組態技術在煤礦水位監測系統中的應用

杜亞玲

（晉城無煙煤礦業集團有限責任公司，山西 晉城 048006）

引言

礦井水形成原理復雜，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積水。自然降水部分會流入河流、湖泊或經由蒸發回歸大氣，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、地域環境、開采深度的不同變化異常顯著。我國西北地區降雨量少，礦井涌水量也較少，而東南地區降雨量高，礦井涌水量也隨之較高，在相同的地域環境下，季節變換引起大氣降雨量發生變化，礦井涌水量也不同，同時根據不同的礦井開采深度，礦井涌水量也發生相應變化。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控具有重要的意義。

目前，礦井整體自動化綜合系統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網，整合礦井水監測、管理與控制相關設備，接入全礦綜合管理系統完成高速、統一組網，實現煤礦井上井下遠程監控，達到一體化礦井的管控目標。綜合系統體系結構由三層組成，分別為信息層、控制層和設備層。控制層建立在工業以太環網的基礎上，設備層為提高現場設備間信息傳輸的實時性，決定采用現場總線組網，從而在實現了礦井水遠程監控的同時，礦井管理自動化與現代化水平也得到了不小的飛躍，而實現上述目的的最好工具就是組態軟件技術。

1 組態軟件選擇及系統功能概述

InTouch軟件應用領域包括機械、分布式服務器／客戶機、工業應用服務器等。InTouch支持WindowsXP，在可視化和工業控制中應用廣泛。它可以提供易于現場應用的開發環境，工作人員實現快速建立、測試和完成自動化設計。InTouch使用開放式界面設計及人機對話模式，方便使用者以圖形方式建立工業過程的顯示技術方案。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編輯器以拓展應用范圍，根據工業現場工藝、數據、事件、響應等事件設計一個符合要求的工業范例［1］。

本系統用于對井下水位進行監控，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定，并能實時監視現場水位、水泵運行狀態，具有自動報警功能。系統由以下幾部分組成：

現場顯示界面。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。該觸摸屏不能觸摸，屏幕狀態的改變只能通過PLC進行控制。

現場控制部分。采用西門子S7－200PLC（CPU226CN）擴展以太網模塊CP243－1實現以太網網絡連接，通過組態軟件STEP7－Micro WIN V4.0進行編程。

地面人機界面使用 Wonderware公司的In－Touch創建上位機的監控界面，利用SIDirect DAServer的SuiteLink協議實現與PLC之間的數據通信，監控現場PLC控制單元。

2 組態功能設計

1）以太網卡安裝與TCP／IP協議的配置。PLC的右端安裝連接CP243－1以太網模塊，并用PPI通訊電纜與PC機確認妥當連接后，在STEP7－Micro WIN V4.0軟件環境下完成PG／PC接口設置（選為PC／PPI cable），使用以太網向導工具對CP243－1模塊進行配置，模塊位置與模塊連接到PLC的位置遠近相關，經由總線直接連接到PLC的以太網模塊處于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地址與子網掩碼進行設置，網關可以不設置。對要建立的連接進行配置：連接數配置為1，服務器連接方式以及對連接請求都接收。對于參數存儲區的配置，僅需對起始地址進行指定，其余工作由系統自動計算生成，生成CRC保護文件與ETH0－CTRL子程序。通過以太網控制程序編寫實現服務器每經行一次掃描，都將調用ETH0－CTRL子程序。通過網線將CP243－1以太網模塊與PC機相連接，通過PC機上的TCP／IP協議設置完成CP243－1與PC機的組網工作，并通過下載向導下載程序到PLC中。最后，重新對Set PG／PC Interface進行配置：設置以太網卡接口，并在屬性頁面下設置不要自動分配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、減鍵可以設定水位的上下限。在主程序中應調用以太網子程序。程序編譯完成后，通過以太網下載到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作用是傳遞數據給InTouch或應用程序。應用SIDirect DAServer，配合西門子S7 200系列的PLC，并以太網模塊CP243－1硬件訪問S7－200PLC，SuiteLink協議實現連接 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，在本地節點下，DAServer以“ArchestrA.DASSIDirect.1”命名，可通過 ArchestrA SMC 中的“DAServer Manager”樹找 到SIDirect DAServer。

設置PLC的IP地址到Network Address中，即192.168.10.50。將本地站的本地 TSAP設置為10.0；將PLC的遠程 TSAP設置為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）組態設計。InTouch包含三部分：程序管理器實現創建新程序和管理原有程序；Window－Maker可以使用面向對象的圖形來對整個工程進行組態，創建富于動感的顯示窗口；運行時環境WindowViewer用于對WindowMaker中創建的圖形窗口提供運行環境。

InTouch無內置數據庫系統，需依托第三方軟件完成數據庫建立與數據信息存放。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等數據庫都支持，在安裝InTouch HMI可選擇一并安裝。SQL訪問管理器可通過ODBC方式建立數據源，并連接到SQL數據庫，完成InTouch應用程序與SQL數據庫的實時數據交換，包括運行過程中的數據、報警數據庫或歷史數據庫。InTouch可顯示指定時間段內多個項目數據信息，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中的特殊工具來創建。當水位和水泵工作正常時，報警狀態顯示綠色的正常；當水位超限或水泵工作異常時，報警狀態顯示紅色的報警；如果水位超過最大值，則報警閃爍。在報警狀態下，報警指示燈右邊出現“關閉報警”按鈕，單擊此按鈕則報警指示燈變為黃色的“關閉”，此時右邊出現“啟用報警”按鈕，單擊此按鈕則重新顯示報警狀態［5］。

3 結語

本系統基于InTouch組態技術實現煤礦井下水位監控系統設計，系統界面顯示全面直觀，故障率低，信息獲取可靠，具有很強的實時性。可在煤礦井上遠程調度中心實現遠程監測，對煤炭企業節能降耗、減員增效、安全生產、建設數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監控系統的設計與應用［J］.PLC＆FA，2009（2）：73－74.

［2］ 侯英明.組態軟件及PLC在電力監控系統中的應用［J］.儀表技術與傳感器，2005（8）：61－62.

［3］ 柯志敏，耿長青.組態軟件在電力監控系統中應用［J］.電力自動化設備，2007，27（10）：104－106.

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

［5］ 孫繼平.煤礦安全生產綜合監控［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2008.