徐超

[摘 要]本文分析煤矿井下泵房控制系统的结构设计、工作原理，以及实现的功能及其特点。

[关键词]煤矿井下；泵房排水；PLC与MCGS；监控系统；设计

中图分类号：TD636 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0001-01

1 引言

计算机控制技术的快速发展，以微处理器为核心的可编程序控制器（PLC）在自动化控制系统中逐步取代了继电接触器控制系统，因而被广泛地应用于各行各业的自动化控制。煤矿也是如此，以PLC控制为核心程序控制系统正取代井下主排水系统的继电-接触器控制，即将全面改变水泵的开停和选择切换均由人工控制的局面，彻底实现根据水位或其他参数自动开停水泵。如此改造，不但安全性好，而且可以节省看管人员，提高煤矿的自动化管理水平和经济效益，结合井下泵房监控系统，全面实现自动化控制和后台的监控。

2 控制系统结构设计

设计基于PLC和MCGS的煤矿井下泵房监控系统，安全控制性能好，自动化控制程度高，比较适合运用于井下采区泵房监控。该系统利用PLC抗干扰能力强以及MCGS人机交互性好等特点，通过传感器和检测元件，实现了对水泵的全面监控。

1）PLC程序控制系统设计。本控制系统设计选用S7-200型PLC为控制主机。由于该机为模块化结构，其可扩展性好，网络功能性也强。系统通过TCP/IP协议实现与上位机通信。在控制系统的结构与程序流程设计上，主要由PLC机架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通信等模块构成，其以PLC控制的程序流程，见如图1（a）所示。为了能够保证井下安全生产及系统的可靠运行，其水位信号则是水泵自动化控制中的一个重要的参数。为此，本系统采用了国外著名厂家的防爆超声波液位计作为水位信号的采集及传输，并设置了2套水位传感器，即模拟量和开关量传感器。传感器均设置于井下的排水配水井内，这样PLC将接收到的模拟量水位信号可以分成若干个水位段，并计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，以判断矿井水的涌水量，实现根据现场具体情况来启动或停止水泵机组。

2）后台监控系统设置。①监控系统结构：监控主机采用研华工控机，使用总线网络结构，主站系统和外部计算机系统均采用多种灵活方式的连接。各个节点硬件配置主要包括显卡、声卡、显示器、网卡、打印机等。而后台监控系统，则采用最新组态软件MCGS 6.5，以强大的Windows XP为平台，基于SQL Server 2000数据库处理系统，通过图形动态显示水泵运行、水井水位状态，利用图形颜色的改变和闪烁功能进行事故报警等。②显示系统：该监控系统使用图形填充以及趋势图、棒状图和数字形式准确实时地显示水井水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号，在低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同声音提醒工作人员注意当前状态。③监控系统综合功能：监控主机可动态显示主排水系统运行的模拟图、运行参数图表，记录系统运行和故障数据，并显示故障点，以提醒操作人员注意，而后台监控系统还具备打印功能。打印分为正常打印和异常打印两种模式，有定时启动、人工启动和事件驱动三种启动方式，即：定时启动，可以定时打印所需的各种报表，打印周期可自由的进行设定；人工启动，由操作人员通过人机界面启动进行打印；事件驱动，由系统自动根据事件处理结果输出。其内容包括以下多方面内容：远动状态、设备投退、遥测越限、遥控操作记录、遥信变位、事件记录、系统设备故障、交接班记录等。

3）通讯接口设置。①PLC通信接口设置。将PLC通过通信接口和通信协议与后台监控主机通信，水泵机组的工作状态与运行参数均传送至监控主机，以便完成各数据的动态显示。同时，操作人员也可利用监控系统将操作指令传至PLC，以控制水泵运行。PLC同时又将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统分站传至地面生产调度监控中心主机，并与全矿井安全生产监控系统联网。这样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，同时还可根据自动化控制信息，来实现井下主排水系统的遥测、遥控，并为矿领导提供生产决策信息。②系统升级接口设置。该系统预留足够的升级接口，以后可以方便地与煤矿内其他控制系统（如矿井通风系统监控、煤矿井下瓦斯报警系统监控、矿井提升系统监控，视频会议系统监控等）互联互通。

3 控制系统工作原理

本操作控制系统主要包含以下环节：自动注水（抽真空）环节、闸阀操纵环节、水位自动监控环节、参数传输环节、故障保护环节及电动机的自动控制环节等。为有效防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备的受潮，或者其他故障未经及时发现的等问题，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时不能及时投入影响矿井安全，为此将该系统程序设计了几台水泵自动轮换工作控制的模式。控制程序将水泵的启停次数、运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录、累计，系统根据此运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率得到均匀分布。假如某台泵或所属阀门故障，或者某趟管路漏水时，系统则自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示、记录事故，同时又将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作，以达到有故障及早发现、及早处理、避免影响矿井安全生产的主要目的。该数据自动采集与检测系统原理，见如图1（b）所示。

4 实现的功能及其特点

煤矿井下排水控制系统，通过检测水仓水位和其他参数，控制水泵轮流工作与适时的启动备用泵，并合理调度几台水泵的运行状况。该系统还通过监控主机，以图形、图像、数据、文字等方式，可以直观、形象、实时地反映系统工作状态，以及水井水位、电机工作电流、电机温度、轴承温度、几趟排水管流量等参数，并能通过通信模块与综合监测监控主机实现数据交换。该系统具有运行可靠、操作方便、自动化程度高等诸多优点，并能优化系统运行，节省水泵运行费用等。系统运行安全稳定，并可通过后台监控其当前的安全运行状态。

5 结束语

①由于采用高可靠性、高抗干扰的PLC，并结合软硬件采取独特的抗干扰方法，能较好地克服中央泵房恶劣的环境干扰，使系统长期稳定可靠地工作。②对重要的水位传感器，则采用高质量的传感器承担，以此保证数据采集通道的安全可靠性。③由于电气控制和计算机系统的一体化设计，使得现场的维护也更加方便、快捷了。④鉴于S7-200型PLC的强大控制功能与MCGS工控组态软件的完美组合，使得自动化控制系统的可靠性更强，可连续长时间的运行，节省投资，运行费用得到降低，并取得一定的经济效果。⑤采用如此设计的整个控制系统，不仅可以节省人力资源，降低成本，减轻工人的劳动强度，而且还能使生产过程自动化程度大大提高，从而创造了更好的实用价值。

参考文献

[1] 王华东，等.基于PLC和WinCC的井下泵房监控系统[J].工矿自动化，2007（6）：51—52.