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【摘 要】随着工业以太网的迅速发展，以及进口优质的传感器、PLC产品在井下控制系统中的广泛应用，矿井降温控制系统的自动化水平也大大提高。本文结合淮南矿业（集团）公司顾桥矿矿井降温井下工作面冷媒输送控制系统对此阐述。
【关键词】井下仪表；西门子PLC；光纤换网
1、项目背景
顾桥矿热电冷联供工程分为地面集中制冷和井下冷媒输送两部分，其中井下冷媒输送系统包含中央硐室由德国西玛格公司提供三腔冷媒压力交换系统（PES）和井下工作面冷媒输送控制系统。冷媒水通过管道从地面输送到三腔压力交换器（PES）,二次循环泵将经过减压后冷媒水通过四趟分支管路输送到四个工作面去。由于四个工作面的四趟分支管路输距离PES主站较远，且操作人员不便去现场操作，为了安全、高效、合理的分配各工作面的冷媒流量，所以四趟分支管路的流量调节采用远程监控系统进行调节。
2、系统组成
在每个工作面进、回水管路上均安装温度、压力传感器，在回水管路上安裝流量传感器。每台传感器均经过“多通道信号转换器和显示单元”（以下简称COMBA）输出5～15Hz送到控制分站。在每个工作进水管路上安装电动调节阀用于调节冷媒水流量，控制分站对电动调节阀的控制方式根据工艺状况确定。
故井下工作面冷媒输送控制系统有测量仪表、电动调节阀和控制分站三部分组成。
测量仪表：
仪表的精准度及质量是整个工作面冷媒输送控制系的关键因素。为了最大程度的减少仪表对系统的影响，本项目均采用德国KI公司的仪表。
由于井下电磁干扰源较多，难以消除，所以本次选用的KI公司的电磁流量计、温度传感器、压力传感器输出信号均为频率信号（5～15Hz），并且采用配备专用的电气插头的CVG专用电缆和与COMBA连接；传感器的供电及测量值的显示均通过COMBA完成。由于传感器和COMBA均为KI公司产品，所以COMBA可以自动识别所连接的传感器型号和测量范围，无需再设定参数，便可准确的显示传感器测量信号；本项目采用两个四回路的COMBA，所以可以将温度、压力及流量信号集中显示，以便相关人员更好的观察数据。COMBA还将所采集的信号再传输给控制分站。
以上所有设备均符合IM2 ia I(ATEX)标准，并在国内取得的“MA”认证。
电动调节阀：
由于本系统应用在煤矿井下，故所有电动调节阀应具有“MA”证。在国内取得“MA”证的调节阀大体上有两类：一类是执行机构采用三相异步电机，此种调节阀调节精度低、可控性差；另一类是执行机构采用伺服电机，此种调节阀调节精度高，可控行强；为了更好达到对冷媒流量的精准快速调节，本项目选用带伺服电机电动调节阀。
控制分站：
控制分站通讯及信号采集是整个控制系统的核心。
PES控制系统采用西门子S7-300系列PLC，PES控制系统作为主站留有工业以太网通讯接口与控制分站通讯，由PES控制系统CPU对所有控制分站的数据进行采集和控制，为了保证控制系统的兼容性，控制分站PLC采用西门子S7-300系列产品。
S7-300作为通用的自动化系统无论在集中式还是分布式组态应用中，都代表了最佳的解决方案：CPU的功能强大，带有以太网或PROFINET接口，集成特殊工艺功能，或集成系统中的故障安全设计，一切无需额外投资。S7-300可以模块化方式进行安装，I/O模块没有槽位限制。不论是集中式组态还是分布式组 态，都有各种模块可供选择。微存储器卡（Micro Memory Card）用于存储数据和程序，因此无需使用后备电池，减少了维护费用。MMC中还可以保存包括符号和注释在内的相关项目，方便业务调用。微存储器卡使程序或固件的更新简单易行。可用于在运行模式保存和访问数据。
控制分站PLC的CPU采用S7-300 315-2DP,该CPU具有中、大规模的程序存储容量和数据结构，对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力（浮点运算最小为3?s,带有两个PROFIBUS DP接口，可用于大规模的I/O配置可用于建立分布式I/O结构；本系统还配有带有以太网接口的CP343-1通讯模块用于和PES主站通讯。
井下控制分站之间、控制分站与PES主站之间距离较远，为保证通讯的安全、可靠，每个分站控制系统和PES主站均配有KJJ58环网交换机组成光纤环网,其核心为德国赫斯曼公司的工业以太网交换机，本交换机均具备三个全双工光纤端口，两个用于组建千兆网络，一个用于网络间连接，构成一个完整的光纤环路；当其中某一段工作中的光纤线路被破坏或相应的网络设备发生故障时，整个网络会自愈，并在20ms内恢复正常的通讯。
井下工作面冷媒输送控制系统结构图：
3、总结
每个控制分站分别采集各自管路的进、回水实时温度、压力信号及流量信号，通过光纤以太网传输至PES主站，PES控制系统综合考虑各分站及主站信息来合理分配冷媒流量，因此提高整个冷媒输送系统的自动化水平；由于本系统又采用高精度、高质量进口的传感器，进而提高了系统的精准性、可靠性，大大减少了系统的维护成本。
【关键词】井下仪表；西门子PLC；光纤换网
1、项目背景
顾桥矿热电冷联供工程分为地面集中制冷和井下冷媒输送两部分，其中井下冷媒输送系统包含中央硐室由德国西玛格公司提供三腔冷媒压力交换系统（PES）和井下工作面冷媒输送控制系统。冷媒水通过管道从地面输送到三腔压力交换器（PES）,二次循环泵将经过减压后冷媒水通过四趟分支管路输送到四个工作面去。由于四个工作面的四趟分支管路输距离PES主站较远，且操作人员不便去现场操作，为了安全、高效、合理的分配各工作面的冷媒流量，所以四趟分支管路的流量调节采用远程监控系统进行调节。
2、系统组成
在每个工作面进、回水管路上均安装温度、压力传感器，在回水管路上安裝流量传感器。每台传感器均经过“多通道信号转换器和显示单元”（以下简称COMBA）输出5～15Hz送到控制分站。在每个工作进水管路上安装电动调节阀用于调节冷媒水流量，控制分站对电动调节阀的控制方式根据工艺状况确定。
故井下工作面冷媒输送控制系统有测量仪表、电动调节阀和控制分站三部分组成。
测量仪表：
仪表的精准度及质量是整个工作面冷媒输送控制系的关键因素。为了最大程度的减少仪表对系统的影响，本项目均采用德国KI公司的仪表。
由于井下电磁干扰源较多，难以消除，所以本次选用的KI公司的电磁流量计、温度传感器、压力传感器输出信号均为频率信号（5～15Hz），并且采用配备专用的电气插头的CVG专用电缆和与COMBA连接；传感器的供电及测量值的显示均通过COMBA完成。由于传感器和COMBA均为KI公司产品，所以COMBA可以自动识别所连接的传感器型号和测量范围，无需再设定参数，便可准确的显示传感器测量信号；本项目采用两个四回路的COMBA，所以可以将温度、压力及流量信号集中显示，以便相关人员更好的观察数据。COMBA还将所采集的信号再传输给控制分站。
以上所有设备均符合IM2 ia I(ATEX)标准，并在国内取得的“MA”认证。
电动调节阀：
由于本系统应用在煤矿井下，故所有电动调节阀应具有“MA”证。在国内取得“MA”证的调节阀大体上有两类：一类是执行机构采用三相异步电机，此种调节阀调节精度低、可控性差；另一类是执行机构采用伺服电机，此种调节阀调节精度高，可控行强；为了更好达到对冷媒流量的精准快速调节，本项目选用带伺服电机电动调节阀。
控制分站：
控制分站通讯及信号采集是整个控制系统的核心。
PES控制系统采用西门子S7-300系列PLC，PES控制系统作为主站留有工业以太网通讯接口与控制分站通讯，由PES控制系统CPU对所有控制分站的数据进行采集和控制，为了保证控制系统的兼容性，控制分站PLC采用西门子S7-300系列产品。
S7-300作为通用的自动化系统无论在集中式还是分布式组态应用中，都代表了最佳的解决方案：CPU的功能强大，带有以太网或PROFINET接口，集成特殊工艺功能，或集成系统中的故障安全设计，一切无需额外投资。S7-300可以模块化方式进行安装，I/O模块没有槽位限制。不论是集中式组态还是分布式组 态，都有各种模块可供选择。微存储器卡（Micro Memory Card）用于存储数据和程序，因此无需使用后备电池，减少了维护费用。MMC中还可以保存包括符号和注释在内的相关项目，方便业务调用。微存储器卡使程序或固件的更新简单易行。可用于在运行模式保存和访问数据。
控制分站PLC的CPU采用S7-300 315-2DP,该CPU具有中、大规模的程序存储容量和数据结构，对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力（浮点运算最小为3?s,带有两个PROFIBUS DP接口，可用于大规模的I/O配置可用于建立分布式I/O结构；本系统还配有带有以太网接口的CP343-1通讯模块用于和PES主站通讯。
井下控制分站之间、控制分站与PES主站之间距离较远，为保证通讯的安全、可靠，每个分站控制系统和PES主站均配有KJJ58环网交换机组成光纤环网,其核心为德国赫斯曼公司的工业以太网交换机，本交换机均具备三个全双工光纤端口，两个用于组建千兆网络，一个用于网络间连接，构成一个完整的光纤环路；当其中某一段工作中的光纤线路被破坏或相应的网络设备发生故障时，整个网络会自愈，并在20ms内恢复正常的通讯。
井下工作面冷媒输送控制系统结构图：
3、总结
每个控制分站分别采集各自管路的进、回水实时温度、压力信号及流量信号，通过光纤以太网传输至PES主站，PES控制系统综合考虑各分站及主站信息来合理分配冷媒流量，因此提高整个冷媒输送系统的自动化水平；由于本系统又采用高精度、高质量进口的传感器，进而提高了系统的精准性、可靠性，大大减少了系统的维护成本。