CN216486114U - 基于工业以太网的多协议矿用泵房控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于工业以太网的多协议矿用泵房控制系统，包括数据采集执行层，数据汇聚层，逻辑控制层，数据采集执行层设有防爆兼本安型就地控制箱，防爆兼本安型就地控制箱设有本安型IO模块和非本安型IO模块;所述的数据汇聚层设有3个以上的小型PLC可编程控制器；数据汇聚层与逻辑控制层之间采用基于工业以太网的S7通讯网络进行数据交换；所述的逻辑控制层设有控制模块，控制模块设有CP通讯扩展模块、PLC可编程控制器，CP通讯扩展模块与PLC可编程控制器通过背板总线连接，将PLC可编程控制器内的数据和运行状态传送出去该系统具有控制能力强大、通讯速度快速、配置灵活、体积小成本低、抗干扰能力强、与现有主流其它控制系统兼容等特点。

Description

基于工业以太网的多协议矿用泵房控制系统

技术领域

本实用新型涉及控制系统，确切地说是一种基于工业以太网的多协议矿用泵房控制系统。

背景技术

矿山排水是指在矿山建设和生产过程中排除进入矿山的地下水和地表水，是战胜水害的重要手段之一。高效而稳定矿用泵房控制系统，保障矿山排水自动化、高效化，为采掘工作及工人的健康和安全创造良好的工作环境，以保证生产的顺利进行。

通过深入煤矿泵房现场，与现场主管工程师和水泵操作人员接触沟通，了解实际控制需要，并结合现有产品进行深入分析，通过反复调研与探讨，在多次论证实验的基础上，予以研究。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于工业以太网的多协议矿用泵房控制系统，该系统具有控制能力强大、通讯速度快速、配置灵活、体积小成本低、抗干扰能力强、与现有主流其它控制系统兼容等特点。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术手段：

一种基于工业以太网的多协议矿用泵房控制系统，包括数据采集执行层，数据汇聚层，逻辑控制层，所述的数据采集执行层设有防爆兼本安型就地控制箱，防爆兼本安型就地控制箱设有本安型IO模块和非本安型IO模块; 本安型IO模块负责采集水泵操作按钮和正负压、流量、液位、振动、温度的传感器的状态，输出控制面板指示灯的开关；非本安型IO模块负责采各个阀门和水泵电机的电流、电压、温度状态，输出控制各个阀门的开关和水泵电机和启停；数据采集执行层与数据汇聚层之间采用基于工业以太网的MODBUS TCP通讯协议进行数据交换；所述的数据汇聚层设有3个以上的小型PLC可编程控制器；数据汇聚层与逻辑控制层之间采用基于工业以太网的S7通讯网络进行数据交换；所述的逻辑控制层设有控制模块，控制模块设有CP通讯扩展模块、PLC 可编程控制器，CP通讯扩展模块与PLC 可编程控制器通过背板总线连接，将PLC可编程控制器内的数据和运行状态传送出去。

本实用新型的优点在于：

（1）本系统中数据采集执行层与数据汇聚层之间采用基于工业以太网的MODBUSTCP通讯协议进行数据交换。数据汇聚层与逻辑控制层之间采用基于工业以太网的S7通讯协议进行数据交换，保证了数据传输的实时性。

（2）逻辑控制层内CP通讯扩展模块，负责实现网络分离和安全功能，同时负责对接上位机和其它控制系统。CP通讯扩展模块与PLC可编程控制器通过背板总线连接，可将PLC可编程控制器内的数据和运行状态传送出去，同时将本系内部工业以太网与外界网络隔离，保护本系统免受未经授权的访问，可使本系内各层级之间的通信免受窃取和篡改,安全性抗干扰能力强。

（3）逻辑控制层内PLC可编程控制器2负责整个泵房控制系统的逻辑控制功能，实现各种预设功能，并负责组建S7通讯网络3。通过S7通讯网络3，PLC可编程控制器2与小型PLC可编程控制器实时通讯，获取每一台水泵的信息，包含就地操作信息、传感器状态、阀门状态、水泵状态、电机状态；并分发每一台水泵的控制信息，包含就地操作指示灯动作、阀门动作、水泵电机动作。

（4）逻辑控制层内小型PLC可编程控制器负责组建MODBUS TCP网络。通过MODBUSTCP网络，小型PLC可编程控制器与防爆兼本安型就地控制箱实时通讯，获取水泵的信息，包含就地操作信息、传感器状态、阀门状态、水泵状态、电机状态，汇总后转发给PLC可编程控制器；同时，小型PLC可编程控制器获取PLC可编程控制器分发的水泵的控制信息，包含就地操指示灯动作、阀门动作、水泵电机动作。

（5）隔爆兼本安型就地控制箱由本安型IO模块和非本安型IO模块组成；本安型IO模块负责采集操作按钮和正负压、流量、液位、振动、温度等传感器的状态，输出控制面板指示灯的开关；非本安型IO模块负责采各个阀门和水泵电机的电流、电压、温度状态，输出控制各个阀门的开关和水泵电机和启停。

本实用新型具有控制能力强大、通讯速度快速、配置灵活、体积小成本低、抗干扰能力强、与现有主流其它控制系统兼容等特点。

进一步的优选技术方案如下：

所述的控制系统采用树型拓扑结构，一台逻辑控制层设备可连接1至5台数据汇聚层设备，每台数据汇聚层设备可连接1至14台数据采集执行层设备。

一台逻辑控制层设备与1至5台数据汇聚层设备进行并发通讯，同时每台数据汇聚层设备与1至14台数据采集执行层设备进行并发通讯，保证了数据传输的实时性。本系统最大限度的利用逻辑控制层设备和数据汇聚层的并发通讯能力，提高数据传输速度。

附图说明

图1是本实用新型的框架结构示意图。

图2是本实用新型的连接示意图。

图3是数据采集执行层设备与泵房设备连接示意图。

附图标记说明：1-CP通讯扩展模块，2-PLC 可编程控制器，3-S7通讯网络，4-小型PLC 可编程控制器A，5-小型PLC 可编程控制器B，6-小型PLC 可编程控制器C，7-小型PLC可编程控制器D，8-小型PLC 可编程控制器E，9-1#防爆兼本安型就地控制箱，10-2#防爆兼本安型就地控制箱，11-MODBUS TCP网络A，12-MODBUS TCP网络B，13-MODBUS TCP网络C，14-MODBUS TCP网络D，15-MODBUS TCP网络E，16-本安型IO模块，17-非本安型IO模块。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本实用新型。

参见图1-图3可知，本实用新型的一种基于工业以太网的多协议矿用泵房控制系统，由隔爆兼本安型控制器和隔爆兼本安型就地控制箱组成；架构上分为数据采集执行层，数据汇聚层和逻辑控制层共三层；隔爆兼本安型控制器内包含数据汇聚层和逻辑控制层，隔爆兼本安型就地控制箱内包含数据采集执行层，数据采集执行层设备分为本安型和非本安型两种型式。

逻辑控制层设有控制模块，控制模块设有CP通讯扩展模块1、PLC 可编程控制器2。

逻辑控制层内CP通讯扩展模块1，负责实现网络分离和安全功能，同时负责对接上位机和其它控制系统。CP通讯扩展模块1与PLC可编程控制器2通过背板总线连接，可将PLC可编程控制器2内的数据和运行状态传送出去，同时将本系内部工业以太网与外界网络隔离，保护本系统免受未经授权的访问，可使本系内各层级之间的通信免受窃取和篡改,安全性抗干扰能力强。

逻辑控制层内PLC可编程控制器2负责整个泵房控制系统的逻辑控制功能，实现各种预设功能，并负责组建S7通讯网络3。通过S7通讯网络3，PLC可编程控制器2与小型PLC可编程控制器A 4、小型PLC可编程控制器B 5、小型PLC可编程控制器C 6、小型PLC可编程控制器D 7、小型PLC可编程控制器E 8实时通讯，获取每一台水泵的信息，包含就地操作信息、传感器状态、阀门状态、水泵状态、电机状态；并分发每一台水泵的控制信息，包含就地操作指示灯动作、阀门动作、水泵电机动作。

逻辑控制层内小型PLC可编程控制器A 4负责组建MODBUS TCP网络A 11。通过MODBUS TCP网络A 11，小型PLC可编程控制器A 4与1#防爆兼本安型就地控制箱9、2#防爆兼本安型就地控制箱10，以及3#至7#防爆兼本安型就地控制箱实时通讯，获取1#至7#每一台水泵的信息，包含就地操作信息、传感器状态、阀门状态、水泵状态、电机状态，汇总后转发给PLC可编程控制器2；同时，小型PLC可编程控制器A 4获取PLC可编程控制器2分发的1#至7#每一台水泵的控制信息，包含就地操指示灯动作、阀门动作、水泵电机动作，将信息分发到1#至7#防爆兼本安型就地控制箱。从而实现PLC可编程控制器2对1#至7#水泵的实时控制。

逻辑控制层内小型PLC可编程控制器B 5负责组建MODBUS TCP网络B 12。通过MODBUS TCP网络B 12，小型PLC可编程控制器B 5与8#至14#防爆兼本安型就地控制箱实时通讯，获取8#至14#每一台水泵的信息，包含就地操作信息、传感器状态、阀门状态、水泵状态、电机状态，汇总后转发给PLC可编程控制器2；同时，小型PLC可编程控制器B 5获取PLC可编程控制器2分发的8#至14#每一台水泵的控制信息，包含就地操指示灯动作、阀门动作、水泵电机动作，将信息分发到8#至14#防爆兼本安型就地控制箱。从而实现PLC可编程控制器2对8#至14#水泵的实时控制。

逻辑控制层内小型PLC可编程控制器C 6负责组建MODBUS TCP网络C 13。通过MODBUS TCP网络C 13，小型PLC可编程控制器C 6与15#至21#防爆兼本安型就地控制箱实时通讯，获取15#至21#每一台水泵的信息，包含就地操作信息、传感器状态、阀门状态、水泵状态、电机状态，汇总后转发给PLC可编程控制器2；同时，小型PLC可编程控制器C 6获取PLC可编程控制器2分发的15#至21#每一台水泵的控制信息，包含就地操指示灯动作、阀门动作、水泵电机动作，将信息分发到15#至21#防爆兼本安型就地控制箱。从而实现PLC可编程控制器2对15#至21#水泵的实时控制。

逻辑控制层内小型PLC可编程控制器D 7负责组建MODBUS TCP网络D 14。通过MODBUS TCP网络D 14，小型PLC可编程控制器D 7与22#至28#防爆兼本安型就地控制箱实时通讯，获取22#至28#每一台水泵的信息，包含就地操作信息、传感器状态、阀门状态、水泵状态、电机状态，汇总后转发给PLC可编程控制器2；同时，小型PLC可编程控制器D 7获取PLC可编程控制器2分发的22#至28#每一台水泵的控制信息，包含就地操指示灯动作、阀门动作、水泵电机动作，将信息分发到22#至28#防爆兼本安型就地控制箱。从而实现PLC可编程控制器2对22#至28#水泵的实时控制。

逻辑控制层内小型PLC可编程控制器E 8负责组建MODBUS TCP网络E 15。通过MODBUS TCP网络E 15，小型PLC可编程控制器E 8与29#和30#防爆兼本安型就地控制箱实时通讯，获取29#和30#每一台水泵的信息，包含就地操作信息、传感器状态、阀门状态、水泵状态、电机状态，汇总后转发给PLC可编程控制器2；同时，小型PLC可编程控制器E 8获取PLC可编程控制器2分发的29#和30#每一台水泵的控制信息，包含就地操指示灯动作、阀门动作、水泵电机动作，将信息分发到29#和30#防爆兼本安型就地控制箱。从而实现PLC可编程控制器2对29#和30#水泵的实时控制。

参见图3可知，所述的数据采集执行层设有防爆兼本安型就地控制箱，防爆兼本安型就地控制箱设有本安型IO模块16和非本安型IO模块17。本安型IO模块16负责采集操作按钮和正负压、流量、液位、振动、温度等传感器的状态，输出控制面板指示灯的开关；非本安型IO模块17负责采各个阀门和水泵电机的电流、电压、温度状态，输出控制各个阀门的开关和水泵电机和启停。

通过上述方法，一种基于工业以太网的多协议矿用泵房控制系统具有了控制能力强大、通讯速度快速、配置灵活、体积小成本低、抗干扰能力强、与现有主流其它控制系统兼容等特点。

以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。

Claims (2)

1.一种基于工业以太网的多协议矿用泵房控制系统，包括数据采集执行层，数据汇聚层，逻辑控制层，其特征在于：

所述的数据采集执行层设有防爆兼本安型就地控制箱，防爆兼本安型就地控制箱设有本安型IO模块（16）和非本安型IO模块(17); 本安型IO模块(16)负责采集水泵操作按钮和正负压、流量、液位、振动、温度的传感器的状态，输出控制面板指示灯的开关；非本安型IO模块(17)负责采各个阀门和水泵电机的电流、电压、温度状态，输出控制各个阀门的开关和水泵电机和启停；数据采集执行层与数据汇聚层之间采用基于工业以太网的MODBUS TCP通讯协议进行数据交换；

所述的数据汇聚层设有3个以上的小型PLC可编程控制器；数据汇聚层与逻辑控制层之间采用基于工业以太网的S7通讯网络（3）进行数据交换；

所述的逻辑控制层设有控制模块，控制模块设有CP通讯扩展模块（1）、PLC 可编程控制器（2），CP通讯扩展模块（1）与PLC 可编程控制器（2）通过背板总线连接，将PLC可编程控制器（2）内的数据和运行状态传送出去。

2.根据权利要求1所述的基于工业以太网的多协议矿用泵房控制系统，其特征在于：所述的控制系统采用树型拓扑结构，一台逻辑控制层设备连接1至5台数据汇聚层设备，每台数据汇聚层设备连接1至14台数据采集执行层设备。

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