基于PLC和IFIX的煤矿自动化排水系统设计

杨德忠 阴永生 鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司

一、自动排水系统功能简介

龙王沟煤矿是中国大唐集团首个年产1000万吨的现代化矿井，采用斜井单水平开拓方式，井下中央水泵房内共有3台主排水泵，每台水泵额定排水能力600m³/h，本系统采用西门子S7-1200系列PLC，并结合各种传感器，完成系统设计中要实现的控制功能。

二、自动排水系统运行机制

龙王沟煤矿井下排水泵房集控系统以单个水泵自动化运行维前提，在单个水泵在启动前，PLC控制器先通过射流阀或真空泵方式进行抽真空，检测射流真空度是否达设定要求，如果在限定时间内真空度没有达到程序设定值，则自动启动备用真空泵继续抽真空，如当射流真空度达到80%以上并稳定3分钟后，则自动启动水泵，当水泵出口压力达到3.8Mpa以上，且启动电流稳定后，其出口阀门自动打开，当水泵流量上升并达到600m³/h左右后，射流阀自动关闭，排水系统开始正常运行，同时PLC控制器实时检测水仓液位，当水仓水位低于液位下限值时则关闭水泵配水阀门，确保配水阀门关闭到位，随后水泵停止工作，当水仓水位高于液位上限时，则启动自动排水流程。

三、自动化系统工业环网网络架构

龙王沟煤矿自动化排水系统网络架构分为三层设计，分为管理层、监控层、设备层。管理层部署了WEB发布服务器1台，历史数据服务器1台，网管服务器1台以及存储服务器1台，用于外网应用的WEB发布管理和数据存储；监控层采用了C/S架构；SCADA服务器作为iFIXServer，共部署2台数据采集服务器（SCADA1和SCADA2），系统部署设计为一主一备，互为冗余；设备层为现场设备的各类PLC控制器、传感器等设备，用于对现场各类数据进行采集，工业以太网交换机选择高性能的赫斯曼万兆交换机，边界防火墙选用深信服具备入侵监测及包过滤等能力的高性能防火墙，为排水系统提供安全可靠的网络环境。

四、上位机系统开发排水系统上位机开发

（一）iFIX组态软件数据库设计

图1 排水集控系统界面

本系统系统采用iFIX5.8版本进行组态设计，iFIX作为国际领先组态设计软件，在自动数据采集、数据实时监视、生产过程控制，在线组态和历史数据存储等方面具备较强优势，可同时把多个实时数据写入一个或多个关系数据库，本系统的实时数据库作为组态画面显示的数据来源，在整个排水集控系统监控画面设计起着决定性作用。

在龙王沟煤矿排水集控系统中，采用了4级标签命名法，即系统名称、设备名称、部件名称、参数名称，相互之间用下划线分开。设备名称标明该标签代表的数据是排水系统，设备名称是代表排水系统中的某一台设备、部件名称代表是该设备的哪个部件、参数名称是代表该设备部件的运行参数，同时在数据库管理器中需添加该标签名是数字量还是模拟量以及是输入还是输出，例如要对排水系统中的1#水泵电机的前轴温度进行标签命名，则用ZPS_PUMP1_DJ_QZWD来表示，同时将该标签类型设置为模拟量输入，这一标签命名方式不仅大大减少了实时数据库中出现重复标签的机会，而且提高了数据库的检索速度。

（二）iFIX与PLC通信设计

本系统的iFIX 与 PLC 通信所选用的驱动为IGS驱动，是AB公司专门为所生产的 PLC 产品与iFIX 软件通信所设计的一款驱动。其原理是通过转接 iFIX 自带的 OPC驱动达到通信目的，IGS驱动标签可以直接导入到iFIX数据库中，省去了中间OPC power tool数据标签的添加，简单方便，易于操作，避免了繁琐的加点过程。

（三）人机交互界面设计

客户端通过网络中的 SCADA服务器读取数据，将数据反映在交互画面中。水泵集控系统的交互 画面是利用 iFIX 自带的 Active控件以及VBA脚本制作。画面上除了指示水泵运行状态的指示灯以及水泵运行的各个实时数据外，还有水流动画，阀门开 过程状态动画来帮助监测人员更直观地了解水泵的运行状态。图1为该矿排水集控系统界面。

该系统在龙王沟煤矿正式投入后，未出现一起安全生产事故，实现了井下排水系统的自动化和无人值守的目的，系统人机交互界面友好，水泵控制功能、故障报警功能、历史运行趋势等功能应用完善，实现了根据液位高低、轮询启停水泵等功能，提高了井下排水系统的排水能力和排水效率，降低了人员的劳动强度，提高了水泵的使用寿命和安全系数，为矿井的安全生产提供了重要的保障作用。