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　　1、引言
　　
　　礦井涌水由井下排水系統(tǒng)排至地面，其能否有效、可靠地運(yùn)行，關(guān)系到整個(gè)礦井的安危。我國(guó)礦井排水系統(tǒng)普遍采用人工操作，存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、啟停時(shí)間長(zhǎng)、效率低等諸多不適應(yīng)現(xiàn)代化礦井管理的問(wèn)題。對(duì)此，本系統(tǒng)以安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗為控制目標(biāo)，設(shè)計(jì)了煤礦多水平排水綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以有效簡(jiǎn)化操作、提高系統(tǒng)可靠性、降低設(shè)備故障率，有效降低噸水排出費(fèi)用，節(jié)約能源。
　　
　　2、綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成
　　
　　2.1硬件組成
　　
　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)采用三級(jí)網(wǎng)絡(luò)體系（現(xiàn)場(chǎng)層、控制層和管理層）來(lái)實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。兩層排水控制分系統(tǒng)采用相同硬件配置，整個(gè)系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　
　?。?）現(xiàn)場(chǎng)層結(jié)構(gòu)
　　
　　中央泵房和二水平的現(xiàn)場(chǎng)層主要利用遠(yuǎn)程i/o實(shí)現(xiàn)，一臺(tái)就地箱控制一臺(tái)水泵。就地箱內(nèi)安裝有et200m模塊化dp從站，并擴(kuò)展數(shù)字量輸入輸出和模擬量輸入模塊。就地箱內(nèi)模塊主要用來(lái)輸入球閥、閘閥等到位信號(hào)，輸出球閥，閘閥，合閘等控制信號(hào)，以及采集壓力、負(fù)壓、吸水井液位、水泵和電機(jī)的軸溫等模擬量信號(hào)。
　　
　　（2）控制層結(jié)構(gòu)
　　
　　每個(gè)水平的控制層即利用西門子觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這一水平多臺(tái)水泵的集中控制，PLC選用cpu315-2dp模塊，cp340串口通訊模塊、cp342-5通信模塊、cp343-1以太網(wǎng)模塊。其中cpu模塊的mpi接口與施耐德的觸摸屏連接，dp接口與多臺(tái)就地箱連接實(shí)現(xiàn)Profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線。利用串口通訊rs485接口與水泵啟動(dòng)柜的綜保通訊，采集水泵電機(jī)電流、電壓、功率等重要數(shù)據(jù)。利用cp343-1模塊與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)，把現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到地面。系統(tǒng)設(shè)立兩個(gè)水平的控制分站，要實(shí)現(xiàn)整個(gè)排水系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度和管理，兩個(gè)水平的控制分站之間需要交換必要的監(jiān)測(cè)、控制信息?？紤]到工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性，選擇基于cp342-5通信模塊的profibus-fdl通信和基于西門子mpi接口的mpi通信互為備用。
　　
　?。?）管理層結(jié)構(gòu)
　　
　　管理層由上位機(jī)來(lái)完成，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)設(shè)置在地面集中控制室，利用intouch組態(tài)軟件和plc之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。上位機(jī)利用其opc客戶端驅(qū)動(dòng)程序opclink建立和opcscout的連接，根據(jù)定義實(shí)時(shí)地從其中取得所需數(shù)據(jù)，放入自己的數(shù)據(jù)庫(kù)中。本系統(tǒng)中，plc控制柜與調(diào)度中心控制室相距較遠(yuǎn)，而且現(xiàn)場(chǎng)干擾又比較嚴(yán)重，所以對(duì)通信系統(tǒng)的抗干擾性能要求比較高?？紤]到以上兩點(diǎn)，本系統(tǒng)采用了以太網(wǎng)與光纖傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)控制plc與調(diào)度中心監(jiān)控終端之間的通信。
　　
　　2.2軟件組成
　　
　　軟件部分有plc程序、西門子觸摸屏程序以及上位機(jī)intouch的監(jiān)控程序。這里主要介紹遠(yuǎn)程監(jiān)控及管理軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中各層控制分系統(tǒng)的plc控制柜是其當(dāng)?shù)丶刂行模环矫嫫鹬偷丶斜O(jiān)控的作用，一方面承擔(dān)與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集控的任務(wù)。系統(tǒng)中各分系統(tǒng)plc與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通信采用工業(yè)以太網(wǎng)的方式，這里著重介紹遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)與plc的數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)及監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)。
　　
　　根據(jù)排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)際需要，按照面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，用通用化的組態(tài)軟件建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理；設(shè)計(jì)親切友好的人機(jī)操作界面，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的支持下使操作人員能夠非常方便地對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控；為用戶提供時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)查詢以及報(bào)表輸出；提供過(guò)程數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)報(bào)警提示等。選用了上應(yīng)用較為廣泛的intouch組態(tài)軟件。遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)是在采用opc和通用組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的監(jiān)控軟件。（排水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1）
　　
　　intouch由一系列組件組成，包括可視化、獲取數(shù)據(jù)。歷史趨勢(shì)、報(bào)表和分析等工具。intouch可與其它wonderware軟件產(chǎn)品集成，有很大的靈活性。intouch提供的繪圖工具可生成各種各樣的矢量圖形和文本。標(biāo)記名瀏覽器讓使用者從任何的factorysuite應(yīng)用程序和任何其它支持intouch標(biāo)記名字典接口的標(biāo)記名來(lái)源。intouch賦予使用者對(duì)包括activex、opc、wonderware的suiink以及標(biāo)準(zhǔn)dde等所有工具的運(yùn)用能力。尤其是wonderware及其合作廠商提供范圍廣泛的i/oserver，可供數(shù)以百計(jì)的zui常見(jiàn)的控制裝置使用，所有的i/oserver都提供dde和wonderware的suiink通信協(xié)議。intouch還支持分布式告警和分布式歷史趨勢(shì)。
　　
　　使用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)用戶應(yīng)用程序一般按照以下步驟進(jìn)行：
　　
　?。?）根據(jù)工藝過(guò)程繪制、設(shè)計(jì)圖形界面；
　　
　?。?）建立數(shù)據(jù)庫(kù)；
　　
　?。?）將圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)變量建立動(dòng)畫連接；
　　
　　（4）運(yùn)行和調(diào)試。
　　
　　系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件就是通過(guò)按照上述步驟在intouch的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)要求的所有功能。包括：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和顯示；事故順序記錄；畫面調(diào)用與顯示；數(shù)據(jù)報(bào)表及打印功能；數(shù)據(jù)庫(kù)管理和查詢；事故自動(dòng)報(bào)警；安全保護(hù)等。圖2所示為本系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的體系結(jié)構(gòu)圖。
　　
　　除了具備監(jiān)測(cè)、監(jiān)控功能外，將intouch工控組態(tài)軟件與用c#語(yǔ)言自主研發(fā)的管理軟件配合使用，通過(guò)解決intouch組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)與自主開(kāi)發(fā)軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)通訊的問(wèn)題，具備強(qiáng)大的管理功能，在人員權(quán)限管理的基礎(chǔ)上納入了設(shè)備參數(shù)管理、設(shè)備檢修管理、設(shè)備故障管理（分析、處理預(yù)案），以設(shè)備基本信息及實(shí)際運(yùn)行參數(shù)為管理依據(jù)，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況給出檢修維護(hù)方案（閘閥、泵體、管路等定期維護(hù)設(shè)備），根據(jù)故障信息給出處理預(yù)案（閥門故障、泵體故障等）。
　　
　　3、系統(tǒng)應(yīng)用效果及特點(diǎn)
　　
　　3.1控制功能實(shí)現(xiàn)
　　
　　各項(xiàng)控制功能的順利實(shí)現(xiàn)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的首要目標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程采取了分步調(diào)試的方式逐步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的所有設(shè)計(jì)控制功能。
　　
　?。?）就地控制的實(shí)現(xiàn)
　　
　　對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水泵機(jī)組逐臺(tái)進(jìn)行電控改造，滿足電控要求后即接入控制柜進(jìn)行就地控制的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一對(duì)一控制。圖3為每臺(tái)水泵的就地控制箱。
　　
　?。?）井下觸摸屏集控
　　
　　就地控制實(shí)現(xiàn)后將現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集數(shù)據(jù)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制變量納入半自動(dòng)控制邏輯，并于觸摸屏監(jiān)控軟件進(jìn)行組態(tài)連接，實(shí)現(xiàn)井下觸摸屏集控，操作員在觸摸屏實(shí)施就地集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控，監(jiān)控界面如圖4所示。　　
　?。?）遠(yuǎn)程集控
　　
　　井下集控實(shí)現(xiàn)后在PLC控制軟件中并入遠(yuǎn)程控制點(diǎn)，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過(guò)opc下發(fā)控制指令實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)opc上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控界面如圖5所示。　　
　　3.2控制系統(tǒng)特點(diǎn)
　　
　　本系統(tǒng)綜合應(yīng)用plc、遠(yuǎn)程i/o、現(xiàn)場(chǎng)總線、智能傳感器、計(jì)算機(jī)監(jiān)控、以太網(wǎng)通信等技術(shù)，構(gòu)建了完善的遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，軟件具有良好的開(kāi)放性和擴(kuò)展性，并利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的靜態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)礦井排水設(shè)備的遠(yuǎn)程輔助管理。實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦井下兩個(gè)水平排水系統(tǒng)的統(tǒng)一集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控，具有無(wú)人值守功能，大大提高了煤礦井下排水系統(tǒng)的自動(dòng)化程度及安全運(yùn)轉(zhuǎn)水平。
　　
　　4、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　本文針對(duì)煤礦井下多水平排水系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合前*的工業(yè)控制技術(shù)，研究和開(kāi)發(fā)了一套煤礦井下多水平排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)。在實(shí)際的運(yùn)行中，還有一點(diǎn)不足。下一步我們將根據(jù)多水平排水系統(tǒng)的實(shí)際特點(diǎn)采取*控制與模糊控制相結(jié)合的優(yōu)化排水控制策略，實(shí)現(xiàn)了以噸水排水費(fèi)用zui低為目標(biāo)的多水平排水智能控制。