基于PLC和IFIX的煤礦自動化排水系統(tǒng)設計

楊德忠 陰永生 鄂爾多斯市國源礦業(yè)開發(fā)有限責任公司

一、自動排水系統(tǒng)功能簡介

龍王溝煤礦是中國大唐集團首個年產(chǎn)1000萬噸的現(xiàn)代化礦井，采用斜井單水平開拓方式，井下中央水泵房內(nèi)共有3臺主排水泵，每臺水泵額定排水能力600m3/h，本系統(tǒng)采用西門子S7-1200系列PLC，并結(jié)合各種傳感器，完成系統(tǒng)設計中要實現(xiàn)的控制功能。

二、自動排水系統(tǒng)運行機制

龍王溝煤礦井下排水泵房集控系統(tǒng)以單個水泵自動化運行維前提，在單個水泵在啟動前，PLC控制器先通過射流閥或真空泵方式進行抽真空，檢測射流真空度是否達設定要求，如果在限定時間內(nèi)真空度沒有達到程序設定值，則自動啟動備用真空泵繼續(xù)抽真空，如當射流真空度達到80%以上并穩(wěn)定3分鐘后，則自動啟動水泵，當水泵出口壓力達到3.8Mpa以上，且啟動電流穩(wěn)定后，其出口閥門自動打開，當水泵流量上升并達到600m3/h左右后，射流閥自動關閉，排水系統(tǒng)開始正常運行，同時PLC控制器實時檢測水倉液位，當水倉水位低于液位下限值時則關閉水泵配水閥門，確保配水閥門關閉到位，隨后水泵停止工作，當水倉水位高于液位上限時，則啟動自動排水流程。

三、自動化系統(tǒng)工業(yè)環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡架構(gòu)

龍王溝煤礦自動化排水系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)分為三層設計，分為管理層、監(jiān)控層、設備層。管理層部署了WEB發(fā)布服務器1臺，歷史數(shù)據(jù)服務器1臺，網(wǎng)管服務器1臺以及存儲服務器1臺，用于外網(wǎng)應用的WEB發(fā)布管理和數(shù)據(jù)存儲；監(jiān)控層采用了C/S架構(gòu)；SCADA服務器作為iFIXServer，共部署2臺數(shù)據(jù)采集服務器（SCADA1和SCADA2），系統(tǒng)部署設計為一主一備，互為冗余；設備層為現(xiàn)場設備的各類PLC控制器、傳感器等設備，用于對現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)進行采集，工業(yè)以太網(wǎng)交換機選擇高性能的赫斯曼萬兆交換機，邊界防火墻選用深信服具備入侵監(jiān)測及包過濾等能力的高性能防火墻，為排水系統(tǒng)提供安全可靠的網(wǎng)絡環(huán)境。

四、上位機系統(tǒng)開發(fā)排水系統(tǒng)上位機開發(fā)

（一）iFIX組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫設計

圖1 排水集控系統(tǒng)界面

本系統(tǒng)系統(tǒng)采用iFIX5.8版本進行組態(tài)設計，iFIX作為國際領先組態(tài)設計軟件，在自動數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)實時監(jiān)視、生產(chǎn)過程控制，在線組態(tài)和歷史數(shù)據(jù)存儲等方面具備較強優(yōu)勢，可同時把多個實時數(shù)據(jù)寫入一個或多個關系數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫作為組態(tài)畫面顯示的數(shù)據(jù)來源，在整個排水集控系統(tǒng)監(jiān)控畫面設計起著決定性作用。

在龍王溝煤礦排水集控系統(tǒng)中，采用了4級標簽命名法，即系統(tǒng)名稱、設備名稱、部件名稱、參數(shù)名稱，相互之間用下劃線分開。設備名稱標明該標簽代表的數(shù)據(jù)是排水系統(tǒng)，設備名稱是代表排水系統(tǒng)中的某一臺設備、部件名稱代表是該設備的哪個部件、參數(shù)名稱是代表該設備部件的運行參數(shù)，同時在數(shù)據(jù)庫管理器中需添加該標簽名是數(shù)字量還是模擬量以及是輸入還是輸出，例如要對排水系統(tǒng)中的1#水泵電機的前軸溫度進行標簽命名，則用ZPS_PUMP1_DJ_QZWD來表示，同時將該標簽類型設置為模擬量輸入，這一標簽命名方式不僅大大減少了實時數(shù)據(jù)庫中出現(xiàn)重復標簽的機會，而且提高了數(shù)據(jù)庫的檢索速度。

（二）iFIX與PLC通信設計

本系統(tǒng)的iFIX 與 PLC 通信所選用的驅(qū)動為IGS驅(qū)動，是AB公司專門為所生產(chǎn)的 PLC 產(chǎn)品與iFIX 軟件通信所設計的一款驅(qū)動。其原理是通過轉(zhuǎn)接 iFIX 自帶的 OPC驅(qū)動達到通信目的，IGS驅(qū)動標簽可以直接導入到iFIX數(shù)據(jù)庫中，省去了中間OPC power tool數(shù)據(jù)標簽的添加，簡單方便，易于操作，避免了繁瑣的加點過程。

（三）人機交互界面設計

客戶端通過網(wǎng)絡中的 SCADA服務器讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)反映在交互畫面中。水泵集控系統(tǒng)的交互 畫面是利用 iFIX 自帶的 Active控件以及VBA腳本制作。畫面上除了指示水泵運行狀態(tài)的指示燈以及水泵運行的各個實時數(shù)據(jù)外，還有水流動畫，閥門開 過程狀態(tài)動畫來幫助監(jiān)測人員更直觀地了解水泵的運行狀態(tài)。圖1為該礦排水集控系統(tǒng)界面。

該系統(tǒng)在龍王溝煤礦正式投入后，未出現(xiàn)一起安全生產(chǎn)事故，實現(xiàn)了井下排水系統(tǒng)的自動化和無人值守的目的，系統(tǒng)人機交互界面友好，水泵控制功能、故障報警功能、歷史運行趨勢等功能應用完善，實現(xiàn)了根據(jù)液位高低、輪詢啟停水泵等功能，提高了井下排水系統(tǒng)的排水能力和排水效率，降低了人員的勞動強度，提高了水泵的使用壽命和安全系數(shù)，為礦井的安全生產(chǎn)提供了重要的保障作用。