基于PLC的井下中央水泵房控制系统的设计

樊晓明

【摘 要】煤矿中央水泵房作为煤矿水的唯一人工动力源，对整个煤矿生产的正常运行，生活具有十分重要的意义，水泵主排水自动控制系统是一个集控制，保护，经营，管理系统，该系统可以大大提高水泵在生产中的效率。水泵为主要监控对象，使用功能丰富的WinCC组态软件的配置监测井下中央泵房水泵控制系统的软件开发，远程监控，通讯，参数设置，实时显示和代表历史的现实的和其他功能。该系统实现后，可以实时获取井下中央水泵房的实时信息，具有很高的可靠性和灵活性。

【关键词】PLC；水泵；组态软件；自动化控制

0.引言

采煤，掘进，机电，运输，通风，排水六大系统共同肩负着煤矿安全生产的重任，排水系统作为矿井六大专业系统之一，它承担着煤矿井下排水的重要任务，也是保证煤矿安全生产的关键。中央水泵房自动化控制系统要求最终能够达到减人提效，集中监测、监控矿井主排水系统的工序节点，可灵活地设置监控模式，并可进行实时的高质量的数据传输，方便存储数据和检索历史数据。本文阐述了中央水泵房自动控制系统的设计过程和上位机界面的设计。

1.系统设计概述

本次矿井中央泵房自动化控制系统的设计为分层分布开放式结构，由现场层（远程I/O模块），控制层（PLC可编程逻辑控制器）和信息层（上位机PC）三层控制系统组成，从而实现对中央水泵房的排水系统自动化控制。本次设计的中央水泵房自动控制系统现场控制站选用采用Siemens S7-300系列PLC作为控制核心，设置在井下中央水泵房内的PLC集中控制柜，负责采集、处理各类现场传感器传出的有关水泵工作状态的各种信息，并把这些信息转变成数据、图形模块，通过网络上传到就地集中操作台和信息层上位机，在上位机远程控制终端选用windows server 2003的操作系统，安装和开发西门子的WinCC组态软件，从而在地面实现对各台水泵的实时监测和远程控制。中央水泵房自动化控制系统结构图如图1所示。

2.PLC 系统设计

2.1基于PLC的中央水泵房控制系统的设计

图2 中央水泵房控制系统硬件结构图

该系统由PLC集中控制装置、就地控制执行触摸屏装置、现场数据采集传感器三部分组成。其硬件结构如图3所示。

2.2单台水泵PLC 的软件设计

本文着重介绍单台水泵的流程启动，流程停止以及故障保护，其余水泵的工作流程与此基本一致。水泵的开启阶段，必须先通过确定开泵的数量以及水泵轮换工作逻辑模块，以此确定开几号水泵，当某台泵满足了开泵条件，PLC集中控制柜即能够实现对水泵的自动开启。

当PLC接收到启动某台水泵的指令后，就会按照图3所示的水泵的启动流程图进行水泵的自动启动控制。首先是启动抽真空系统将水泵体内的空气排除，让其充满水，这时，抽真空管路上的负压表（真空表）就会达到要求值，当PLC检测到负压表的读数满足启动要求时，就会发指令给高压开关柜，启动水泵电机，并关掉抽真空设备。这时位于水泵上方主排水管路上的压力传感器承受的压力越来越大，当达到要求值时，PLC发指令开启电动闸阀，开始排水。

图3 水泵启动流程图

从流程图中可以看出，系统中设有抽真空超时、闸阀开超时、压力异常等故障报警系统。如果出现异常，对于实时CPU以及I/O模块内部的错误，自动控制系统会自动跳入故障处理程序块中进行相应的处理；如果是外部回路接线错误或传感器失效等故障系统会自动声光报警，并停泵，禁止该泵投入自动循环运行中。

运行过程中，主要监测压力、电流、温度、流量等状态量，出现异常停止水泵，并报警给出故障提示。其流程图如图4所示。

停止过程中主要结合定时器监测动作是否正常，出现故障进行报警，并给出故障提示。其流程图如图5所示。

图5 停止过程故障保护流程

3.上位机界面设计

本控制系统人机交换界面是基于组态软件WinCC5开发的，具有主画面、单台泵画面、运行状态检测画面、历史数据画面等多种友好人机界面。针对不同情况做出相应的操作画面，便于远程/就地手自动动操作的任何一台可控制型设备，如电磁阀的开启、关闭，水泵的起动、停止，电动闸阀的开启、关闭。在主监测界面上，可以显电机前后轴温度、水泵吸水管真空度与水泵出水口压力、流量等主要的系统运行参数。中央水泵房控制系统主界面如图6所示。

图6中央水泵房控制系统主界面

4.结论

本文给出了基于PLC与组态软件WinCC5 的综合运用在井下中央泵房水泵控制系统，实现了依据水仓水位进行起停水泵，提高了水泵有效利用率，大大降低生产成本，自动化远程控制的实现跨越减少看护人员，相应减少工资投入，提高水泵运行维护质量，能够定期对设备检修，减少故障发生率。总之，该系统的实现对煤矿的安全生产具有重大的意义，为进一步实现数字化矿山奠定了基础。

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