河南理工大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院 甘國紅 冉景堃 張流凱 王新環(huán)

露天煤礦水泵機(jī)組距離較遠(yuǎn)，布線成本極高，因此通過無線通信技術(shù)對水泵實施遠(yuǎn)距離控制可以有效節(jié)約系統(tǒng)施工成本，降低系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用，提高安裝效率。本文采用智能網(wǎng)關(guān)及云平臺技術(shù)，實現(xiàn)礦區(qū)泵房無人值守控制，減少工人勞動強(qiáng)度，提高設(shè)備自動化水平。

露天開采礦泵房承擔(dān)著排出采區(qū)涌水的重要任務(wù)，是保證礦山企業(yè)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。排水系統(tǒng)各種設(shè)備能否安全、可靠、有效的運(yùn)行，關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)與安全?，F(xiàn)階段我國礦區(qū)大多數(shù)排水主要采用現(xiàn)場值班人員人工開停水泵的模式，不能做到遠(yuǎn)程自動開停水泵，存在極大的安全風(fēng)險。

張紅娟和莫州寒等利用PLC實現(xiàn)露天礦泵房無人值守系統(tǒng)設(shè)計，王文斌等利用阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺開展泵房遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，周宇等利用NB-IoT通信技術(shù)實現(xiàn)泵房遠(yuǎn)程監(jiān)控。為了有效解決礦區(qū)水泵存在的安全問題，提升企業(yè)的自動化水平，本文針對礦實際運(yùn)行情況，采用PLC及無線通信技術(shù)，實現(xiàn)水泵遠(yuǎn)程監(jiān)控，提升排水設(shè)施的自動化水平，保障企業(yè)的安全生產(chǎn)。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計

某礦坑下排水設(shè)施有三個泵站，共計10臺水泵?，F(xiàn)場采用手動控制，由于設(shè)備距離控制室較遠(yuǎn)，運(yùn)行維護(hù)不方便。針對該礦實際況，采用PLC及GPRS無線通信技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)場手動控制、PLC自動控制和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控功能，具備水泵運(yùn)行狀況實時監(jiān)測、參數(shù)設(shè)置、報警管理、歷史報表、歷史趨勢等，提升坑下排水設(shè)施運(yùn)行的自動化水平，保障煤礦的安全生產(chǎn)。系統(tǒng)共由PLC、智能網(wǎng)關(guān)、云平臺、遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)等部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于GPRS和PLC的水泵自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）PLC選用西門子S7-1200 PLC作為中央控制單元，采集電機(jī)電壓、電流、水位、出水口壓力等信息，經(jīng)過內(nèi)置控制算法，實現(xiàn)水泵電機(jī)的控制，并通過以太網(wǎng)與智能網(wǎng)關(guān)通信，將數(shù)據(jù)上傳云平臺，并接受遠(yuǎn)程控制指令，實現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程控制。

（2）無線通信模塊與云平臺采用創(chuàng)恒科技的P432智能網(wǎng)關(guān)及創(chuàng)恒云，該款無線通信模塊搭載32位高速處理器和Linux操作系統(tǒng)的智能網(wǎng)關(guān)模塊，配備WAN口，結(jié)合VPN服務(wù)及串口透傳服務(wù)為PLC提供遠(yuǎn)程上下載程序，遠(yuǎn)程連接功能。

（3）上位機(jī)由一臺工控機(jī)組成，主要負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)監(jiān)測，實現(xiàn)水泵現(xiàn)場手動控制、PLC自動控制和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控功能，并具備短信報警、手機(jī)APP監(jiān)控、運(yùn)行參數(shù)記錄、報表統(tǒng)計管理等功能，實現(xiàn)水泵運(yùn)行的自動化。

2 PLC地址分配及硬件組態(tài)

PLC主要完成現(xiàn)場水泵電機(jī)的控制及信息監(jiān)測，同時利用工業(yè)以太網(wǎng)與無線通信模塊進(jìn)行信息傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。每個泵站設(shè)置一個PLC控制箱，PLC選擇西門子CPU 1214C AC/DC/Rly，模擬量模塊選擇AI 4×13 Bit和AI 8×13 Bit，根據(jù)現(xiàn)場工藝要求，分配I/O接口地址如表1所示。

表1 PLC地址分配

設(shè)備硬件組態(tài)如圖2所示。在硬件組態(tài)窗口中設(shè)置PLC的IP地址，選擇“允許來自遠(yuǎn)程對象的PUT/GET通訊訪問”，配置模擬量模塊的屬性，傳感器采用兩線制4-20mA信號。

圖2 PLC硬件組態(tài)圖

3 云平臺配置

通過登錄云平臺網(wǎng)址，輸入序列號和激活碼，對智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行設(shè)備綁定，步驟如下：

（1）輸入序列號和激活碼，綁定網(wǎng)關(guān)。

（2）選擇“西門子→1200以太網(wǎng)”協(xié)議，輸入設(shè)備IP，添加通道。

（3）在設(shè)備管理頁面添加設(shè)備，輸入設(shè)備名稱選擇所屬通道。在數(shù)據(jù)監(jiān)控頁面定義監(jiān)控的數(shù)據(jù)變量及地址，完成PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4 結(jié)論

利用PLC和智能網(wǎng)關(guān)通信技術(shù)可以實現(xiàn)露天開采礦山水泵遠(yuǎn)程無線監(jiān)控，實現(xiàn)無人值守，有效節(jié)約成本，降低維護(hù)費(fèi)用，提升自動化水平，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

本文受河南省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目（201910460017）資助。