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摘要：论文针对煤矿多级泵房自动化的要求，分别利用可编程控制器、以太网模块、隔爆兼本安以太网交换机、隔爆电动执行阀门等组成了基于工业以太网双环网的多级排水自动化系统，实现了中央泵房、830泵房的自动化的集中控制。在该平台下，系统两个水平泵房的排水与水仓水位及排水管路相互闭锁。
关键词：可编程控制器 多级排水 交换机 自动化
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-571-01
1.概述
山东华玫矿业有限公司水文地质类型为水患影响矿井，矿井排水采取多级离心泵分段式集中排水方式，主排水设备控制系统在改造前为继电器控制，开停及阀门控制等由人工完成，系统仅能实现就地的简单操作，不能根据水位或其它参数自动开停水泵，水泵等运行的数据不能上传到地面实现实时监测和管理，每个泵房均设置专人专岗进行操作，生产效率低，且给级在排水时相互独立，未能实现多水平排水时的相互闭锁，相互自动控制。为实现矿井排水系统的集中控制和管理，实现多级排水的综合自动化，我们对两个水平的泵房进行了自动化改造，并实现了两水平的同一网络平台下的集中控制。
2.系统概括的实现功能
该矿中央泵房、830泵房两泵房的传统的井下控制设备采用各自独立的继电器控制模式，其中，中央泵房：水泵数量：4台，型号： MD500-57*4；电机型号：YBJC400-4；功率：500KW，起动抽真空方式：射流抽真空起动。830泵房：水泵数量：4台，水泵型号：MD450-60*4，电机电压及功率：10KV，450KW ；起动抽真空方式：射流抽真空起动。
针对上述概述，分别在中央泵房增设1台PLC集控柜，4台ET200M分站，实现该水平的 4台泵的控制；在830泵房增设1台PLC集控柜，实现4台水泵的集中控制。
系统每个水平子控制系统有远程、集控、检修三种控制方式，远程控制方式为地面调度室控制水泵启停，集控方式下可利用触摸屏实现单泵启停或单个部件启停，检修控制实现泵房分站单个泵启动。远程下又可以实现单泵启动和无人值守两种子方式，无人值守下实现水泵根据水位实现联动控制。
3.系统的硬件设计
整个控制系统有两套独立的PLC集控系统通过以太网连接。每套子系统控制器选择西门子S7-315-2DP的PLC及相关模块、具有网络接口的触摸屏、电动执行阀、控制接触器、网络交换机、主从开关电源、光端盒等组成，负责整个中央泵房的总体控制。控制系统通过西门子300的PLC以太网口接口模块CP343-1可直接与网络交换机相连[1]。其网络拓扑结构如图1所示[2]。在该结构中，1000M自愈型双环以太网为通讯主干线，在每个水平的泵房控制器通过PROFINET协议连接至以太网交换机，在中央泵房和830泵房的集控柜和分站之间通过PROFIBUS总线将ET200M连接至西门子的CP343-1。
图1网络拓扑结构图
每个水平主控系统实现对系统的各种设备操作及各种控制方式的转换，显示各种设备运行状态及参数，各设备故障状态的报警。主控制柜设有一个16路温度巡检仪，采集每台水泵电机及泵体的温度可以上限报警，分站实现每台泵的就地操作，当在就地控制方式时，可实现单泵的自动启动和停止。
在该自动化控制系统中，通常用上位机来监控各种现场变化，及时获取来自操作員和现场设备的数据并进行实时控制。本系统中利用WINCC在屏幕上建立可视化图形、操作平台、数据表格等，将微型计算机变成控制系统的综合工作站。人-机界面能实时地反映整个泵房的状态，把中央泵房、830泵房设备的运行状态参数和压力、流量、温度、水位等参数采集到中央数据库中，进行集中的处理，辅助实时调度决策，把动态监控的命令和数据下达到控制的设备，进而支持优化调度，保证系统安全可靠运行。
4.系统的监控组态系统
本系统采用WINCC进行HMI人机界面的设计。系统HMI主要包括：多水平泵房的总界面、各泵房的工艺流程、参数设定、趋势图表、报表汇总、历史数据的查询和实时报警等。
通过不同的HMI可以直观的实时反映整个煤矿泵房的监控系统的工作状态，重要参数及曲线，及故障报警等信息。系统管理操作人员可以通过人机界面轻松的实现对系统的全方位监控，同时通过不同用户权限等级的设置，将值班操作人员、系统维护人员、以及系统设计管理人员进行不同等级的划分，以达到系统的安全性能要求。[3][4]
多水平面泵房排水系统依据泵房的水位来控制泵组的启/停，其控制流程如图2所示。其多水平组态界面如图3所示。
图3 多水平自动化组态界面
5.小结
文章给出了多水平泵房无人值守自动化系统的工业以太网组建，相比传统的泵房控制网络，工业以太网支持更高的数据传输速率，可以满足多水平泵房大量生产数据高速可靠的传输需要。系统通过触摸屏以图形、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、排水管流量等参数，并通过通讯模块与综合监测监控主机实现数据交换。该系统现己投人运行，具有稳定性高、节省人力资源和电力资源等优点。
参考文献：
[1] 王孝颖，张丰敏等.PLC在煤矿井下主排水控制系统中的应用[J]，中国煤炭，2002，28（8）：43-45
[2] 姚福强，李世光，李晓梅等.煤矿井下主排水泵计算机监控系统设计[J]，煤矿机械，2004（1）：1-3
[3] 陈国平，赵文杰.基于S7-300 PLC与WINCC的锅炉液位控制系统[J]， 自动化应，2011（4）：28-29
[4].陈晓玲，王二峰.基于西门子S7-300和WINCC的湿法烟气脱硫自控和监测系统设计方案[J]，科技信息，（ 专题论述）：342-343
作者简介：王正刚，（1971～ ）毕业于山东科技大学机电工程专业，现任济南华玫矿业有限责任公司机电部助理，曾主持矿山机电设备技术升级改造项目十余项。
关键词：可编程控制器 多级排水 交换机 自动化
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-571-01
1.概述
山东华玫矿业有限公司水文地质类型为水患影响矿井，矿井排水采取多级离心泵分段式集中排水方式，主排水设备控制系统在改造前为继电器控制，开停及阀门控制等由人工完成，系统仅能实现就地的简单操作，不能根据水位或其它参数自动开停水泵，水泵等运行的数据不能上传到地面实现实时监测和管理，每个泵房均设置专人专岗进行操作，生产效率低，且给级在排水时相互独立，未能实现多水平排水时的相互闭锁，相互自动控制。为实现矿井排水系统的集中控制和管理，实现多级排水的综合自动化，我们对两个水平的泵房进行了自动化改造，并实现了两水平的同一网络平台下的集中控制。
2.系统概括的实现功能
该矿中央泵房、830泵房两泵房的传统的井下控制设备采用各自独立的继电器控制模式，其中，中央泵房：水泵数量：4台，型号： MD500-57*4；电机型号：YBJC400-4；功率：500KW，起动抽真空方式：射流抽真空起动。830泵房：水泵数量：4台，水泵型号：MD450-60*4，电机电压及功率：10KV，450KW ；起动抽真空方式：射流抽真空起动。
针对上述概述，分别在中央泵房增设1台PLC集控柜，4台ET200M分站，实现该水平的 4台泵的控制；在830泵房增设1台PLC集控柜，实现4台水泵的集中控制。
系统每个水平子控制系统有远程、集控、检修三种控制方式，远程控制方式为地面调度室控制水泵启停，集控方式下可利用触摸屏实现单泵启停或单个部件启停，检修控制实现泵房分站单个泵启动。远程下又可以实现单泵启动和无人值守两种子方式，无人值守下实现水泵根据水位实现联动控制。
3.系统的硬件设计
整个控制系统有两套独立的PLC集控系统通过以太网连接。每套子系统控制器选择西门子S7-315-2DP的PLC及相关模块、具有网络接口的触摸屏、电动执行阀、控制接触器、网络交换机、主从开关电源、光端盒等组成，负责整个中央泵房的总体控制。控制系统通过西门子300的PLC以太网口接口模块CP343-1可直接与网络交换机相连[1]。其网络拓扑结构如图1所示[2]。在该结构中，1000M自愈型双环以太网为通讯主干线，在每个水平的泵房控制器通过PROFINET协议连接至以太网交换机，在中央泵房和830泵房的集控柜和分站之间通过PROFIBUS总线将ET200M连接至西门子的CP343-1。
图1网络拓扑结构图
每个水平主控系统实现对系统的各种设备操作及各种控制方式的转换，显示各种设备运行状态及参数，各设备故障状态的报警。主控制柜设有一个16路温度巡检仪，采集每台水泵电机及泵体的温度可以上限报警，分站实现每台泵的就地操作，当在就地控制方式时，可实现单泵的自动启动和停止。
在该自动化控制系统中，通常用上位机来监控各种现场变化，及时获取来自操作員和现场设备的数据并进行实时控制。本系统中利用WINCC在屏幕上建立可视化图形、操作平台、数据表格等，将微型计算机变成控制系统的综合工作站。人-机界面能实时地反映整个泵房的状态，把中央泵房、830泵房设备的运行状态参数和压力、流量、温度、水位等参数采集到中央数据库中，进行集中的处理，辅助实时调度决策，把动态监控的命令和数据下达到控制的设备，进而支持优化调度，保证系统安全可靠运行。
4.系统的监控组态系统
本系统采用WINCC进行HMI人机界面的设计。系统HMI主要包括：多水平泵房的总界面、各泵房的工艺流程、参数设定、趋势图表、报表汇总、历史数据的查询和实时报警等。
通过不同的HMI可以直观的实时反映整个煤矿泵房的监控系统的工作状态，重要参数及曲线，及故障报警等信息。系统管理操作人员可以通过人机界面轻松的实现对系统的全方位监控，同时通过不同用户权限等级的设置，将值班操作人员、系统维护人员、以及系统设计管理人员进行不同等级的划分，以达到系统的安全性能要求。[3][4]
多水平面泵房排水系统依据泵房的水位来控制泵组的启/停，其控制流程如图2所示。其多水平组态界面如图3所示。
图3 多水平自动化组态界面
5.小结
文章给出了多水平泵房无人值守自动化系统的工业以太网组建，相比传统的泵房控制网络，工业以太网支持更高的数据传输速率，可以满足多水平泵房大量生产数据高速可靠的传输需要。系统通过触摸屏以图形、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、排水管流量等参数，并通过通讯模块与综合监测监控主机实现数据交换。该系统现己投人运行，具有稳定性高、节省人力资源和电力资源等优点。
参考文献：
[1] 王孝颖，张丰敏等.PLC在煤矿井下主排水控制系统中的应用[J]，中国煤炭，2002，28（8）：43-45
[2] 姚福强，李世光，李晓梅等.煤矿井下主排水泵计算机监控系统设计[J]，煤矿机械，2004（1）：1-3
[3] 陈国平，赵文杰.基于S7-300 PLC与WINCC的锅炉液位控制系统[J]， 自动化应，2011（4）：28-29
[4].陈晓玲，王二峰.基于西门子S7-300和WINCC的湿法烟气脱硫自控和监测系统设计方案[J]，科技信息，（ 专题论述）：342-343
作者简介：王正刚，（1971～ ）毕业于山东科技大学机电工程专业，现任济南华玫矿业有限责任公司机电部助理，曾主持矿山机电设备技术升级改造项目十余项。