井下排水自動化手機監控系統的設計

摘 要：在礦井開采作業中，由于降雨與地下水的滲透導致礦井聚集大量的井水，同時煤礦開采可能造成巖層斷裂，會破壞井下排水系統的出水層，形成突水事故。這就要求礦井排水系統可以排除日常積水，而且在突發狀況時能夠快速并可靠地排出涌水。故而，井下排水系統能否正常運行將直接影響整個礦井的生產安全，甚至會使礦井淹沒，危及工人的生命，實現礦井排水系統的自動化運行已成為當今礦井排水系統的必然發展趨勢。雖然現今全國范圍內絕大多數煤礦生產均已實現自動化，但就利用便攜式設備遠程監控排水系統方面，仍有較大空間有待提升。井下排水自動化手機監控系統實現了將手機與自動化系統工作狀態及信息的實時通信，在控制過程中融入現代控制理論，降低了礦井的排水費用，并將監控人員的工作地點，時間變得更靈活，增強了控制系統的便利性和信息交互的實時性。文章就上述系統的實現進行了詳細的介紹及原理解析。

關鍵詞：井下排水系統；以太網通信；android；遠程監控

1 概述

礦井排水系統負責排出煤礦井下積水、涌水，保證煤礦生產的安全，是煤礦生產中的四大系統之一！井下排水系統的一個核心部分即是監控系統。礦井排水系統是一個系統化很強的系統工程，在排水過程中不僅要考慮積水、涌水的多少，還要考慮能耗及礦井內的各種因素的影響，自動化很難。即使實現自動化也需要安排人工監控以防萬一，傳統的井下排水系統一般采用監控臺及計算機等監控方式，不便于攜帶而且將工作人員的工作空間限制在監控室內。

文章介紹的井下排水自動化手機監控系統解放了排水系統監控實現了將手機與自動化系統工作狀態及信息的實時通信，在控制過程中融入現代控制理論，降低了礦井的排水費用，并將監控人員的工作地點，時間變得更靈活。本項目增強了控制系統的便利性和信息交互的實時性。手機客戶端傳達的信息不會因為時間或者是空間的原因而受阻，可以隨時隨地傳播或接收信息，所以在了解信息的時候不用在乎時間和地點，只要掌握更準確的信息即可。手機客戶端傳遞井下排水系統的信息可以降低成本，節省更多的時間和資金，可以用它們創造更大的價值，手機客戶端用來傳遞井下排水系統的信息精準度高，更可靠。

2 系統方案

通過排水系統的組態軟件連接服務器的數據庫，將井下的水位，水泵的電壓、電流以及水壓等基本信息發送到數據庫，進而通過手機以輪詢的方式讀取服務器中的數據庫，獲得相關參數信息。

手機客戶端獲得參數后，會將參數與預估參數進行一系列比較，如果長時間與預估參數相差較大，該客戶端就會使手機振動并發出報警，而且在獲得通話權限后可以加入一鍵呼叫同組人機制，可第一時間通知其他人緊急情況。

還有為了防止用戶意外結束客戶端監控系統的后臺進程，導致無法及時收到報警信號。文章介紹的監控系統手機部分創建了兩個線程，它們相互監聽，如果有一方被kill掉，另一個捕獲到立即啟動，以達到service永遠都在運行的狀態，使客戶始終能收到報警，不會延誤時機。

3 非手機監控端系統概述

系統采用現場層（遠程IO）、控制層（PLC）和管理層（遠程工業計算機）組成的三級控制系統來實現排水系統的自動控制。遠程工業計算機利用友好的人機界面實現人機對話和遠程監控功能，PLC作為控制器完成邏輯處理和控制任務，遠程IO實現現場數據的采集和上傳，井下不同水平之間通過專門的控制網絡實現數據交換和統一調度控制。[1]

系統功能主要包括：控制功能、故障報警及保護、遠程設備輔助管理。（1）就地控制。對現場水泵機組逐臺進行電控改造，滿足電控要求后即接入控制柜，實現執行機構的一對一控制。（2）井下觸摸屏集控。將現場傳感器采集數據及執行機構的控制變量納入半自動控制邏輯，并于觸摸屏監控軟件進行組態連接，實現井下觸摸屏集控。（3）遠程集控。遠程監控終端通過OPC下發控制指令實現遠程控制，同時現場監測數據通過OPC上傳至遠程監控終端的實時數據庫。（4）自動控制。實現了水泵機組的自動控制，水泵在兼顧避峰填谷、均勻磨損等因素實現自動啟停。（5）故障報警及保護。設備故障時保護邏輯塊及時地采取了有效措施（停泵等），并給出報警信息，提示工作人員進行維護，全自動情況下運行水泵出現故障自動啟動其它水泵投入運行。（6）遠程設備輔助管理。系統遠程監控軟件具備設備輔助管理功能，根據歷史數據庫中存儲的累積運行時間及故障信息等參數進行邏輯處理，給出維護建議。

系統實現了礦井排水系統自動控制及遠程監控，并在控制過程中融入現代控制理論，降低了礦井的排水費用。解決了構建該系統過程中所遇到的一些網絡及控制策略問題，具體先進性主要有以下幾個方面：（1）系統采用礦井多水平排水系統的連鎖控制，并在礦井各不同水平排水分系統之間采用冗余現場總線，保證了各水平分系統的可靠連鎖控制。（2）采用最優控制與模糊控制相結合的優化排水控制策略，能根據實際情況動態選擇優化控制策略。（3）采用優化控制與現場工況相結合的模式，系統在保證安全排水的同時，有效降低了排水費用。（4）構建了完善的遠程監控軟件，軟件具有良好的開放性和擴展性，并首次利用實時數據庫的動態數據與歷史數據庫的靜態數據相結合實現礦井排水設備的遠程輔助管理。（5）重要傳感器與控制網絡均進行了冗余和自檢設計，保證了系統運行基礎參數的可靠性和準確性；對于重要的控制網絡進行冗余自切換設計，保證了控制參數的可靠交換。

4 手機監控端系統概述

客戶端軟件由安裝有android SDK的eclipse編寫，在獲取用戶手機的訪問網絡，獲取并改變當前手機音量，訪問聯系人信息等權限。在有2，3，4G網絡或Wifi的情況下通過在后臺創建線程和服務來以輪詢的方式獲取著由井下排水系統發送于服務器端的數據。得到數據的同時與事先設定好的標準值范圍比較，如果長時間超出或低于標準值范圍，就會將手機音量調整為最大并發出報警聲。與此同時客戶端軟件還將給監控組其他工作人員發短信提醒，以確保工作人員能及時采取行動。

客戶端軟件還能循環儲存兩小時內的數據資料，繪制成直觀的曲線展示出來，記錄歷史數據的同時還不用擔心占用過多手機內存。

為了防止用戶意外結束客戶端監控系統的后臺進程，導致無法及時收到報警信號。文章介紹的監控系統手機部分創建了兩個線程，它們相互監聽，如果有一方被kill掉，另一個捕獲到立即啟動，以達到service永遠都在運行的狀態，使客戶始終能收到報警，不會延誤時機。

5 結束語

實驗證明，井下自動排水監控系統設計合理，相關硬件及軟件選型設計正確，系統運行平穩可靠，其模塊化設計易于擴展和修改，系統維護簡單方便！監控端在目前社會使用最廣泛的電子產品手機上的應用傳遞井下排水系統的信息可以降低成本，節省更多的時間和資金，可以用它們創造更大的價值，手機客戶端用來傳遞井下排水系統的信息精準度高，更可靠。做到泵房無人值守設備安全可靠運行，減少了人力投入，提高了工作效率。這一系統必將在煤礦井下排水中大放光彩，為礦井生產安全提供積極保障。[2]

參考文獻

[1]姜靜靜.LED智能等遠程控制管理系統[D].吉林：吉林大學，2013.

[2]馮偉，王庚，陳立嘉.井下排水系統的自動化實現[D].唐山：唐山學院，2011.