2021 年 4 46
2 期Vol. 46 No.2
与理
Energy Technology and Management
41
doi:10.3969/j.issn.l672-9943.2021.02.015
基于S7_1200PLC 的瓦斯抽采监控系统的设计 蒋志龙
(天地(常州)自动化股份有限公司，江苏常州213015)
［摘 要］针对瓦斯抽采工程建设需求，设计一套基于S7_1200PLC 的瓦斯抽采监控系统。介绍
了该系统的构架、组成、功能以及PLC 程序中设备控制、参数报警等功能的实现，其中 详细介绍了基于
S7_1200PLC 与监测分站之间UDP 通信的实现以及RS485-RTU 通 信的实现，提高了数据采集方面的稳定性和实时性，对实现自动控制具有重要的意义。［关键词］瓦斯抽采；监控系统;UDP 通信；S7_1200PLC ［中图分类号］TD712 ［文献标识码］B ［文章编号］1672-9943(2021 )02-0041 -03xlr连接器
0引言
瓦斯抽采治理是解决煤矿瓦斯突出事故的有
效方法：国家为了提高煤矿企业的安全生产水平：提 出了高瓦斯及突出矿井必须建立地面永久抽采瓦
探针天线
斯系统或井下临时瓦斯抽采系统，同时需配备瓦斯
抽采监控系统。本文讨论一种基于S7_1200PLC 的 瓦斯抽采监控系统的设计：监测分站采用数字传输
方式采集各传感器数据,PLC 与监测分站采用UDP 通信方式进行数据交互 控设备进行集控
制。系统具有数据传输 系统
。
1系统
1.1系统组成
瓦斯抽采监控系统 由上位机、交换机、显示控 可 控
监测分站
及各
传感器。上位机在
抽采 站 监测控 监测
分站安 瓦斯抽采站，
传感器数据的采集，可分 通 RS485
通信 数据交互 安全监控系统 瓦斯抽采
监控系统 可 控 安 瓦斯抽采
站， 控设备的集控
的采
集，通交换机采用Profinet 传输方式与监包边带
测分站
控显示进行数据交互；显示
控 安
瓦斯抽采站 ， 数据监测
地控 。瓦斯抽采监控系统
1示。
综
合电量
冷
却塔
循
环水泵
电
动闸阀 电
动蝶阀 抽
采泵
水
池温度
减
速机油温
泵
轴温
定
子温度
电
机轴温 水
池水位 设
备开停 环
境温度 环
境甲烷 管
道一氧化碳
管
道甲烷
管
道压力 管道温度 管
道流量
图$瓦斯抽采监控系统
1.2硬件设计
监测分站有5
485通信 2腐2 , 485-1通信用于煤
矿安全监控系统， 为 全监控系统的分站 用;
485通信 抽采站 传感器；分站的 可瓦斯抽采监控系
统的交换机。
KCC2-5总线接口箱主要采集电机的前后轴承
热饮机
2021年4月
Apr.,2021 42蒋志龙基于S7_1200PLC的瓦斯抽采监控系统的设计
温度、电机的定子温度、抽采泵的轴承温度以及水池水温，输入信号为两线制或三线制PT100，总线接口箱与监测分站进行RS485通信。
可编程控制箱选用的是西门子公司S7-1200系列PLC，配置2块CM1241通信模块用于采集变频器(或高压软启)的电流、电压、功率、故障等参数；配置3个SM1223数字量输入/输出模块实现抽采泵、水泵、电门等设的启停量信号采集；配置2个SM1231模量输入模块用于电门的4〜20mA开度信号采集。
1.3系统主要功能
(1‘抽采管路内的流量、温度、压力、甲烷、一氧等参数进行监测，
的瓦斯流量流量，计出计抽采量，出年月计量的分
(2‘监测数设定或设故障时出，机 设
或故障置。
(3‘抽采泵的行轴温，泵 水的水水水温，泵瓦斯度以及门等进行监测。
(4)实抽采泵水泵、瓦斯浓度超限断电等控制功。
(5)实抽采泵、水泵、电动阀门等设备的手动或控制。
2软件设计
2.1PLC程序
2.1.1控制程的设计
控制程抽采泵水泵电
门及等控设的控制以及。分集控控2模，集控模是
控制进行或控制，的
实设的启⑴。程控制是用
机 的，实设的启。程 通用的抽采泵压电门3数块(FB)，程 接用相的数块可。抽采泵控制数块(FB1)的输入接口配置控控控启控
控启控 定器水瓦斯等信号，实等功；压控制数块(FB2)的输入接口配置控控控启控 控启控 定器等信号；门控制数块(FB3)输入接口配置
控控控 控控 控定器急等信号。
2.1.2程的设计
(1)抽采泵水泵功水传感器监测判抽采泵水管有无水流，抽采泵行水管路无水流视为抽采泵水，出启，水情况持续2min出停泵指令，抽采泵。
(2‘甲烷电功甲烷传感器监测泵内、管路间的甲烷浓度是否存在甲烷泄露况甲烷大于0.5%出启装置⑵；甲烷大于1.0%，PLC出电指令切设的电源，以保证安全。
(3)机电设温功总线10接口监测抽采泵轴承电机轴承及定子温度抽采泵轴承温度65F，出信号，70G ，行该泵组叫电机轴承温度80H、定子温度120I出信号，电机轴承温度85J，行该泵组。
2.1.3PLC与监测分站UDP通信的实现
系统通PLC向监测分站送读取数的命令，监测分站收PLC的取数命令后冋监测分站的数帧，PLC与监测分站实数交
首先创建一个DB数据块，命名为Connection」，类型选为TC0N_Param；数块将ID设置为1，ConnectionType设为19(11为TCP连接，19为UDP连接)，ActiveEstablished设为false。
TC0N指令用于放通信接，可用于TCP、IS0-on-TCP和UDP通信，如图2所示。REQ 端口升沿时，启业 接(M1.0为PLC首次升沿，PLC行B可接 接)；ID端口为接ID，与Connection_1数块ID 参数一致；CONNECT端口指向连接描述的指针，直接选择Connection_1数据块;DONE、BUSY、ERROR 端口为状态参数，可以检查业的；STATUS端口为指令，可详细的指令方便调试。
图2TCON
指令
源技术与理
Energy Technology and Management
2021年第46卷第2期
Vol. 46 No.2
TUSEND 指令用于UDP 通信时发送数据，如 图3所示。REQ 端口为控制参数在上升沿时启动发
送作业(M0.5为1 Hz 脉冲上升沿，表示每1 s 发送
1次读取命令);ID 端口必须与TCON 指令的ID 参
数相同;LEN 端口为数据发送长度;DATA 端口为
指向发送区的指针;ADDR 端口定义通信伙伴的地
址信息(IP 地址和端口号)，通过添加一个类型为
TADDR_Param 的数据块并在数据块中设置伙伴的 IP 地址和端口来实现;DONE q BUSY q ERROR 端口
为状态参数，可以检查作业的状态;STATUS 端口为
指令状态，可显示详细的指令状态方便调~。
图3 TUSEND 扌旨令
TURCV 指令用于UDP 通信时接 数据，如图
4所示。REQ 端口为启动控制 ;ID 端口与
TCON 指令的ID 参数相同;LEN 端口为数据接
长度;DATA 端口为指向接 区的指针;ADDR 定义
通信伙伴的地址信息，与TUSEND 指令的ADDR
为同一数据块;NDR 、BUSY 、ERROR 端口为状态参
数，可以检查作业的状态;STATUS 端口为指令状 态，可显示详细的指令状态方便调~。RCVD_LEN
端口为实 的 数。
RJRCV
回旳
非晶型磷酸盐结晶
ENO ------------------------------
NDR —«•••
BUSY —•- ERROR —
STATUS —- RCVD.LEN —-
图4 TURCV 扌旨令
2.1.4 RS485-RTU 通信的实现
在博途软件设 态 设置CM1241 RS485
通信 块 规项中的波特率、奇偶校验、数据位、
参数，并 项
，如:CM_1241
(RS422/485)_1，或重新命
MB_COMM_LOAD 指 令 用 于 态 端 口 用 Modbus RTU 协议来通信。REQ 端口在上升沿时，启
动相作业以 接;PORT 端口 ，
择名称为 CM_1241(RS422/485)_1、类型为 port 的
数据块; BAUD 端口为波特率， 与通信 块的 规
--------------EN
true — EN_R
1 - ID 0 — LEN --DATA
<>- ADDR
43
项参数设置一 ;MB_DB 端口为 中MB_MASTER 指令所使用的 数据块_
同一通 所 MB_MASTER 指令为同一个
数
据块)；DONE q ERROR 端口为状态参数，可以检查
作业的状态;STATUS 端口为指令状态，可显示详细 的指令状态方便调~。实验室流化床
MB_MASTER 指令
作为 Modbus
用 块通信上的端口
通信，可以
读 一个 个Modbus 设 中的数据。REQ
端口为控制参数在上升沿时启动发送作业；
MB_ADDR 端口为
的 地址; MODE 端口
为 _0为读、1为);DATA_ADDR 端
口为 设 数据的
地址; DATA_LEN 端口为的 数据的长度; DATA_PTR 端口为指向
读取的数据
地址的指针。
2.2组态程序
通过 态
上 态 ，上 可以控制 、
、 动
设
的启，可以实时查 、 、 以
设 参数，查
数据 、 表，设
置
、，并
，
当监控 出现故障时系统自动切换到备
3结语
瓦斯 监控系统用PLC 与监测分的
C/S 构架，通过1200 PLC 的以太网通信 ，实现
了 PLC 与监测分 的数据交互与数据解析。2018
年在贵州苞谷山煤矿、小河边煤矿 处的瓦斯
监控系统中 用，大幅度提高了数据 集方面
的稳定性和实时性，实现瓦斯 监控系统的自
动控制 的 义
［参考文献］
JK 李勇•基于S7_1200PLC 和WinCC 的瓦斯抽采监控系
统［J ］.电气自动化,2020,42(4)： 66-68.
［2］ 刘东科，谢国军，刘健康•基于力控和S7_300的煤矿瓦
斯抽放监控系统的设计［J ］.工业控制计算机,2014,27
(6)：67-68.
［3］ 王祖迅.PLC 基于以太网与矿用监控分站数据交互实
现［J ］.自动化与仪表,2020,35(4)： 90-93.［作者简介］
蒋志龙(1983-)，男，工程师，毕业于西安通信学院计算机应用专业，长期 事煤矿瓦斯
监控系统的研究工作。
［收稿日期：2020-10-18
］
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