基于PLC的煤矿井下自动排水监控系统

摘要：文章描述了利用可编程控制器实现井下泵房自动排水，能够达到避峰填谷目标，最终实现泵房内无人值守、地面远程实时监控、数据存储及报表分析等功能。

关键词：主排水泵房；监控系统；无人值守

中图分类号：TD744

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）25-0122-03

1　系统概况

山西中煤华晋能源有限责任公司王家岭煤矿年产量600万吨，要建成全国最先进的安全生产数字化矿井，井下泵房排水要求实现自动监控，主排水泵房现有三台水泵，一台运行泵、一台备用泵、一台检修泵，为了能够达到先进数字化矿井要求，立足信息化大前提，保证系统的先进性、安全性、可靠性，建设成为技术先进、稳定可靠、利用率高的煤矿排水监控系统，为矿井安全、高效、节能生产打好基础，最终实现优化排水过程、节能降耗、无人值守、远程监控等预定目标。

该系统基于德国西门子S7-300系列PLC，对系统内设备进行实时数据采集与控制，同时具备现场预警、报警功能，能够实现现场数据集中显示、远程数据实时显示及记录等。

2　系统结构

系统由三部分组成：地面调度中心、工业以太环网和井下集中控制单元。

地面调度中心：配置工控机、激光打印机、音箱等硬件设备，组态界面实时显示现场数据，据设计需要播放相关语音提示等功能。

工业以太环网：调度室交换机、环网平台、井下中央泵房交换机，以100/1000M工业以太网为基础，把PLC控制站的实时数据上传至地面调度中心，地面调度中心发出的命令经过环网实时发送至PLC控制站，实现双向数据实时交互。

图1　系统结构

井下集中控制单元：PLC控制站、信号采集站、井下集中控制操作台、泵房设备及传感器等，通过PLC控制站对泵房内设备及传感器实时数据采集与控制，井下集中控制操作台的显示屏上进行实时显示设备状态与数据，利用井下集中控制操作台上面的开关按钮对系统内所有受控设备进行实时

操控。

3　系统功能

该系统有地面集中管理及实时监控、井下集中控制、实时数据采集与保护、系统扩展等功能。

3.1　地面集中管理及实时监控

提供用户管理并具备相应的权限，具有安全密码，没有权限的人员不能对监控系统进行查询、设置、删除文件等操作。

实时监测系统的运行状态和各个实时参数：水泵开停、故障状态，泵的出口压力，管路流量，水仓水位，闸阀开关状态，电机参数实时在线动画显示。

实时显示系统各类故障状态显示、报警和历史报警查询：当有报警产生时，可通过声音和组态画面显示的报警信息方式提示操作人员有报警发生，通过历史报警查询可查询任意时间段报警发生情况。

系统动态模拟显示，采用图形、趋势图和数字形式直观地显示趟管路的瞬时流量及累计流量、水泵轴温、电机温度等动态值，超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据。

通过集控中心的客户端能够实现对泵的启停控制。

图2　监控主界面

3.2　井下集中控制功能

井下集中控制是以井下操作台为中心实现对系统的控制权限分配、自动控制、半自动控制、手动控制、数据实时显示、语音提示等功能。

通过操控操作台上的转换开关及按钮可以实现控制权限分配，完成自动控制、半自动控制、手动控制等操作，详细操作流程如图3所示。

PLC控制站把现场设备及传感器的实时数据与状态显示到集中操作台显示屏上。显示屏根据设备状态情况，驱动音箱播放语音，实现系统设备状态变换提示与系统报警提示等。

3.3　实时数据采集与保护

系统采集与检测的数据模拟量为电机电流、电机温度、水泵轴温、闸阀开度、出水口压力、水仓水位、排水管流量、真空度；数字量有闸阀限位状态、电机运行反馈、故障点。

超温保护，水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC实现超限预警、报警。

流量保护，当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本台水泵停车，可转换为启动另一台水泵。

图3 操作流程

图４ 数据采集

电动机故障，利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、低电压等电气故障，并参与控制。

3.4　系统扩展

控制系统通讯接口采用统一、标准的接口组件，通讯协议采用标准、开放的协议，能够与整个矿井综合自动化信息系统无缝连接。

PLC与操作显示屏进行以太网通讯，将水泵机组的工作状态与运行参数传至操作显示屏，完成各数据的就地动态显示；通过井下光纤，将水泵机组的运行状态、参数传至地面生产指挥调度中心或机电控制中心，开放通讯协议，上位机通过OPC接入到全矿井安全生产自动化控制网，管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统遥测、遥信、遥控的三遥功能，并为矿领导提供生产决策信息。

4　结语

该系统投入运行至今，系统运行非常可靠，提升了排水能力，降低了故障率，保证自动排水系统运行的连续性和可靠性，系统立足建设无人值守泵房的总目标，同时提高节能效率和管理水平，减少操作人员和工人的劳动强度，为今后矿井生产综合自动化打下良好基础。

参考文献

[1]　姚福强，李世光，李晓梅，等．煤矿井下主排水泵房计算机监控系统设计[J]．煤矿机械，2004，（1）．

[2]　刘元阀，张海明．一种井下泵房自动化控制系统的设计

[J]．煤矿机电，2009，（1）．

[3]　袁小东，邓先明，王东东，等．基于以太网的煤矿排水综合自动化[J]．工矿自动化，2009，（7）．

基金项目：江苏省科技成果转化资金项目（BA2010058）

作者简介：张传生（1986-），男，江苏连云港人，徐州中矿大华洋通信设备有限公司工程师，研究方向：煤矿自动化。