煤矿泵房排水系统集控研究与设计

2020-07-09唐志章陈伟郭建

好日子（下旬） 2020年5期

唐志章　陈伟　郭建

摘要：为了有效地预防和及时处理各种由地下水引起的突发事故和自然灾害，本文研究了基于工业以太网排水集控系统的网络架构及实现原理。应用结果表明本系统的实施实现了矿井水泵的数据采集、生产调度、经营管理、决策指挥的自动化、信息化、科学化。

关键词：工业以太网;水泵集控;自动化

引言

随着科学技术的飞速发展，生产、经营信息的信息量与日俱增，建立智能管理信息系统，是企业应用计算机实现整体优化的必由之路。利用先进的信息技术改造传统的生产模式，可以实现安全监控检测信息的集成与发布、生产信息的集成与可视化、各种管理信息系统的规范与集成、综合办公自动化体系;有利于提高矿井的安全生产和现代化管理水平，从而提高企业的效益和竞争能力。

1网络架构

以太网技术的出现可以方便地实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接，可使电子商务与工业生产控制紧密结合，从而实现企业管控一体化。

立足于信息化大前提，在保证系统的先进性、安全性、可靠性的同时，以工业以太环网为通信平台，利用可编程控制器控制并辅以工业电视图像监视，从而实现了排水系统的井下及地面远程集中监测监控。

工业以太网整合了以太网技术（包括环型冗余技术、链路聚集技术等）、嵌入式系统技术等最为先进的网络技术，能最大限度地保证煤矿数据信息传输的可靠性和实时性。其中智能接入分站/网关和工业以太网络交换机是组建工业以太网的核心设备。结合最先进的计算机网络技术。

考虑到数据的可靠性和无拥塞传输，使用的隔爆交换机核心采用德国赫斯曼工业以太环网交换机，井下主干网络传输速率适应，网络各智能监测监控分站与主干网的连接为10/100Mbps自适应。同时，提供智能网关等设备，可使井下原有的各种底层设备、信息化系统、现场总线等系统方便地接入主干网络。

2系统结构

该矿工业以太环网包含地面放置的交换机和井下放置的交换机，利用光纤通信，形成以太冗余通信。水泵集中控制系统架设于环网上，主要有中央水泵房系统的整体结构如图2所示。

2.1系统设计方案

以工业以太网为通信平台，采用PLC控制主站+PLC控制分站+操作台+人机界面的模式，实现控制数据的采集，处理和传输。

水泵集中控制系统可以分为三部分：地面水泵集中控制、井下操作台集中控制、就地控制箱就地控制。

地面水泵集中控制时，操作员在集控室通过工控机上的操作界面，使单台水泵按照预定的流程启停。

2.2系统组成

系统由人机界面操作平台、井下本安型操作台、井下本安型就地控制箱、井下防爆控制主站组成。

人机界面操作平台设置在调度室，包括5台计算机和两台服务器。两台服务器用于数据库;三台上位机用于设备监控;另外两台用于视频监控，分画面显示来自工业以太网的网络视频信号。上位机监控软件采用IFIX5.8组态软件，并根据现场具体情况进行二次开发，具有友好的人机操作界面。操作平台通过工业以太网与控制主站通信。

感器信号通过I/O模块传输至CPU，通过CPU进行逻辑运算和数据处理，最终输出安全准确的控制信号。通过编写CPU内部程序，实现水泵的开停控制。保证上位机发出的控制信号及时准确的到达控制设备。

3系统控制原理及功能

3.1控制原理

控制主站通过对过程量及现场的各种数据进行实时测量采集，经过PLC综合处理后，一方面将控制数据传送到现场所控设备，完成设备的自动启停;另一方面，通过以太网接口，送到地面集控室。采用操作台就地控制方式时，通过操作台自动、手动、检修，启动或停止设备。用操作台远程自动控制方式时，控制主站通过工业以太网平台接收人机界面的控制指令，自动启动或停止各台设备。采用就地控制箱就地控制方式时，

3.2系统功能

该系统具备三种控制方式：第一种地面远程方式：集中检修控制、集中手动控制、集中自动控制。第二种操作台就地方式：检修控制、手动控制、自动控制。第三种就地控制箱就地方式：检修控制。

地面远程方式下的集中检修控制模式，是通过上位机对水泵的单台设备的控制，该设备之间没有闭锁关系。集中手动控制模式，是通过上位机对设备按照流程开启，设备之间有闭锁关系。集中自动模式。是按照水位高低、时间段来开启水泵，设备之间存在闭锁关系。

（1）信息采集与处理功能

包括可采集或接入各种开关量信号及标准模拟量信号;系统具有良好的可扩展性，选择的模块留有备用容量，可方便的进行扩展。

1）开关量输入

西门子300PLC标准16路开关量输入，采集水泵电机的各种开关量。

2）开关量输出

西门子300PLC标准16路开关量输出，经西门子CPU逻辑运算后，输出标准的控制信号。

（2）保护功能

包括具有过流、欠压、失水、超温、水位高低、流量等多种保护。保护功能是通过安装各类传感器实现的。

1）电流传感器