杜亞玲

（晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006）

引言

礦井水形成原理復(fù)雜，主要來源于自然降水和陸地水，其次源于地下含水層水和采空區(qū)積水。自然降水部分會流入河流、湖泊或經(jīng)由蒸發(fā)回歸大氣，余下的部分通過巖石土層中的縫隙流入地下或礦井。自然降水對礦井水的影響程度隨季節(jié)、地域環(huán)境、開采深度的不同變化異常顯著。我國西北地區(qū)降雨量少，礦井涌水量也較少，而東南地區(qū)降雨量高，礦井涌水量也隨之較高，在相同的地域環(huán)境下，季節(jié)變換引起大氣降雨量發(fā)生變化，礦井涌水量也不同，同時根據(jù)不同的礦井開采深度，礦井涌水量也發(fā)生相應(yīng)變化。通常，礦井涌水量在上山開采水平較小，在下山開采水平較大，并且礦井涌水量隨開采深度增加而增加，因此對礦井水位的監(jiān)控具有重要的意義。

目前，礦井整體自動化綜合系統(tǒng)作為全礦井管理平臺正在進一步完善，礦井水管理有向綜合性管理平臺并入的趨勢，通過建立礦用以太環(huán)網(wǎng)，整合礦井水監(jiān)測、管理與控制相關(guān)設(shè)備，接入全礦綜合管理系統(tǒng)完成高速、統(tǒng)一組網(wǎng)，實現(xiàn)煤礦井上井下遠(yuǎn)程監(jiān)控，達到一體化礦井的管控目標(biāo)。綜合系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)由三層組成，分別為信息層、控制層和設(shè)備層?？刂茖咏⒃诠I(yè)以太環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，設(shè)備層為提高現(xiàn)場設(shè)備間信息傳輸?shù)膶崟r性，決定采用現(xiàn)場總線組網(wǎng)，從而在實現(xiàn)了礦井水遠(yuǎn)程監(jiān)控的同時，礦井管理自動化與現(xiàn)代化水平也得到了不小的飛躍，而實現(xiàn)上述目的的最好工具就是組態(tài)軟件技術(shù)。

1 組態(tài)軟件選擇及系統(tǒng)功能概述

InTouch軟件應(yīng)用領(lǐng)域包括機械、分布式服務(wù)器／客戶機、工業(yè)應(yīng)用服務(wù)器等。InTouch支持WindowsXP，在可視化和工業(yè)控制中應(yīng)用廣泛。它可以提供易于現(xiàn)場應(yīng)用的開發(fā)環(huán)境，工作人員實現(xiàn)快速建立、測試和完成自動化設(shè)計。InTouch使用開放式界面設(shè)計及人機對話模式，方便使用者以圖形方式建立工業(yè)過程的顯示技術(shù)方案。In－Touch WindowMaker利用組件、位圖、ActiveX控件、高級圖形庫等，方便用戶使用。使用Quick－Script編輯器以拓展應(yīng)用范圍，根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場工藝、數(shù)據(jù)、事件、響應(yīng)等事件設(shè)計一個符合要求的工業(yè)范例［1］。

本系統(tǒng)用于對井下水位進行監(jiān)控，可對井下10個分站共40臺水泵進行起停、檢修、自動、手動操作，可對水位上下限進行設(shè)定，并能實時監(jiān)視現(xiàn)場水位、水泵運行狀態(tài)，具有自動報警功能。系統(tǒng)由以下幾部分組成：

現(xiàn)場顯示界面。采用被封裝起來的觸摸屏（西門子TP177A6）作為顯示器，用 WinCC Flexible 2007軟件進行組態(tài)。該觸摸屏不能觸摸，屏幕狀態(tài)的改變只能通過PLC進行控制。

現(xiàn)場控制部分。采用西門子S7－200PLC（CPU226CN）擴展以太網(wǎng)模塊CP243－1實現(xiàn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接，通過組態(tài)軟件STEP7－Micro WIN V4.0進行編程。

地面人機界面使用 Wonderware公司的In－Touch創(chuàng)建上位機的監(jiān)控界面，利用SIDirect DAServer的SuiteLink協(xié)議實現(xiàn)與PLC之間的數(shù)據(jù)通信，監(jiān)控現(xiàn)場PLC控制單元。

2 組態(tài)功能設(shè)計

1）以太網(wǎng)卡安裝與TCP／IP協(xié)議的配置。PLC的右端安裝連接CP243－1以太網(wǎng)模塊，并用PPI通訊電纜與PC機確認(rèn)妥當(dāng)連接后，在STEP7－Micro WIN V4.0軟件環(huán)境下完成PG／PC接口設(shè)置（選為PC／PPI cable），使用以太網(wǎng)向?qū)Чぞ邔P243－1模塊進行配置，模塊位置與模塊連接到PLC的位置遠(yuǎn)近相關(guān)，經(jīng)由總線直接連接到PLC的以太網(wǎng)模塊處于0號位置，之后依次1、2、3號等。同時，軟件還具有通過手動點擊讀取模塊來識別確切位置的功能。設(shè)置模塊以“自動檢測通信”的通訊連接工作方式工作，須對IP地址與子網(wǎng)掩碼進行設(shè)置，網(wǎng)關(guān)可以不設(shè)置。對要建立的連接進行配置：連接數(shù)配置為1，服務(wù)器連接方式以及對連接請求都接收。對于參數(shù)存儲區(qū)的配置，僅需對起始地址進行指定，其余工作由系統(tǒng)自動計算生成，生成CRC保護文件與ETH0－CTRL子程序。通過以太網(wǎng)控制程序編寫實現(xiàn)服務(wù)器每經(jīng)行一次掃描，都將調(diào)用ETH0－CTRL子程序。通過網(wǎng)線將CP243－1以太網(wǎng)模塊與PC機相連接，通過PC機上的TCP／IP協(xié)議設(shè)置完成CP243－1與PC機的組網(wǎng)工作，并通過下載向?qū)螺d程序到PLC中。最后，重新對Set PG／PC Interface進行配置：設(shè)置以太網(wǎng)卡接口，并在屬性頁面下設(shè)置不要自動分配IP地址［2］。

2）PLC編程。PLC的輸入端共接有11個控制按鈕，分別為返回、選擇、確定、加鍵、減鍵、起動、停止、手動、自動、設(shè)置、檢修。程序包括主程序、檢修子程序、10個畫面子程序、4個水泵子程序及以太網(wǎng)子程序。主程序流程如圖1所示，畫面子程序流程如圖2所示。

圖1 主程序流程圖

圖2 畫面子程序流程圖

在水泵子程序中可實現(xiàn)對水泵的啟動、停止控制，自動、手動操作的切換，還可對所選的水泵進行單獨檢修，通過選擇和加鍵、減鍵可以設(shè)定水位的上下限。在主程序中應(yīng)調(diào)用以太網(wǎng)子程序。程序編譯完成后，通過以太網(wǎng)下載到PLC中。

3）I／O Server為InTouch與外圍通信提供了工具。作為上位機軟件，I／O Server作用是傳遞數(shù)據(jù)給InTouch或應(yīng)用程序。應(yīng)用SIDirect DAServer，配合西門子S7 200系列的PLC，并以太網(wǎng)模塊CP243－1硬件訪問S7－200PLC，SuiteLink協(xié)議實現(xiàn)連接 Wonderware InTouch，SIDirect DAServer由上位機安裝配置。開始／程序選項中 Wonderware菜單下找到System Management Console（SMC）并單擊啟動運行，在本地節(jié)點下，DAServer以“ArchestrA.DASSIDirect.1”命名，可通過 ArchestrA SMC 中的“DAServer Manager”樹找 到SIDirect DAServer。

設(shè)置PLC的IP地址到Network Address中，即192.168.10.50。將本地站的本地 TSAP設(shè)置為10.0；將PLC的遠(yuǎn)程 TSAP設(shè)置為10.00［3］。

打開“Device Group”屬性頁面，添加新的Device Group到其對話框中，為確保與訪問名對話框中添加的主題名一致，需將默認(rèn)名Topic＿0通過單擊右鍵方式重命名為S7200。打開“Device Items”屬性頁面，添加新的Device Item到對話框中，并完成默認(rèn)名Item＿0的重命名工作。DA Server的啟動運行需通過單擊Activate Server來進行。

4）組態(tài)設(shè)計。InTouch包含三部分：程序管理器實現(xiàn)創(chuàng)建新程序和管理原有程序；Window－Maker可以使用面向?qū)ο蟮膱D形來對整個工程進行組態(tài)，創(chuàng)建富于動感的顯示窗口；運行時環(huán)境WindowViewer用于對WindowMaker中創(chuàng)建的圖形窗口提供運行環(huán)境。

InTouch無內(nèi)置數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，需依托第三方軟件完成數(shù)據(jù)庫建立與數(shù)據(jù)信息存放。SQL訪問管理器是兼容于ODBC的程序組件，此組件對于Oracle、SQL Server以及Access等數(shù)據(jù)庫都支持，在安裝InTouch HMI可選擇一并安裝。SQL訪問管理器可通過ODBC方式建立數(shù)據(jù)源，并連接到SQL數(shù)據(jù)庫，完成InTouch應(yīng)用程序與SQL數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)交換，包括運行過程中的數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)庫或歷史數(shù)據(jù)庫。InTouch可顯示指定時間段內(nèi)多個項目數(shù)據(jù)信息，且能以圖形可視化表示出來，并同時支持實時趨勢和歷史趨勢的對象顯示方式［4］。兩種趨勢都使用 Window－Maker中的特殊工具來創(chuàng)建。當(dāng)水位和水泵工作正常時，報警狀態(tài)顯示綠色的正常；當(dāng)水位超限或水泵工作異常時，報警狀態(tài)顯示紅色的報警；如果水位超過最大值，則報警閃爍。在報警狀態(tài)下，報警指示燈右邊出現(xiàn)“關(guān)閉報警”按鈕，單擊此按鈕則報警指示燈變?yōu)辄S色的“關(guān)閉”，此時右邊出現(xiàn)“啟用報警”按鈕，單擊此按鈕則重新顯示報警狀態(tài)［5］。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)基于InTouch組態(tài)技術(shù)實現(xiàn)煤礦井下水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)界面顯示全面直觀，故障率低，信息獲取可靠，具有很強的實時性。可在煤礦井上遠(yuǎn)程調(diào)度中心實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，對煤炭企業(yè)節(jié)能降耗、減員增效、安全生產(chǎn)、建設(shè)數(shù)字化礦山具有重要的意義。

［1］ 但斌斌，馬乾，時寶祥，李強.基于InTouch監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用［J］.PLC＆FA，2009（2）：73－74.

［2］ 侯英明.組態(tài)軟件及PLC在電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2005（8）：61－62.

［3］ 柯志敏，耿長青.組態(tài)軟件在電力監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用［J］.電力自動化設(shè)備，2007，27（10）：104－106.

［4］ 卞長弘，寧培松，王曉濱，等.礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)綜述［J］.煤炭企業(yè)管理，2005（7）：62－63.

［5］ 孫繼平.煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)控［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.