基于InTouch的煤矿自动排水通讯系统设计.pdf
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1、2 0 1 1年第 1 O期 煤炭工程 基于 I n T o u c h的煤矿 自动排水通讯 系统设计 高 妍,靳宝全,王永红 ( 太原理 工大学 电气 与动力工程学院 ,山西 太原0 3 0 0 2 4 ) 摘 要 :针 对 目前煤矿 排 水通讯 系统 的不足 ,设计 了一种 基 于 I n T o u c h的煤 矿 自动 排 水通 讯 系统 该 系统将 S 7 2 0 0 P L C作为核心控 制器,利 用 I n T o u c h组态软件开发上位机人机界面 ,并 通过工业以太网和光纤技术进行远程通讯 ,既可实现就地手动、 自动控制 ,叉能实现远程监控 , 并具有数据查询处理和报警等功
2、能。测试结果表 明:该 系统运行稳定、实时性强、传输可靠。 关键 词 :I n T o u c h ; 煤矿 自动排 水 ;P L C;以 太 网;通讯 系统 中图分类号:T D 4 4 2 文献标识码 :B 文章编号:1 6 7 1 0 9 5 9 ( 2 0 1 1 ) 1 0 - 0 1 2 7 0 3 近年来 ,煤矿井 下透 水事故 频发 ,已经严 重影 响到 煤 矿企业的生产和安全。如何将煤矿开采过程中涌出的矿井 水及时快速地排出井下,成为当前煤矿安全生产急待解决 的首要问题。目前多数煤矿由于井下生产条件恶劣,排水 系统仍采用传统的继电接触器控制系统,依靠人工监视水 位、手动操作水泵
3、启停的控制模式,无法实现数据远程传 输 与远程控制 ,这 种控制 模式 增大 了工人 的劳 动强度 ,而 且可靠性差、效率低下 ,既制约了企业 的发展,又会 由于 人为因素给煤矿生产埋下重大的安全隐患。国内外针对煤 矿排水控制的研究很多,如文献 1 采用 L a b V I E W 虚拟 仪器和局域网通讯技术设计排水监控系统,文献 2 提 出 基 于嵌入式 L i n u x的矿井 远程监控 系统 ,并通 过 G P R S网络 与 P C机实现远程通讯,文献 3 用单片机控制与 P C监 视相结合,用 R S 4 8 5接 口与上位机通讯,设计排水监控系 统,文献 46 采用 P L C与以
4、太 网实现 自动排水通讯控 制。这些研究极大地改善了煤矿现有通信,对保证煤矿安 全生产起到 了积极作用 。 文章设计 了一种 基 于 I n T o u e h的煤 矿 自动排 水 通讯 系 统,该系统以矿用隔爆兼本安 P L C为控制核心,用 I n T o u e h 组态软件设计人机 界面 ,通 过工 业 以太 网与光纤 进行 远程 通讯 ,既能实现就地监控又具有远程监控 功能。 1 基本 方案 系统由现场显示、控制部分和人机界面组成,井下现 场与地面监控站之间通过光纤实现通信。通信示意图如图 1 所示 。 现场显示界 面采用 西门子 T P 1 7 7 A 6 ”触摸屏作 为显示 器,
5、这种触摸屏操作简单,可靠性高,适用于井下恶劣的 工作环境 ,可通过 R S一 4 2 2 4 8 5接 口与 s 72 0 0 P L C连接, 利用 Wi n C C F l e x i b l e 2 0 0 7软件可以方便快速地组态各种画 图 1 通信示意图 面。该系统中的触摸屏是被封装起来的,只能作为显示器 , 不能进行触摸操作 ,屏 幕状态 的改变 只能通 过 P L C程 序进 行控制 。 人机界面( 上位机) 使用 Wo n d e r w a r e 公司的 I n T o u c h创 建上位 机 的监 控界 面 ,利 用 S I D i r e e t D A S e r
6、v e r的 S u i t e L i n k 协议,通过光纤与现场 P L C进行数据通信,实现对现场 P L C控制单元的远程监视和控制。 现场控制部分采用西 门子公司生产的可编程控制器 s 7 2 0 0 P L C ( C P U 2 2 6 C N )+ 扩展以太网模块 C P 2 4 31 实现 以 太 网网络连接 。 P L C是整个控制系统的核心部分 ,与传统的继电接触 器控制系统相比,可编程控制器具有可靠性高、可编程、 I 0接 口模块丰富、安装简单等特点,而且 P L C大多采用 模块化结构,更能满足各种工业控制需要,维修也更加方 便 。以太 网模块 C P 2 4 31
7、通 过总 线 电缆 连接 在 P L C的 右 端 ,C P 2 4 31上有一个 R J 4 5口,可 实现 以太网 网络 连接 , 传统的电缆最多只能传输 1 0 0 m的以太网电信号,而使用光 纤则最高可达到 1 0 0 k m的传输距离,通过光纤收发器可以 将电信号转换成光信号进行远距离传输。 收稿 日期 :2 0 1 1 0 6 0 5 作者简介:高妍 ( 1 9 6 9一) ,女,山西太原人 ,硕士、讲师,毕业于太原理工大学工业 自动化专业 ,主要研究方向 为煤矿 自动化 。 l 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 1年第
8、1 0期 为适应井 下恶劣 的工 作环境 ,该系 统采 用隔爆 兼本 安 P L C,其硬件结构如图2所示。外接交流电源 A C 1 2 7 6 6 0经 变压器 ( 输入为 1 2 7 V和 6 6 0 V两档可选 ,输 出为 1 2 7 V) 降压 后进人 P I C和两路 L S C T一2 4本 安 电源模块 ,输 出 2 4 V直 流供传 感器 使用 ,P I C选用 S I E M E N S s 7 2 0 0 C P U 2 2 6 C N A CD CR I Y 主机 ( 2 4点 输 入 ,l 6点 输 出) ,上有 两 个 R S 4 8 5接口,一个接 口与 T P 1
9、 7 7 A 6 ”触摸屏显示器相连 , 另 一个用 于供 P P I 下载 、调 试 程序 。P L C的扩 展模 块包 括 数字量输入输出模块 E M2 2 1 ( 1 6个数字量输入点数) ,两套 模拟量输入模块 E M2 3 1 ( 共 有 8个模 拟量 输入点 数 ) ,以太 网通讯模 块 C P 2 4 31 。此 外 还装 有 操 作 按 钮 、报 警 指 示 灯 、隔离继 电器组 、保护装 置等 ,并 采用防爆防水外壳 。 ACl 2 7 6 6 0 变 器卜 1 本安L I土 源l l 开停传感器I J 水位、 压力传感器 l l I 量 l l 模 拟 量 l I CPU2
10、 2 6 刮 EM2 2 l k EM23 1 EM2 3 l CP2 4 3 1 隔离继电器 _ _ 报警 图 2隔爆 兼本构 图 系统共有十个分站,用于对水位、压力及开停信息等 进 行采集 。每个分站操控 四台水泵 ,其 上设有选 择、确定 、 加键、减键、起动、停止、手动、自动、设置、检修等操 作 按钮。按加键或 减键 可 以选择 分站 画面 ,按设 置 可 以选 择水泵,按确定后可以对水泵进行控制 ,按选择选定上下 水 位限后 ,通过加 键或 减键 可 以设 定水 位 上下 限 ,按手 动 进入手动状态 ,可以通过起动、停止按钮人工启停水泵, 此时传感器信号仅能显示不能控制,按 自动键
11、则水泵的启 停 r _ 作 状态 由液位 传感 器信 号通 过程序 来 自动控 制 。紧 急 情况下,按下检修按钮 ,则会停止所有水泵工作,直到故 障排除手动复位后 ,才能正 常工作 。 P I C程序 可通过 S T E P 一Mi c r o WI N V 4 0组 态软 件 编 写 ,该软件指令丰富,可采用梯形图编程,简单易学。在 S T E P 7中先通过 以太 网 向导 配置 C P 2 4 31模 块 和 T C P I P 协 义,给模 块分配 I P地址 ,并将 连接 配 置为 服务 器连 接 , 接受所有连接请求。编写以太网控制子程序 ,使服务器在 每个 扫描周期都调 用 以
12、太 网子程序 。此外 还要 编写 主程 序 ( 主程序流程图见图3 ) 、检修子程序、l O个画面子程序( 画 面子程序流程图见图4) 、4个水泵子程序。程序编译完成 后 ,通过以太 网下载到 P L C中。 2 I n T o u c h界面设计 I n T o u e h 1 0 0软 件 是 Wo n d e r w a r e公 司 开 发 的 F a c t o r y S u i t e软件的一个核心组 件 ,具有 世界领 先 的人机界 面和 面 向对象的图形开发环境。首先在 I n t o u c h应用程序管理器 中 创建程序,然后在开发环境 Wi n d o w M a k
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