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1、基于PLC的矿井主排水监测监控系统开发探讨【摘要】本文探讨了一种基于PLC的矿井主排水监测监控系统，主要介绍了该系统的工作原理以及该系统的开发设计过程，该系统具有实现无人值守、实时监测水位情况以及合理调度水泵运行等功能，因此在矿井主排水中广泛应用。 【关键词】PLC；矿井主排水；监测监控系统；开发1、引言目前在我国，随着经济和科技的发展，在矿井工程中出现一种基于PLC的矿井主排水监测监控系统。该系统已实现无人值守的的功能，同时能够实时的对矿井主排水位情况进行监测，并对于水泵的运行可以进行合理的调度控制，因此在矿井工程中广泛应用。基于PLC的控制方式是以设计时的超限水位作为控制泵启停的标准。但是
2、就主矿井排水系统而已，系统的超限水位分段位置会受到泵的效率以及排水管路效率的影响。该系统具有可视性，能够将现场的情况适时的以图片的形式通过网络传输给相关责任人。本文将对上述的问题进行简要的阐述，提出相应的技术解决方案，并对基于PLC的矿井主排水监测监控系统的开发进行探讨，以及介绍该系统各个组成部分的主要功能和重要作用。2、基于PLC的矿井主排水监测监控系统的一般原理矿井主排水监测监控系统主要的组成部分包括井下数据采集系统、PLC控制系统、变频系统和地面远程监控系统。该系统进行监测监控的一般流程为：首先通过井下数据采集系统对矿井内的水仓水位进行实时的监测，并对测控参数进行数据的采集；通过PLC控
3、制系统可以将时空采集的模拟数据转换为数字信号，并计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，这样就可以得到矿井的涌水量情况；通过变频系统中的变频控制器可以根据涌水量情况进行输出频率的调整。在我国目前主要采用的是多泵并联变频变量排水的工作模式。在这种工作模式下具体的控制流程为：涌水量增大。当矿井内的涌水量小于1台泵在工频条件下的排水量时，通过控制系统可以对1台泵的排水速度进行调整；当涌水量超过超限水位时，通过变频控制系统可以将其他泵启动进行工作，根据相同的启动原理，其他泵在相应的条件下进行使用。涌水量减小。当涌水量减小时，通过变频控制系统对泵的转速进行下调控制，当涌水量降为零时，可自动关闭1台泵，
4、从而结束并联排水。通过以上的两个过程，即可实现矿井主排水的自动控制。3、基于PLC的矿井主排水监测监控系统的的开发设计3.1系统功能结构该系统主要包括两个部分，分别为井下硬件系统和地面远程监控系统。井下硬件系统是通过PLC控制系统进行集中控制，通常采用的是RS485通信方式。将采集到的数据通过PLC控制系统将其传输到地面控制中心，地面控制中心的上位机会对数据进行计算，同时将计算结果返回PLC控制系统，继而通过对PLC的控制实现对井下硬件的控制。3.2井下硬件系统设计井下硬件系统的主要组成部分为用于数据传输的工业以太网、井下各种传感器信号采集系统、摄像系统、水泵以及变频器系统和PLC控制系统。以
5、下将对其中的主要组成部分进行系统的介绍，包括工业以太网以及PLC控制系统。（1）工业以太网工业以太网首先应符合工业使用标准，应具有宽频、较长传输距离、有冗余以及自愈的功能，同时能够抵抗电磁的干扰，适宜在工业控制系统中使用。工业以太网采用标准接口和统一的TCP/IP传输协议，如有需要可以进行多系统的集成和扩展。在工业以太网，每台只能设备都有自己独一无二的固定IP地址，通过IP地址可以对设备进行识别和锁定，同时实现精确的信息传送。对于收集而来的视频信号，应经过压缩处理和存储，之后即可通过IP地址将其传输到指定的智能设备。（2）PLC控制系统可用于PLC控制系统中的主机较多，目前主要采用的是基于模块
6、结构的PLC。井下PLC控制系统的主要工作原因为：通过井下安装的各种传感器采集系统对水仓水位进行实时的监测，并对测控参数进行数据的采集，包括水仓水位、排水的出水压力、真空泵状态、电动阀门的状态和水泵的运行状态及电量等参数，之后将采取到数据通过电信号传输到PLC控制系统中，远程监控端通过侦听的通信方式对PLC发送读取信号，接着PLC即将数据传输给上部机，然后上部机将处理好的数据在此返回给PLC，并对其下达指令，PLC根据指令即可实现各执行部的控制，这就是PLC控制系统的智能控制方式。3.2远程监控系统设计地面远程监控系统主要完成的工作任务是进行数据的显示、存储、分析处理意见信息查询等。该智能远程
7、监控系统不仅具备数据显示的常规监控功能，而且还具有现场图片报警功能，同时能过进行Web服务信息发布。（1）地面远程监控系统设计井下监控系统是为了对实施情况进行准确的检测和控制，并通过快速的反应实现突发事件的有效处理。采用工业以太网网将PLC控制系统采集到的各种现场数据传输给地面远程监控系统，地面远程监控系统则对数据进行显示、存储以及分析处理。地面远程监控系统具备常规的监控功能，能够将数据转换为模型、图形、趋势图以及数字的形式，可以直观的现实泵房内的各种数据，包括水位、瞬时流量及累计流量、电动机温度等参数。一旦某个参数超过预定的警戒限值时，一方面监控系统即可采用文字、声音或者光电等方式将报警信息
8、传达给相关负责人，同时自动将数据进行存储，记录故障和报警类型；另一方面监控系统即可下达图像获取指令，通过PLC获得视频摄像机上的图像数据，现场监控人员对于图像数据进行确认和分析，从而判断警戒的级别，然后将报警信息以及图像等形成邮件或者短信信息的形式，通过OA网络将其发送给相关的负责人。负责人在受到邮件或者信息后，即可就地调用相应的Web服务，对实时信息进行查看，从而根据判断结果快速的指定决策并下达控制指令。（2）Web服务功能设计Web服务功能是通过将基本功能发布为Web服务，并将Web服务注册在矿山的主服务器中，以这种方式即可实现Web服务的调用和应用集成。基于PLC的矿井主排水监测监控系统
9、将采集得到的数据存储在实施多媒体数据库中，通过Web服务功能可以将多媒体数据库封装成不同的数据库访问构件，通过Web服务可以对不同的参数进行实施的查询。根据查询参数的不同，Web服务可将其分为不同的服务构件，当负责人进行查询时，需要了解哪个参数的情况，Web服务即可提供相应的参数数据以供参看。通过Web服务可以实现负责人的就地实时查询，从而提供了报警的反应速度。4、工程案例针对晋煤集团寺河矿的实际应用，提出了以下主要研究内容：（1）构建主排水系统网络平台，开发主排水监测监控系统软件，以便及时了解井下排水系统的运行状况，对采集主排水系统状态数据的进行分析、判断和处理，并可通过通信主干网络远程参数
10、设定和远程控制水泵及阀门。以图形、数据、文字等方式，实时地动态显示系统工作状态、运行参数及报警信息，实现矿井主排水系统的自动化、无人化运行。（2）主排水系统管网建设。为方便采集水泵和管网的排水运行时的工作参数，需要对该矿现有主排水管网系统进行必要适当的改造和建设，例如主排水管路阀门的更换或者改造，在必要的位置加装安全可靠的传感器，采集温度、流量等设备运行工况点。（3）开发井下主排水监控装置，这其中就包括中央控制器的选择。为了达到地面信息中心能够及时准确的了解井下排水设备运行工况，实现对矿井主排水系统关键设备（如水泵、阀门等）的状态监测与监控，并能实时采集管网及水泵的工况参数（如管路压力，流量，
11、水井液位等），具有良好的人机界面，可实现手动控制、半自动控制、自动控制、检修控制和远程控制等五种控制模式对各台水泵和阀门实时高效、可靠地控制。根据晋城煤业集团寺河矿主排水系统的现状，对该主排水自动化控制系统提出了如下技术方案：（1）总体方案。系统在地表设置上位机，在井下泵房设置下位机；下位机核心控制单元为可编程控制器PLC，PLC的通讯端连接上位机，PLC输出端连接执行机构，通过执行机构实现对泵房排水设备的控制。本系统能够可实现手动控制、半自动控制、自动控制、检修控制和远程控制等五种控制模式。处于“自动控制”时，系统自动检测各个参数，控制水泵轮流工作与适时启动备用泵，合理调度3台水泵运行，以图
12、形、数据、文字等方式，实时地动态显示系统工作状态、运行参数及报警信息，实现矿井主排水系统的自动化、无人化运行。（2）计划装设的传感器。本系统共需安装的传感器有：温度传感器、正压传感器、负压传感器、流量传感器、液位传感器、电压变送器和电流变送器等。（3）管路改造方案及准备工作。管路的改造主要是指电动阀门的安装，阀门安装方案如图3所示。管路中共需安装电动阀门23个，其中包括电动闸阀14个，电动球阀9个。电动闸阀又包括主管路闸阀11个，小井联通闸板阀门3个。电动球阀安装在抽真空管路，采用的是手、自动两用阀门。（4）上位机方案。上位机由工控机、操作系统软件、组态软件平台和数据库软件等部分组成；实现对下位机所采集主排水系统状态数据的分析、判断和处理，并可通过通信主干网络远程参数设定和远程控制水泵及阀门。其中组态王6.5版软件为本项目的重要组成部分，本项目中大部分的监控检测任务通过其实现。5、结语本项目开发的基于PLC的矿井主排水自动控制及远程监测监控系统是根据寺河矿的实际情况，在原来的设施基础上进行自动化改造，使设备在少人或者无人干涉的情况下自动运行和自动监测监控的系统，将计算机控制技术、自动控制技术融为一体，应用于煤矿井下排水的全自动和地面远程监控。
