業開發有限責任公司

一、自動排水系統功能簡介

龍王溝煤礦是中國大唐集團首個年產1000萬噸的現代化礦井，采用斜井單水平開拓方式，井下中央水泵房內共有3臺主排水泵，每臺水泵額定排水能力600m3/h，本系統采用西門子S7-1200系列PLC，并結合各種傳感器，完成系統設計中要實現的控制功能。

二、自動排水系統運行機制

龍王溝煤礦井下排水泵房集控系統以單個水泵自動化運行維前提，在單個水泵在啟動前，PLC控制器先通過射流閥或真空泵方式進行抽真空，檢測射流真空度是否達設定要求，如果在限定時間內真空度沒有達到程序設定值，則自動啟動備用真空泵繼續抽真空，如當射流真空度達到80%以上并穩定3分鐘后，則自動啟動水泵，當水泵出口壓力達到3.8Mpa以上，且啟動電流穩定后，其出口閥門自動打開，當水泵流量上升并達到600m3/h左右后，射流閥自動關閉，排水系統開始正常運行，同時PLC控制器實時檢測水倉液位，當水倉水位低于液位下限值時則關閉水泵配水閥門，確保配水閥門關閉到位，隨后水泵停止工作，當水倉水位高于液位上限時，則啟動自動排水流程。

三、自動化系統工業環網網絡架構

龍王溝煤礦自動化排水系統網絡架構分為三層設計，分為管理層、監控層、設備層。管理層部署了WEB發布服務器1臺，歷史數據服務器1臺，網管服務器1臺以及存儲服務器1臺，用于外網應用的WEB發布管理和數據存儲；監控層采用了C/S架構；SCADA服務器作為iFIXServer，共部署2臺數據采集服務器（SCADA1和SCADA2），系統部署設計為一主一備，互為冗余；設備層為現場設備的各類PLC控制器、傳感器等設備，用于對現場各類數據進行采集，工業以太網交換機選擇高性能的赫斯曼萬兆交換機，邊界防火墻選用深信服具備入侵監測及包過濾等能力的高性能防火墻，為排水系統提供安全可靠的網絡環境。

四、上位機系統開發排水系統上位機開發

（一）iFIX組態軟件數據庫設計

圖1 排水集控系統界面

本系統系統采用iFIX5.8版本進行組態設計，iFIX作為國際領先組態設計軟件，在自動數據采集、數據實時監視、生產過程控制，在線組態和歷史數據存儲等方面具備較強優勢，可同時把多個實時數據寫入一個或多個關系數據庫，本系統的實時數據庫作為組態畫面顯示的數據來源，在整個排水集控系統監控畫面設計起著決定性作用。

在龍王溝煤礦排水集控系統中，采用了4級標簽命名法，即系統名稱、設備名稱、部件名稱、參數名稱，相互之間用下劃線分開。設備名稱標明該標簽代表的數據是排水系統，設備名稱是代表排水系統中的某一臺設備、部件名稱代表是該設備的哪個部件、參數名稱是代表該設備部件的運行參數，同時在數據庫管理器中需添加該標簽名是數字量還是模擬量以及是輸入還是輸出，例如要對排水系統中的1#水泵電機的前軸溫度進行標簽命名，則用ZPS_PUMP1_DJ_QZWD來表示，同時將該標簽類型設置為模擬量輸入，這一標簽命名方式不僅大大減少了實時數據庫中出現重復標簽的機會，而且提高了數據庫的檢索速度。

（二）iFIX與PLC通信設計

本系統的iFIX 與 PLC 通信所選用的驅動為IGS驅動，是AB公司專門為所生產的 PLC 產品與iFIX 軟件通信所設計的一款驅動。其原理是通過轉接 iFIX 自帶的 OPC驅動達到通信目的，IGS驅動標簽可以直接導入到iFIX數據庫中，省去了中間OPC power tool數據標簽的添加，簡單方便，易于操作，避免了繁瑣的加點過程。

（三）人機交互界面設計

客戶端通過網絡中的 SCADA服務器讀取數據，將數據反映在交互畫面中。水泵集控系統的交互 畫面是利用 iFIX 自帶的 Active控件以及VBA腳本制作。畫面上除了指示水泵運行狀態的指示燈以及水泵運行的各個實時數據外，還有水流動畫，閥門開 過程狀態動畫來幫助監測人員更直觀地了解水泵的運行狀態。圖1為該礦排水集控系統界面。

該系統在龍王溝煤礦正式投入后，未出現一起安全生產事故，實現了井下排水系統的自動化和無人值守的目的，系統人機交互界面友好，水泵控制功能、故障報警功能、歷史運行趨勢等功能應用完善，實現了根據液位高低、輪詢啟停水泵等功能，提高了井下排水系統的排水能力和排水效率，降低了人員的勞動強度，提高了水泵的使用壽命和安全系數，為礦井的安全生產提供了重要的保障作用。