一種基于5G網絡的石英礦遠程數據監控無線報警系統

張 斌,胡林彬

(1.蚌埠凱盛工程技術有限公司,蚌埠 233010；2.中國建材國際工程有限公司海南分公司,海南 570100)

《礦山安全生產“十四五”規劃(征求意見稿)》要求“推進礦山智能化建設政策配套”，“推進礦山智能化建設”，“將礦山智能裝備和機器人納入安全技術改造范圍”，“推進礦山工業互聯網及智能裝備的研發與應用，推進礦用裝備智能化，實現裝備自感知、自決策、自控制功能”。其中安全生產監控在石英礦生產行業已成為重點問題。在石英礦監管部門集中、實時監控所轄各石英礦的安全監測數據有重大意義。

目前石英礦生產數據采集、信息方面的缺點：1)現場所有的控制信號通過控制電纜采集發送到遠處的控制柜，通過每一臺控制柜內的CPU經過信息處理發送到現場設備，之間距離較遠，大量的信號通過電纜傳遞采集易造成相互之間的干擾，而且使用大量的電纜網線，成本較高。2)信息數據采集匯總到上位機上，通過這一處的上位機才能看到整體的信息狀況，當生產操作和設備故障同時發生時不利于兩者同時進行，往往故障不能得到迅速的處理。

隨著5G技術的完善，5G網絡逐漸開始全面推廣。相對于4G技術，5G通訊技術不僅傳輸速度和效率更高，而且具備很高的兼容性，可以實現多制式、多模式的結合。再者西門子300系列的PLC即將停產，改由主流支持以太網的1200系列PLC取代，因此，無論從網絡性能，還是經濟性考慮一種新的基于5G網絡的石英礦遠程數據監控無線報警系統非常重要。

1 系統總體架構

該系統是為了解決現有技術的不足，基于5G網絡的支持，將分散在石英礦各個生產部門的實時數據傳送到監控中心服務器集中監控監察，對生產中產生的問題提供實時報警，并具有一定時限的歷史數據備份功能。

采用的技術方案為：基于5G網絡的石英礦遠程數據監控無線報警系統，包括PLC、5G服務器、5GDTU、INTOUCH 現場觸摸屏四部分，其特征在于:所述PLC、5G服務器、5GDTU、INTOUCH 現場觸摸屏基于5G網絡的傳輸協議組成網絡(見圖1)。其中，主PLC與其他子PLC、現場觸摸屏通過5G服務器、5GDTU進行通訊，讀寫對應的參數和指令，并周期地讀取IO模塊的輸入信息，在程序運算后通過IO模塊向各控制柜發出動作信號，實現對整個網絡進行硬件組態，定義各生產部門的名稱及IP地址，從而來監控生產現場。

5G服務器和5GDTU采用TC ROUTER 3002T-5G及TC ANT MOBILE WALL 5M，解決空間上的限制，實現更高程度的信息傳輸，極大地提高了空間利用率。多生產部門之間可以建立有效的隔離，但又不影響其具體信息傳輸使用。

INTOUCH 現場觸摸屏采用西門子TP700 7寸PN觸摸屏，通過PROFINET與PLC通訊，顯示各生產部門生產電機的運行、故障等數據，并在觸摸屏上可以進行電機報警時間的邏輯調整及控制。

2 系統與傳統技術的區別和優勢

與傳統技術相比，該系統的優點在于:1)設備更加智能化、工業化，設置簡單、操作方便，節省了大量的人力物力。2)故障排查更加容易、人員操作更加方便、排障和生產可以同時進行，降低了礦山生產中造成的損失。3)數據采集發送更加集中，相關的操作人員使用的終端設備可以清晰明了的查看數據、操作設備。4)使用5G網絡的聯網控制方式以及分布式IO控制生產的方式，可以不必使用大量的電纜以及通訊網線，節省了大量的成本。

3 系統的工作原理及簡單設置

某石英礦生產廠區有三處生產車間需要監控，即受阻沉降機、砂漿池和緩沖濃縮池。中央控制室和三處生產車間的3臺生產設備之間需要進行數據傳輸。因3臺設備與中央控制室及彼此相距較遠，其最遠相距達2公里。考慮到安裝、現場環境等因素，故使用5G網絡及互聯網，實現現場設備的遠程訪問。采用5G/以太網方式實現通信。

該5G網絡的遠程數據監控無線報警系統PLC采用西門子1211C,自帶6AI/4DO通道，通訊板可采用CB1241。

數據采集發送方式：1)基于無線基站點對多點的扇區天線方式，點對多點模型主要用在幾個不同區域的無線設備需要與一個中心區域的接入點建立網絡連接的情況。2)分布式I/O控制方式：使用主CPU作為數據處理中心，如單個CPU可控制1臺控制柜或電機，將分布式I/O控制箱放置于設備處，進行數據交換。3)數據處理及查看方式：無線基站的運用，可以讓任何聯網設備接入局域網中進行數據查看控制。

工作原理：使用5G DTU與各PLC模塊相連，將主站采集的PLC數據轉換成5G數據上傳到主服務器。主服務器再根據發送的不同數據進行分析，將分析后的數據根據不同的需要傳送到不同的從站PLC模塊。同時，不同的從站的PLC模塊將采集到的數據通過以太網傳送到5G DTU，5G DTU再傳送到主服務器，主服務器進過分析后再傳送給主站PLC。

該5G網絡的遠程數據監控無線報警系統的PLC西門子1211C基于PROFINET通訊協議與現場觸摸屏相連,并通過觸摸屏設置IP地址。

IP地址設置例：以主站PLC的IP地址為1為例，主站PLC為192.168.0.1，從站的PLC1為192.168.0.2，從站的PLC2為192.168.0.3，從站的PLC3為192.168.0.4,主站觸摸屏1為192.168.0.10，現場觸摸屏2為192.168.0.20，現場觸摸屏3為192.168.0.30，現場觸摸屏4為192.168.0.40。

工作內容說明：1)通過5G網絡信號接收監控及報警信號，如受阻沉降機處為從站的PLC1、砂漿池為從站的PLC2、緩沖濃縮池為從站的PLC3(即需要監控斷電信號處三處)，監控及報警信號也可通過主站PCL的DI輸入給原PLC控制系統。2)當報警信號出現時，可在主站及從站的觸摸顯示屏上出現提示。3)當報警信號解除時，可在主站及從站的觸摸顯示屏上出現提示。4)當設備正常運行時，可在主站及從站的觸摸顯示屏上進行數據監視。5)監控報警信號三處中的任意一處出現報警時，另外一處或兩處都可以按照中央控制室的要求設定延遲及聯動報警，同時將數據通過服務器傳輸給原控制系統，以便其用來控制設備啟停。如：受阻沉降機處出現報警信號時，砂漿池和緩沖濃縮池同時報警，也可設置為砂漿池和緩沖濃縮池在受阻沉降機報警5 min后報警。

上述實例僅為本系統的一種實施方式，除此之外，本系統還可以根據用戶需要有其他的報警組合方式。

4 結 語

綜上所述，在當今科技、經濟發展迅猛的背景下，大量的新設備、新產品也不斷地應用于石英礦生產機電中，這使得石英礦的整體機電使用水平不斷提高，機電技術管理工作不斷細化，安全性更需要不斷加強。通過5G核心技術的支持，企業管理者可以將石英礦生產中的原始數據進行更快、更科學、更有效的統計與分析，對于提升石英礦安全生產水平、保障石英礦穩定供應具有重要意義。因此，我們要高度重視5G技術在石英礦生產企業中所發揮的作用，進一步更新觀念，為企業發展做貢獻。