礦區泵房遠程無線監控系統設計

河南理工大學電氣工程與自動化學院 甘國紅 冉景堃 張流凱 王新環

露天煤礦水泵機組距離較遠，布線成本極高，因此通過無線通信技術對水泵實施遠距離控制可以有效節約系統施工成本，降低系統維護費用，提高安裝效率。本文采用智能網關及云平臺技術，實現礦區泵房無人值守控制，減少工人勞動強度，提高設備自動化水平。

露天開采礦泵房承擔著排出采區涌水的重要任務，是保證礦山企業安全生產的關鍵環節。排水系統各種設備能否安全、可靠、有效的運行，關系到企業的生產與安全。現階段我國礦區大多數排水主要采用現場值班人員人工開停水泵的模式，不能做到遠程自動開停水泵，存在極大的安全風險。

張紅娟和莫州寒等利用PLC實現露天礦泵房無人值守系統設計，王文斌等利用阿里云物聯網平臺開展泵房遠程監控系統設計，周宇等利用NB-IoT通信技術實現泵房遠程監控。為了有效解決礦區水泵存在的安全問題，提升企業的自動化水平，本文針對礦實際運行情況，采用PLC及無線通信技術，實現水泵遠程監控，提升排水設施的自動化水平，保障企業的安全生產。

1 系統整體方案設計

某礦坑下排水設施有三個泵站，共計10臺水泵。現場采用手動控制，由于設備距離控制室較遠，運行維護不方便。針對該礦實際況，采用PLC及GPRS無線通信技術，實現現場手動控制、PLC自動控制和遠程集中監控功能，具備水泵運行狀況實時監測、參數設置、報警管理、歷史報表、歷史趨勢等，提升坑下排水設施運行的自動化水平，保障煤礦的安全生產。系統共由PLC、智能網關、云平臺、遠程監控計算機等部分組成，系統結構如圖1所示。

圖1 基于GPRS和PLC的水泵自動控制系統結構圖

（1）PLC選用西門子S7-1200 PLC作為中央控制單元，采集電機電壓、電流、水位、出水口壓力等信息，經過內置控制算法，實現水泵電機的控制，并通過以太網與智能網關通信，將數據上傳云平臺，并接受遠程控制指令，實現設備遠程控制。

（2）無線通信模塊與云平臺采用創恒科技的P432智能網關及創恒云，該款無線通信模塊搭載32位高速處理器和Linux操作系統的智能網關模塊，配備WAN口，結合VPN服務及串口透傳服務為PLC提供遠程上下載程序，遠程連接功能。

（3）上位機由一臺工控機組成，主要負責遠程控制和數據監測，實現水泵現場手動控制、PLC自動控制和遠程集中監控功能，并具備短信報警、手機APP監控、運行參數記錄、報表統計管理等功能，實現水泵運行的自動化。

2 PLC地址分配及硬件組態

PLC主要完成現場水泵電機的控制及信息監測，同時利用工業以太網與無線通信模塊進行信息傳輸，實現數據遠傳。每個泵站設置一個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，根據現場工藝要求，分配I/O接口地址如表1所示。

表1 PLC地址分配

設備硬件組態如圖2所示。在硬件組態窗口中設置PLC的IP地址，選擇“允許來自遠程對象的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硬件組態圖

3 云平臺配置

通過登錄云平臺網址，輸入序列號和激活碼，對智能網關進行設備綁定，步驟如下：

（1）輸入序列號和激活碼，綁定網關。

（2）選擇“西門子→1200以太網”協議，輸入設備IP，添加通道。

（3）在設備管理頁面添加設備，輸入設備名稱選擇所屬通道。在數據監控頁面定義監控的數據變量及地址，完成PLC的遠程監控。

4 結論

利用PLC和智能網關通信技術可以實現露天開采礦山水泵遠程無線監控，實現無人值守，有效節約成本，降低維護費用，提升自動化水平，提升企業經濟效益。

本文受河南省大學生創新訓練項目（201910460017）資助。