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摘 要： 针对矿井水泵在线监控系统，由于硬件或现场特殊情况出现水泵不能正常启动现象，操作人员不能及时排查问题，提出了一种基于S7-300PLC的矿井排水系统故障诊断功能的设计方案。功能采用在软件编程的过程中，增加对过程中判断各参数监视记录功能，并通过计算机提示，使系统操作人员随时了解水泵开泵故障原因。实际应用表明，该功能可有效保证系统在出现开泵故障的时候，可快速判断问题所在，并进行分析调整。
关键词： 矿井排水集控系统；故障诊断；PLC；在线监控
0 引言
随着煤炭行业高产高效的发展，矿井安全问题已成为制约煤炭生产的关键因素，井下涌水是危及矿井安全的重要因素一旦发生井下透水事故，不仅影响井下生产，甚至会使矿井淹没，危及生产工人生命。井下水泵房排水系统担负着整个矿井积水排除的任务，其安全可靠性直接影响矿井生产的效率和安全。目前平煤集团部分矿井在排水泵房进行了综合自动化建设，实现了地面远程对水泵的在线操作与监视，但是在地面操作对现场设备的情况不能够很及时直观的了解，即使增加了现场监视摄像头，仍会出现在水泵开启时出现开不了泵时不能很快明确是什么原因所致问题，给安全生产带来隐患。鉴此，笔者设计了一种基于S7-300PLC的矿井排水集控系统故障诊断功能，该功能采用在系统下位机PLC程序设计时对水泵控制流程的过程中各种设备信号参数和反馈进行判断，在出现影响水泵开启条件时，对目前的状态和设备情况进行存储，通过上位机组态软件进行读取查询，即可方便判断开启流程中哪一步出现问题，那一个设备反馈信息没有达到条件，从而判断出现场的故障或问题情况，指导巡检工进行快速处理，该功能有效降低了水泵维修停止时间，保证了煤矿排水的安全。
1 系统功能
中马村矿中央泵房有12台水泵，处于手动控制电机开停操作模式，基本无传感器保护，凭借操作人员经验对水泵开停和故障判断，这种操作模式在这正常情况下可以实现水泵的开停功能，但一旦出现故障，排查困难，很难及时有效的排除问题，增加了水泵故障停机时间，为保障有效的工作。为此需要对其进行自动化改造，以实现对故障的自动诊断功能，系统具备如下功能：
1）全自动联动控制，实现水泵根据液位情况，自动开停。
2）半自动控制功能，在控制中心实现一键对水泵开停。
3）流程监控功能，对水泵控制过程进行监控，实时监控相关闸阀和传感器的状态，判断水泵当前动作。
4）故障诊断功能，当水泵操作失败，提供即时查阅，操作过程完成到什么步骤，由于什么原因停止操作，为操作员提供判断故障的依据。
5）水泵开机率、故障率统计。
2 控制系统硬件设计
根据设计原则要求，选用西门子S7-300系列PLC作为的矿井排水集控系统的控制核心，利用数字量输入模块的DI/DO口采集现场的开关量，即水泵的闸阀启动、闸阀停止、电机启动、电机停止等信号，利用模拟量输入模块AI/AO采集现场的模拟量，即水泵的电机电压、电流、温度、负压、正压等信号。采用西门子网络模块进行和上位机通讯，系统结构如图所示。
3 系统软件设计
地面远控系统主要是供地面操作人员使用，便于实时监视每台水泵的详细参数以及故障报警信息，准确记录各台水泵的各种操作记录和统计记录，便于操作人员能够根据组态界面高效、准确地判断每台水泵的运行状态和故障信息。
远控系统使用GE公司的IFIX4.5组态软件开发，具有丰富的图符和设备硬件驱动，对连接西门子300PLC非常方便，开发界面灵活、高效，友好，在工控行业使用广泛。
通过利用IFIX组态软件的事件调度功能，实时的监测各水泵运行中的各设备故障参数，当参数的发生变化，实时插入到SQL数据库中进行记录，水泵操作流程如图2。
4 系统主界面
5 结语
对中马矿井下中央泵房进行分析，设计研究了井下主排水集控系统：
1）建立了以西门子S7-300PLC为核心的主排水集控系统，实现了水泵设备的自动控制和设备状态的实时监测。
2）通过IFIX组态软件开发了一套水泵集控系统友好的人机监控界面，在线了中央水泵房的实时状态，方便了对生产数据的处理，透明了过程中各关键设备的运行状态。
3）实现了对水泵操作的过程监控，使水泵在操作的任何过程，操作员都能够及时掌握，当过程出现问题，系统自动提示故障所在，提高故障诊断的效率，减少故障停泵时间。
该控制系统实现了中马矿中央泵房水泵控制自动化，提高了对水泵的使用效率，减少了维护时间，降低了劳动强度。水泵的操作在地面集控室中进行，以友好的人机界面形式显示在电脑屏幕上，通过对生产数据的采集和智能判断，分类提示给操作人员，大大提高了管理水平和控制作用，改善了工作环境。
基金项目：江苏省科技成果转化资金项（BA2010058）。
参考文献：
[1]李东海、孙鹤旭、雷兆明，OPC技术在远程监控系统中的应用研究[J].北京：微计算机信息，2005，6（6）：20-22.
[2]李建威，泵性能测试中提高电测精度的途径[J].水泵技术，1987.
[3]程周，电气控制与PLC原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2003：189-195.
作者简介：
张立刚（1983-），男，汉族江苏徐州人，2006年毕业于徐州师范大学（现江苏师范大学），理学学士，现为徐州中矿大华洋通信设备有限公司软件工程师，主要从事煤矿综合自动化子系统集成工作。
关键词： 矿井排水集控系统；故障诊断；PLC；在线监控
0 引言
随着煤炭行业高产高效的发展，矿井安全问题已成为制约煤炭生产的关键因素，井下涌水是危及矿井安全的重要因素一旦发生井下透水事故，不仅影响井下生产，甚至会使矿井淹没，危及生产工人生命。井下水泵房排水系统担负着整个矿井积水排除的任务，其安全可靠性直接影响矿井生产的效率和安全。目前平煤集团部分矿井在排水泵房进行了综合自动化建设，实现了地面远程对水泵的在线操作与监视，但是在地面操作对现场设备的情况不能够很及时直观的了解，即使增加了现场监视摄像头，仍会出现在水泵开启时出现开不了泵时不能很快明确是什么原因所致问题，给安全生产带来隐患。鉴此，笔者设计了一种基于S7-300PLC的矿井排水集控系统故障诊断功能，该功能采用在系统下位机PLC程序设计时对水泵控制流程的过程中各种设备信号参数和反馈进行判断，在出现影响水泵开启条件时，对目前的状态和设备情况进行存储，通过上位机组态软件进行读取查询，即可方便判断开启流程中哪一步出现问题，那一个设备反馈信息没有达到条件，从而判断出现场的故障或问题情况，指导巡检工进行快速处理，该功能有效降低了水泵维修停止时间，保证了煤矿排水的安全。
1 系统功能
中马村矿中央泵房有12台水泵，处于手动控制电机开停操作模式，基本无传感器保护，凭借操作人员经验对水泵开停和故障判断，这种操作模式在这正常情况下可以实现水泵的开停功能，但一旦出现故障，排查困难，很难及时有效的排除问题，增加了水泵故障停机时间，为保障有效的工作。为此需要对其进行自动化改造，以实现对故障的自动诊断功能，系统具备如下功能：
1）全自动联动控制，实现水泵根据液位情况，自动开停。
2）半自动控制功能，在控制中心实现一键对水泵开停。
3）流程监控功能，对水泵控制过程进行监控，实时监控相关闸阀和传感器的状态，判断水泵当前动作。
4）故障诊断功能，当水泵操作失败，提供即时查阅，操作过程完成到什么步骤，由于什么原因停止操作，为操作员提供判断故障的依据。
5）水泵开机率、故障率统计。
2 控制系统硬件设计
根据设计原则要求，选用西门子S7-300系列PLC作为的矿井排水集控系统的控制核心，利用数字量输入模块的DI/DO口采集现场的开关量，即水泵的闸阀启动、闸阀停止、电机启动、电机停止等信号，利用模拟量输入模块AI/AO采集现场的模拟量，即水泵的电机电压、电流、温度、负压、正压等信号。采用西门子网络模块进行和上位机通讯，系统结构如图所示。
3 系统软件设计
地面远控系统主要是供地面操作人员使用，便于实时监视每台水泵的详细参数以及故障报警信息，准确记录各台水泵的各种操作记录和统计记录，便于操作人员能够根据组态界面高效、准确地判断每台水泵的运行状态和故障信息。
远控系统使用GE公司的IFIX4.5组态软件开发，具有丰富的图符和设备硬件驱动，对连接西门子300PLC非常方便，开发界面灵活、高效，友好，在工控行业使用广泛。
通过利用IFIX组态软件的事件调度功能，实时的监测各水泵运行中的各设备故障参数，当参数的发生变化，实时插入到SQL数据库中进行记录，水泵操作流程如图2。
4 系统主界面
5 结语
对中马矿井下中央泵房进行分析，设计研究了井下主排水集控系统：
1）建立了以西门子S7-300PLC为核心的主排水集控系统，实现了水泵设备的自动控制和设备状态的实时监测。
2）通过IFIX组态软件开发了一套水泵集控系统友好的人机监控界面，在线了中央水泵房的实时状态，方便了对生产数据的处理，透明了过程中各关键设备的运行状态。
3）实现了对水泵操作的过程监控，使水泵在操作的任何过程，操作员都能够及时掌握，当过程出现问题，系统自动提示故障所在，提高故障诊断的效率，减少故障停泵时间。
该控制系统实现了中马矿中央泵房水泵控制自动化，提高了对水泵的使用效率，减少了维护时间，降低了劳动强度。水泵的操作在地面集控室中进行，以友好的人机界面形式显示在电脑屏幕上，通过对生产数据的采集和智能判断，分类提示给操作人员，大大提高了管理水平和控制作用，改善了工作环境。
基金项目：江苏省科技成果转化资金项（BA2010058）。
参考文献：
[1]李东海、孙鹤旭、雷兆明，OPC技术在远程监控系统中的应用研究[J].北京：微计算机信息，2005，6（6）：20-22.
[2]李建威，泵性能测试中提高电测精度的途径[J].水泵技术，1987.
[3]程周，电气控制与PLC原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2003：189-195.
作者简介：
张立刚（1983-），男，汉族江苏徐州人，2006年毕业于徐州师范大学（现江苏师范大学），理学学士，现为徐州中矿大华洋通信设备有限公司软件工程师，主要从事煤矿综合自动化子系统集成工作。