基于千兆环网的煤矿井下水泵集控系统分析

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【摘 要】随着我国煤炭事业的快速发展，保障全矿井生产当中的安全环境监测，已经成为当前煤炭行业发展的一个重要的目标，千兆环网技术在煤矿井下水泵集控系统中的应用，能够提升全矿综合自动化集控系统的安全性和可靠性。以下就主要的对基于千兆环网的煤矿井下水泵集中控制系统做深入的探讨分析。

【关键词】千兆环网；煤矿；井下水泵集控系统；分析

随着我国煤炭事业的发展，实现煤矿井下集控系统的自动化已经成为当前一个重要的目标，这样能够很大的程度上提升工作的效率和质量，保障工作的正常进行。基于千兆以太环网的构建，结合现有的设备为基础，将数据集成技术应用在各种集控系统和安全系统，实现管控一体化系统，使其能够达到更加理想的效果。

1 煤矿井下水泵集控系统概况

矿山井下集控系统包括对现场设备的监测、监控，其能够将现场采集监测的数据通过环网网络传送到地面生产调度中心，以此来实现对井下水泵实时监测、监控以及报警显示。其中主排水系统的主要受控设备包含：矿用耐磨高效水泵以及配套水泵电机、真空泵电磁启动开关、电抗器、高压启动开关以及管路选择闸阀等，由于煤矿井下现场环境比较复杂，安全性要求也非常高，系统所有现场设备都需要采用隔爆兼本安型设计，所以在进行设计的过程当中要保障其科学合理性。

2 煤矿井下水泵集控系统分析

2.1 网络结构设计

整个系统在设计的过程当中，主要的可以采用三层网络结构设计，其中包含了管理层、控制层以及设备层。其管理层为矿地面局域网，主要的采用B/S模式设计，用户在使用的过程当中不需要添加其他的软件，直接的可以通过IE浏览器来直接的进行相应的访问，这样管理层就能够轻松的了解到现场的情况以及相应的设备运行情况，对其生产的过程能够实施远程的监控。其控制层分为过程控制和集中监控层，采用高速工业以太网，由不同的厂家生产，采用的技术方式是不同的，用于不同的生产过程的监控子系统或者是单元所产生的各类不同标准的信息进行总汇，并且对其进行再加工，使其达到更加理想的效果，以此来达到信息资源利用的最佳化。其设备层采用现场总线，主要的是由各个专业的生产过程监控以及监控的子系统所构成，如传感器、执行器、开关柜等现场设备，以此来完成煤炭生产各个环节的过程检测以及自动化的控制过程。

2.2 主要的系统构成

首先是上位机监控软件，系统的监控软件主要的是采用组态软件来作为相应的开发平台，当前比较常用到的组态软件有：GE的IFIX4.5，该设备具有强大的工业级过程数据库以及历史数据库，其组态画面功能丰富，可以支持VB脚本语言编程，也比较容易掌握；西门子wincc6.0，此软件数据库的功能非常的强大，能够全面的支持西门子工控的产品，相应的过程数据库也比较的强大。其次是PLC可编程控制器，PLC主要的是作为现场监测控制的中心，当前比较常用的PLC有以下几种：西门子S7-200和S7-300、松下MICRO-EH和EH系列等。其中应用作为广泛的就是德国西门子所成产的S7系列，其运行的速的速度比较高，功能也比较强大，工作的过程中稳定可靠，当前在煤矿行业中的应用非常广泛。

2.3 网络拓扑结构

我矿工业以太网系统建设将地面、井下各水平泵房变电所组成千兆环网，各水平关键点放置千兆环网交换机，地面调度指挥中心各种服务器、上位机、视频监控、操作站等直接接入地面核心交换机，核心交换机接入我矿物联网络，WEB服务器对企业网用户提供访问，实现网络浏览与数据共享。井下各水平监控设备就近接入环网交换机。

此系统主要的是将整个矿井泵房以及泵房变电所构建到一个网络平台上，其环网网络的关键点设置交换机，能够有效的实现将附近的PLC等自动化设备接入到交换机上，从硬件上将子系统接入，并且为将来新建的子系统预留接口。通过设在各点的交换机在地面和井下形成一个环网，将地面和井下的各类数据信号统一传输到安全生产指挥控制中心。为了实现整个系统高度共享和安全互联的目标，构建千兆环网后和煤炭企业网进行有限制的信息互联，并且要加装防火墙进行安全隔离。其网络系统结构图（如图1所示）。

2.4 系统实施的过程

系统监测数据主要的包含水仓水位、电机工作的电压、电流、电机轴承以及绕组温度、排水管流量、真空泵工作状态、水泵高压启动开关真空接触器的状态等方面的内容；系统控制的数据主要的包含了：主排水泵电机的开停、真空泵电机的开停等。其实施的过程主要的包含了以下几个方面的内容：控制系统当中的电动闸阀以及真空泵的配电控制回路，各台排水泵所对应的配电控制回路应该相互独立；在真空泵的附近应该放置控制箱，以此来控制真空泵的运行；系统控制柜主要的是采用防爆型配以本安操作箱，其主水泵把风可以采用电抗器启动，以此来降低启动的电压；此外要在水仓分别设水位传感器，以此来监测水仓的水位。

3 煤矿井下水泵集控系统的主要的功能

3.1 自动控制功能

系统可以根据工况的设定，以及时间、煤矿用电的负荷等参数来自动的开始和停止水泵的运转，并且还能够有效的实现泵阀的联锁起动，对于系统运行当中的各种参数进行实时的监控，通过相应的接口上传相关的数据。地面上的计算机会对每天的用电负荷状况进行统计，从而确定相应的用电的高峰期和低谷期的时间，并且会将参数传给本系统的主机，或者在本机上根据统计出的时间进行设定。当水泵出现轴承温度过高以及开关柜故障等情况下，系统就会自动的停止运行，并且会发出提示和报警。

3.2 手动控制和单机自动控制功能

系统在运行的过程中，可以根据实际工程的需要，达到从自动控制到手动控制的过程，在采用手动操作的过程中，由工作人员根据生产的需要以及设备的状况进行操作。当地面监控主机将相应的工作方式切换到单机自动时，可以在地面监控主机上单独控制系统中的各设备，在此种情况的时候，各分站仍然是处在自动的状态，当相应的保护信号作用的时候，仍然会发出警报进而停机。

4 总结

随着煤炭行业的发展，以千兆环网平台作为相应的纽带，组建一个系统化的煤矿井下集控系统，能够对施工作业进行集中调度的管理，以此来提升矿井生产安全管理的水平，促进煤炭行业健康快速的发展。

参考文献：

[1]孙纯宁，汪莹，薛敏蕾，郝榕.煤矿千兆工业以太环网平台的设计与研究[J].煤炭科技，2011（01）.