基于組態王的煤礦巷道積水監控系統

張宏飛， 張宏濤

（1.山西省煤炭運銷集團七一煤業有限公司，山西 晉城 048000；2.太原理工大學，山西 太原 030024）

引言

煤礦井下地質條件復雜，尤其是礦井巷道水的治理一直是一個困擾安全生產的技術難題，具有分布分散、情況各異、變化復雜的特點。巷道內的局部移動式排水設備布置地點分散、人員巡檢不足，啟動和停止都需巡檢人員操作等，因此，造成了設備故障，并影響了生產。目前完全依靠人工監測與手動控制，依賴于工人的責任心，無法及時準確了解各積水點的水位值及水位的變化情況，并且無預警裝置，這樣對井下安全生產構成了潛在威脅。因此，迫切需要開發一套巷道積水監控系統。

組態軟件，是指專門用于一些數據采集與過程控制的軟件，又稱組態監控軟件。它們幫助用戶快捷地構建具有工業上自動控制系統監控功能的、比較通用的軟件工具，而且組態方式非常靈活，可以處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境。組態軟件在很多領域被廣泛地應用，可以方便地進行數據采集與監視控制以及過程控制。

組態王KingView 6.55是北京亞控科技發展有限公司開發的一種通用工業監控軟件，它集過程控制、現場操作及資源管理于一體，給企業提供一種檢測、解析并管理整個生產的方法，使企業能夠及時有效地了解情況，進行分析，最終獲得一個最優的選擇。組態王全中文編譯環境，采用C＋＋語言編譯，核心為組件結構，框架簡單、結構層次清晰，方便用戶定制開發［1－2］。

組態王具有適應性強、開放性好、擴展力強、開發周期短等優點。通常這樣的系統可以劃分為三個層次結構，即控制層、監控層、管理層。監控層介于控制層和管理層之間并連接上下兩層，在自動控制系統中具有上下層間通信、組態開發的重要作用，而且對現場進行實時的監測與控制。畫面、數據、動畫這三個方面要著重關注。按照現場狀況對監控系統的要求，采用組態王設計監控系統。為了方便試驗者對現場實時監控，組態軟件為試驗者提供了可視化監控畫面。由于Windows圖形編輯功能的使用，方便地構成了具有報警窗口、實時趨勢曲線的監控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態，可便利地生成各種報表［3－4］。

1 總體技術方案

本研究提出10套分站監控單元、1套主站監控單元外加1臺上位機的方案，綜合考慮監控單元測點增加及排水監測的需求，并考慮未來發展的需要，1套主站匯總數據，9套監控單元安裝在水倉附近進行監控，1套備用，上位機安裝在監控中心。對水倉監測可通過水位與排水泵狀態監測，通過設置水位的上下限，控制排水泵工作，并根據水位變化情況、水泵狀態校驗水泵是否工作正常，并能發出超限報警，在任意一臺分站監控單元上都可以查詢到其他水倉的水位及水泵狀態等現場數據。主站監控單元可查詢所有水倉監控分站單元的數據，并可進行遠程控制。應用最新組態軟件技術，實現實時數據顯示及記錄，并包括歷史信息查詢。水倉水位遠程測控及保護系統現場及遠程均可實現自動控制，水泵控制方式可進行手動、自動運行狀態任意設置，可靠性大大提高。采用組態監控操作，顯示屏顯示內容全面、及時，包括時間、水位、水泵狀態等，方便隨時了解系統運行工況。總體監測技術方案如圖1所示。

圖1 總體技術方案

實時數據監控中心和主站單元通過網絡對水泵進行啟停控制，采用可編程的人機操作顯示器代替了傳統的按鈕開關，使整個控制系統運行更為可靠。可對所有采集的數據進行歸類，數據庫記錄監控中心可以根據需要隨時查詢各設備的運行狀態和報警信息。由于巷道中不斷滲出地下水，需要設計水倉儲存這些地下水，防止巷道中積水過多。排水工程是當水倉水位達到一定值時，要通過排水泵將水倉中的積水排到另一水倉中，防止水倉水溢出，巷道中多個水倉依次蓄水、排水，直到將水排出巷道。

水倉測量參數是水倉液位、排水泵狀態。水倉液位精確到厘米（公分）級，能精確控制水泵的運行狀態。根據水位信息可自動起停排水裝置，進行優化配置，實現無人化值守，降低工人勞動強度，當水位超限時，聲光報警器發出報警信號，提示水位超限。

2 組態程序設計

系統設計了管理部門和普通員工兩個用戶角色，其中管理部門下設系統管理員、機電部、信息部三個用戶，普通員工下設操作員1、操作員2兩個用戶。登錄用戶點擊“用戶角色”和“用戶名”下拉列表框，選擇用戶角色和用戶名，點擊“用戶密碼”編輯框，輸入用戶密碼。單擊“登錄”按鈕，密碼匹配成功后進入巷道水監控系統。登錄系統如表1所示。

表1 登陸系統

總體頁面描述了巷道水監測控制系統的技術方案，監控分站采集水位值信息和水泵的開停狀態，并根據設置的報警限值發出聲光報警。本安電源為監控分站和傳感器提供不間斷的工作電壓，并接受監控分站輸出的開關量信號控制水泵的啟停。PLC主站通過485總線方式與監控分站通信，采集分站數據并通過總線的方式向分站下達指令。PLC通過連接以太網模塊CP243－1，通過以太網將主站信息傳輸到地面監控中心上位機，上位機連接TCP協議與主站PLC建立連接。

巷道水監控系統總覽畫面可以完成對所有監控分站的水位的現場數據的動態顯示和遠程報警，實時顯示各分站水泵的工作狀態，同時還配置了豐富的報警指示燈用以顯示各裝置的工作安全狀態，包括各分站水位、開停傳感器的斷線報警和水泵的啟動故障報警以及各分站和主站之間的通訊報警等，并且提供了豐富的菜單操作，可以方便地切換到其他數據查詢畫面或者各分站監控畫面。頁面中部由左向右依次為各分站入口按鈕和通訊狀態顯示、水泵A區數據顯示、水泵B區數據顯示以及狀態說明。點擊分站入口按鈕，可進入分站監控畫面。通訊狀態指示燈顯示了分站和主站之間的通訊狀態。每個分站分為水泵A區和水泵B區兩個區域，分別包括各自的水位值、水泵啟停狀態、開停傳感器連接狀態和水位傳感器連接狀態。狀態說明區用于指示各種指示燈、水泵、水位值的不同形態表示的不同含義。組態王提供了豐富的報表函數，通過組態王報表向導工具，以組態王的歷史庫為數據源，快速建立所需的報表格式，實現各種運算、數據轉換、統計分析和報表打印，提供工作人員對巷道水數據記錄。通過和WEB發布服務器保持高效的數據同步，可以保證IE客戶端獲得與組態王運行系統相同的監控畫面，通過Internet客戶能夠在任何地方獲得與在WEB服務器上一樣的畫面和各種數據、報表等，以及相同的控制功能。

工程完成后，工程人員緊接著需要進行WEB發布，必須經過以下步驟才能完成。要實現 Web功能，作為WEB發布站的計算機應該綁定TCP／IP協議。

安裝并配置以太網卡和TCP／IP協議，然后在PLC的有段連接上以太網模塊CP243－1，并用PPI通訊電纜連接上PLC與PC機，打開STEP7－Micro WIN V4.0軟件，將 PG／PC 接口設置為PC／PPI cable（PPI）。在組態王設備中選擇西門子S7－200PLC中的TCP協議，給安裝的設備指定唯一的邏輯名稱，之后輸入安裝設備PLC的IP地址，最后在IP地址后面加‘：0’。此IP地址與以太網模塊CP243－1指定的IP地址相同，設置完畢后組態王會通過以太網尋找設備PLC，實際上就是通過IP地址獲取PLC設備的數據信息。組態王與S7－200PLC的以太網通信設計完畢，為系統的Web發布設計提供了基礎。

3 結語

井上集控中心主要由上位機及組態軟件（Kingview 6.53）組成，上位機通過組態軟件接口連接井下監測系統接收井下采集的水情參數，工作人員通過組態軟件監測到井下積水水位、排水管道流量、排水管道壓力、排水泵運行狀態等運行數據，并能通過上位機對井下排水設備進行啟停控制，同時，井上監控中心不僅能對異常站點的異常狀態進行報警，也可定位故障點，方便工作人員及時進行維修，保證井下生產安全。

安裝此系統后，值班人員在井上調度中心即可看到被監控水倉的實時參數，包括水倉水位、水泵狀態等，通過這些參數的聯合判斷，可識別排水泵是否故障；同時可在井上手動開啟或停止任意一臺受控水泵，方便水泵的檢修與維護；針對不同巷道的涌水滲水情況，可在井上上位機、井下主站、井下分站設計不同的水位上下限，防止水泵頻繁啟停和過多報警，設備的縱向和橫向聯網使得井上井下信息能夠實現共享，實現無人值守，大大提高了工作效率。

［1］ 韓祥波，劉戰麗，刁培松.基于組態軟件的供水監控系統［J］.自動化儀表，2003，24（11）：58－59.

［2］ 耿乙文，伍小杰.基于ODBC技術實現iFIX組態軟件與關系數據庫Access的通信［J］.工礦自動化，2006（4）：30－32.

［3］ 孫明革，朱喜林.基于組態王軟件下的SQL數據庫技術［J］.微計算機信息，2006，22（3）：109－111.

［4］ 黃麗娟，鞠儒生，黃健，等.基于 Web的作戰仿真實時評估方法及其實現［J］.計算機仿真，2010，27（5）：120－123.