霍州煤電集團(tuán)悅昌煤業(yè)公司 趙 敏

河南理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 劉 潔

河南理工大學(xué)電氣學(xué)院 楊海柱

1.引言

在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，對(duì)工程中重要系統(tǒng)環(huán)節(jié)的集中控制和管理已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。新型泵站監(jiān)控系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)泵站的管理模式，通過(guò)先進(jìn)的數(shù)字通訊技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與集控，極大地提高了泵站的安全運(yùn)行。本文主要說(shuō)明新型泵站監(jiān)控系統(tǒng)在木瓜煤礦中的應(yīng)用。

2.監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)方案

木瓜煤礦泵站監(jiān)控系統(tǒng)是由山西木瓜煤礦和蘇州三恒科技集團(tuán)有限公司共同開(kāi)發(fā)研制的項(xiàng)目。

木瓜礦的泵站系統(tǒng)由三個(gè)真空泵組、相關(guān)管道及儲(chǔ)水池構(gòu)成，根據(jù)控制需要，真空泵和管道上的電磁閥依次動(dòng)作，維持泵站系統(tǒng)的正常工作。由于泵站系統(tǒng)的重要性，要求對(duì)各個(gè)設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控與記錄，在發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)準(zhǔn)確找出發(fā)生故障的設(shè)備，以便及時(shí)排除故障。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是：下位機(jī)為西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-300型PLC，上位機(jī)為井上的監(jiān)控室的工控機(jī)，之間通過(guò)光纖遠(yuǎn)程通信進(jìn)行連接。S7-300PLC控制井下泵站各個(gè)設(shè)備的工作。上位機(jī)界面用西門(mén)子公司的WinCC 7.0（Windows Control center）軟件開(kāi)發(fā)。

傳感器選擇：液位傳感器選用GUY5型投入式液位傳感器，其工作電壓為DC12～20V，可輸出200～1000Hz的信號(hào)，測(cè)量范圍為0～5m。水壓傳感器選用GYD本質(zhì)安全型壓力變送器，其溫度適應(yīng)能力較強(qiáng)，最大測(cè)量范圍為10MPa，滿足系統(tǒng)要求。測(cè)量真空度選用ZKY-2000型真空度測(cè)試儀，其采用離子電荷來(lái)做標(biāo)定，可以有效地抑制測(cè)試過(guò)程中瞬態(tài)電源的干擾，使測(cè)試穩(wěn)定可靠，監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

3.監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能及應(yīng)用

木瓜泵站監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，具有監(jiān)控畫(huà)面，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，報(bào)警檢測(cè)，參數(shù)整定，數(shù)據(jù)查詢，事件查詢，報(bào)表管理等功能。以下重點(diǎn)介紹監(jiān)控畫(huà)面，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)歸檔，數(shù)據(jù)查詢功能。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢窗口圖

3.1 監(jiān)控畫(huà)面

監(jiān)控畫(huà)面功能給出了泵站系統(tǒng)的構(gòu)成和運(yùn)行示意圖。監(jiān)控系統(tǒng)采集泵站系統(tǒng)各設(shè)備的相關(guān)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將其顯示在監(jiān)控畫(huà)面中的泵站系統(tǒng)示意圖的相應(yīng)位置，用戶可以直觀地看到泵站系統(tǒng)的組成，并了解其運(yùn)行情況。泵站監(jiān)控系統(tǒng)操作界面圖如圖2。

3.2 遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù)

在泵站系統(tǒng)啟動(dòng)后，監(jiān)控系統(tǒng)將自動(dòng)采集下位機(jī)PLC控制的管道電磁閥、電泵、高壓真空開(kāi)關(guān)柜的開(kāi)關(guān)信號(hào)，對(duì)于傳感器采集的各管道流量、溫度、液面高度等模擬量信號(hào)，通過(guò)其自帶的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行運(yùn)算，轉(zhuǎn)換為PLC可處理的數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)光纖通訊將信號(hào)傳導(dǎo)地面上的上位機(jī)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理并顯示。通信是監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵，WinCC提供了所有最重要的通訊通道，用于連接到SIMATIC S5/S7/505控制器的通訊，以及PROFIBUS-DP/FMS、DDE（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換）和OPC（用于過(guò)程控制的OLE），等非專(zhuān)用通道。本礦的監(jiān)控系統(tǒng)WinCC通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)（Industrial Ethernet）連接井下泵站的下位機(jī)S7-300PLC。其中，對(duì)WinCC通訊處理器模塊的設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)與不同單元的連接通訊，增大了系統(tǒng)的融合能力。

3.3 數(shù)據(jù)歸檔

本礦泵站監(jiān)控系統(tǒng)利用WinCC 7.0進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)用SQL Server 2005作為數(shù)據(jù)歸檔的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)歸檔功能。其優(yōu)點(diǎn)是：WinCC 7.0可以與Windows防火墻配合使用，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性。數(shù)據(jù)歸檔的目的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和歸檔，向操作人員提供操作狀態(tài)和過(guò)程故障狀態(tài)的信息，以便快速確定故障位置，解除故障。在數(shù)據(jù)歸檔過(guò)程中，數(shù)據(jù)以自動(dòng)歸檔和人工歸檔兩種方式歸檔到數(shù)據(jù)庫(kù)中。自動(dòng)歸檔是利用WinCC過(guò)程值歸檔，對(duì)需要?dú)w檔的變量進(jìn)行組態(tài)，不需要單獨(dú)操作數(shù)據(jù)庫(kù)建立儲(chǔ)存表就可以實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的正常運(yùn)行的變量記錄采用的便是自動(dòng)歸檔，方便用戶以不同方式查看運(yùn)行過(guò)程的數(shù)據(jù)。人工歸檔是通過(guò)人工建立數(shù)據(jù)儲(chǔ)存表來(lái)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)歸檔功能。對(duì)運(yùn)行中需要特殊關(guān)注的數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)儲(chǔ)存表，可以快捷記錄和顯示該數(shù)據(jù)的變化過(guò)程，反映相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況。報(bào)警記錄、用戶對(duì)系統(tǒng)的操作等都使用人工歸檔。

該系統(tǒng)還利用WinCC的趨勢(shì)控件設(shè)置了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線和歷史數(shù)據(jù)曲線的功能，便于用戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

數(shù)據(jù)庫(kù)的歸檔服務(wù)器由中央歸檔服務(wù)器和長(zhǎng)期歸檔服務(wù)器組成。在運(yùn)行期間數(shù)據(jù)庫(kù)均創(chuàng)建在中央歸檔服務(wù)器項(xiàng)目工程目錄下的相關(guān)文件夾中，以減少數(shù)據(jù)的使用空間，提高效率。根據(jù)WinCC數(shù)據(jù)歸檔原理可知：WinCC運(yùn)行的數(shù)據(jù)存放在一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)片段中，每個(gè)數(shù)據(jù)片段有最大容量，每隔一定的時(shí)間周期數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)啟動(dòng)新的數(shù)據(jù)片段。當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)片段的容量超限或數(shù)據(jù)更新周期達(dá)到時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)就會(huì)啟用新的數(shù)據(jù)片段存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到所有數(shù)據(jù)片段的總?cè)萘繒r(shí)，最新的數(shù)據(jù)將會(huì)覆蓋之前的數(shù)據(jù)。為了防止數(shù)據(jù)丟失，可以在中央歸檔服務(wù)器滿倉(cāng)前將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到長(zhǎng)期歸檔服務(wù)器中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份功能。

3.4 數(shù)據(jù)查詢

該監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，所有的結(jié)果都在數(shù)據(jù)查詢窗口中顯示。通過(guò)數(shù)據(jù)查詢窗口，用戶可以查詢之前的操作記錄和系統(tǒng)的運(yùn)行記錄，還可以對(duì)以往的報(bào)警記錄進(jìn)行查詢。用戶可以通過(guò)選擇日期或選擇設(shè)備號(hào)碼查詢相關(guān)的報(bào)警信息，并根據(jù)需要對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行打印。監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢窗口圖如圖3。

4.結(jié)語(yǔ)

目前，泵站監(jiān)控系統(tǒng)已在木瓜煤礦應(yīng)用，設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定，效果良好，主要表現(xiàn)在以下方面：（1）系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性得到了很大程度的提高，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢功能使工作人員可隨時(shí)查詢水泵故障時(shí)間及故障參數(shù)，方便了故障的后期處理。（2）管理人員可及時(shí)了解泵站系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，在處理故障方面，可以實(shí)時(shí)、全面地了解每一次操作步驟，防止現(xiàn)場(chǎng)人員在無(wú)人監(jiān)護(hù)情況下的誤操作，可以通過(guò)遠(yuǎn)程操作及時(shí)調(diào)整保護(hù)整定值，減少現(xiàn)場(chǎng)人員操作上可能犯的低級(jí)錯(cuò)誤。

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