PROFINET通讯技术在煤矿自动化排水系统中的应用

PROFINET通讯技术在煤矿自动化排水系统中的应用

陈先臻

  （福建省永安煤业有限责任公司仙亭煤矿，福建大田，366102）

摘要：仙亭煤矿+100m中央泵排水系统现改造为自动化排水系统；现场安装3台MD280-43×7型水泵。系统采用分布式控制，每台水泵配备一套带S7-1200PLC远程分站箱，现场综合控制箱与远程分站箱用一个8口工业级交换机和三根网线组网，设备之间通讯采用PROFINET技术。此控制方式，能够减少布线，同时通讯速度快、可靠性高、抗干扰强度大、易扩展、减轻工人工作强度。

关键词：PROFINET  工业以太网  IP  数据交换 

引言：

井下中央排水泵配备高扬程、大流量、工作电压6kV，设备未改造之前开机流程复杂、信号采集点比较分散，水泵司机根据经验判断水泵抽真空到位情况。为了使系统易于操作和管理，现场利用PROFINET工业以太网总线技术，采用分布控制、集中管理的方式。采用PROFINET工业以太网总线技术，在地面调度室上位机安装Wincc软件远程控制水泵，查看电机轴温度、水泵轴温度、电流值、电压值、出水压力值、当次运行时间、出水阀门专状态、管路累计流量值，还可远程故障复位，通过上位机自由切换水泵投入与切除，实现通过上位机可设定全停水位，单泵停机水位，报警水位等功能，

一、PROFINET简介

PROFINET是基于工业以太网的开放的现场总线，使用以太网和TCP/IP/UDP协议作为通信基础。可以将分布式I/O设备直连到工业以太网，可实现工业现场多种设备的数据接入和转发推送功能，PROFINET具有开放性好、软硬件资源广泛支持、成本低廉、抗干扰能力强、使用方便等优点；且在危险性高、环境恶劣的工业制造现场，存在布线不方便的问题。

二、PROFINET工业以太网在排水控制系统组成

综合控制箱PLC为西门子S7-1200，每台水泵配备一台远程分站箱，分站箱内配备PLC为S7-1200，S7-1200PLC带有PROFINET工业以太网通讯端口。远程分站箱与综合控制箱的PLC通讯采用PROFINET工业以太网技术。为了实现远距离可靠通讯，并将+100m中央泵排水系统运行参数及数据实时传输到地面调度室。地面调度室上位机与+100m中央泵房就地综保控制箱PLC通过工业以太网通讯，采用PROFINET技术实时高速交换数据。地面调度室内安装的工业计算机，并安装Wincc上位机组态软件，运行软件可显示+100m中央泵设备的运行、故障信息、并可对中央泵房内设备独立的启停控制。一台笔记本电脑和一根网线即查找故障。紧急情况下可通过人机界面把某个保护屏蔽，严防电工接线失误导致+100m中央泵房排水系统瘫痪，减少出现查线路故障。

三、PROFINET IO控制在排水系统中应用

PLC之间的通讯前提条件设置在同一个网段，综合控制箱设置IP地址为192.168.1.99；1#水泵设定IP地址为192.168.1.101；2#水泵设定IP地址为192.168.1.102；3#水泵设定IP地址为192.168.1.103。综合控制箱内PLC通过与三台控制水泵PLC，循环读取1#泵2#泵3#泵的运行时间，水泵当前压力数值、水泵温度、电机温度、高压A相电压、高压B相电压、高压C相电压、A相电流、B相电流值、C相电流值，水泵状态反馈、水泵故障状态反馈，排水闸阀状态反馈，射流闸阀状态反馈，同时还可以读取每台水水泵报警记录，读取三台水泵累计流量，瞬时流量。同时可在综合控制箱PLC设定双泵水位自动启动数值，单泵水位自动启动数值，设定停机水位值，且可以实现避峰就谷时间，峰值补偿水位设定，谷值衰减水位设定。使用西门子博图编程软件下GET/PUT指令，通过向导添加远程分站PLC的IP地址和组态设定分站指定输入输出数据地址。

假设1#水泵PLC接收到综合控制箱PLC发送过来的启动信号M0.0，M0.0通过PROFINET通讯技术赋值给1#水泵M10.0，,1#水泵PLC接收到启动信号后，根据水位值判断符合开机条件，打开射流阀，抽真空，吸水管上水后水泵进入启动状态，根据PLC程序设定延时5S切除自耦降压器，全压运行。1#水泵进入运行状态后；1#水泵PLC读取出水压力值，水泵轴承温度，电机温度值，通过PROFINET传输给监控主机PLC。当综合控制箱内的PLC发出停机命令后，1#水泵进入停机程序，根据程序第一步先关出水闸阀，第二步停止水泵电机。

PROFINET物理连接方式如下：

+100m中央排水泵房综合控制箱PLC控制箱使用西门子PLCS7-1200，三台水泵就地柜均使用西门子PLCS7-1200，S7-1200系列PLC出厂带有PROFINET接口（RJ45接口）。采用环形接线方式，通过一个西门子8口工业交换机，现场布设6根网络线把PLC连接起来，搭建一个小型的PLC网络，搭接在交换机上的设备有：综合控制箱PLC、1#水泵PLC、2#水泵PLC、3#水泵PLC、西门子人机界面、装有winccflexb上位机组态软件的工控电脑主机（地面调度室）。

四、效果

采用PROFINET通讯技术，有效的减少布线麻烦，缩短故障影响的时间，能够第一时间找到故障所在处。能够挂接小于30个的人机界面，沿途需要控制时，只要有网络接口，即插即用，特别是沿线检修时带来极大的便利性。能够实现地面调度室远程控制水泵运行，根据水仓水位自动停机，同时根据设定避峰就谷时间段可有效降低电耗成本。

五、 结语

PROFINET通讯技术在自动排水系统应用有五个优势：

（一）选择先进的控制器，实时性好，可靠性高，数据处理速度快。

（二）采用分布式控制结构，具有较高的安全性。当集控部分出现故障时，就地控制柜部分仍然可实现控制运行。

（三）通信网络速度快、距离远、可靠性高。当网络发生断线、等传输问题时，触摸屏上回自动侦测到并发出报警

（四）减少布线的成本，由于采用远距离通信网络，使布线更加方便，并大大减少电缆用量。

（五）采用以太网交互机插口，即可判断远程分站综保有无正常工作，提高检修效率。

同时也存在如下缺点

（一）光纤熔接麻烦，沿途中断则查找断点困难大。

（二）工业以太网交换机工作条件苛刻，安装在防爆箱内，检修时带来诸多不变。

PROFINET通讯技术还应用在皮带输送机沿线急停保护，新副斜井架空乘人装置实现沿线保护和远程启动功能。总体而言，PROFINET通讯技术功能强大，在煤矿领域自动化应用广泛。

作者简介：陈先臻 1993年3月出生 男 福建省大田县 大学本科 仙亭煤矿机电技术员 机电工程师