矿山供水管网无线监控系统设计.pdf

第 9期 2 0 1 3年 9月 山 西 焦 煤 科 技 S ha n x i Co k i ng Co a l S c i e nc e Te c hn o l o g y No ． 9 Se pt ． 2 01 3 试 验研究 矿山供水管网无线监控系统设计 徐 国强 华晋焦煤有限责任公 司， 山西太原0 3 0 0 0 1 摘要为 了保障矿 山供水的稳定性和可靠性， 结合矿 井供水管网的分布情况， 研 究了一套供水 管网无线监控 系统。该 系统 包括监控 分站 、 监控 总站及控制 中心 ， 采 用 P L C作为数据采集和 处理 中 心， 通过数传 电台进行远距 离数据无线传输和通信 ， 可实现整个矿 山供水管网的数据 实时监测和可靠 控 制 。 关键词无线监控 ； 矿 井供水管网； P L C； 设计 中图分类号 T D 6 7 9 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 0 6 5 2 2 0 1 3 0 9 0 0 0 4 0 3 随着我 国经济建设和工业技术水平飞速发展 ， 城 市生活和工业用水 的需求量越来越大。随之而来 的 水源井数量多 、 供水管 网节 点分布范 围扩大 ， 供 水系 统的稳定性也需要 得 到保 障 J 。据 相关数 据统计 ， 我国供水系统管道泄漏 比例大于 3 0 ％。管道泄漏导 致水资源 良费 ， 同时也造 成用水成 本的提 高 j 。 目 前 ， 存在 国内矿山供水系统 比较落后 ， 水 源井 间隔比 较远且分散 ， 管网分布范 围较广 ， 管 网故 障造成损失 大的现状 J 。为保 证供水 系统 的正 常运行 ， 缩短故 障检修时间 ， 尽量减少停水次数 ， 提高工作效率 ， 亟需 对矿山供水管 网搭建无线 网络对其进行集 中监测 ， 实 时了解供水 系统 每个覆盖 管网的工作 状况 ， 监 测压 力 、 流量等数据 ， 获取每个覆盖管 网各个节点 的采集 数据， 监控中心在上位机中对这些数据进行存储和分 析处理 ， 同时在触摸屏上显示。 本文采用 P L C、 模拟量转换模块 以及压力 、 流量 等传感器进行管道数据采集和处理 ， 利用无线数传电 台将数据传送到远程监控中心的服务器上， 进行处 理 ， 可对长距离输流管道进行远程监控 、 泄漏检测 、 实 时报警等。 1 系统方案设计 由于矿井供水管网是长距离流体输送管道管网， 其分布复杂 ， 检测点分布分散 ， 与主站距离较远 ， 使用 无线通信方式进行数据传输 ， 更易实现分散控制集中 管理 ， 与有线线缆连接相比具有结构简单 、 维护方便 、 开发成本低等优点 。本系统 由监测分站 、 监控主站和 远程监控 中心组成 。系统方案设计示意图见图 1 。 远程监控 中心 图 1 系统设计方案示意图 收稿 日期 2 0 1 3 0 6 0 3 作者简介 徐国强 1 9 7 2 一 ， 男 ， 山西太原人 ， 1 9 9 4年毕业 于山西矿业学 院， 工程师 ， 主要从事煤炭生产管理工作 Em a i l x g q 6 6 6 9 9 9 1 6 3 ． c o m 2 0 1 3年第 9期 徐 国强 矿 山供水管网无线监控 系统设计 现场监测分站可实现信息采集处理 、 存储 、 就地 显示 、 控制等功能 ， 并根据管道两端采集的信号 ， 对管 道中所出现的泄漏及时进行声光报警 。实现故 障点 信息及时预报 ， 通知现场维护人员迅速进行故障点修 复 ， 保证管网正常运行 。监控主站通过无线数传 电台 实时采集各监测分站信息， 对这些信息进行分析处理 和显示报警， 并通过以太网光纤将分站信息远程传送 到监控中心 ， 在监控 中心通过上位机组态软件 ， 可 动 态显示各分 站 的工作状 态 ， 还 可对分站进 行远程 控 制 ， 当管线上的某点发 生泄漏 时， 其压力和流量信 号 随之产生相应的变化 ， 中心控制站的监测软件对采集 的压力和流量信号以曲线的形式进行实时显示 ， 对泄 露信息实现远程报警 ， 综合指挥 ， 通过数据库技术 可 对采集信息实现统计 、 查询 、 管理及分析 ， 还可进行管 网信息报表打印。 2监控分站的设计 监测分站 以 P L C为控制核心 ， 配有模拟量采集 模块 、 各种传感器与显示单元等 ， 通过 P L C与现场传 感器实现管道压力 、 流量等参数 的实时采集 。P L C具 有可靠性高、 可以扩展的模块化结构、 编程简单等特 点 。本 系 统 中 P L C 选 用S I E ME N S s 7 2 0 0 C P U 2 2 6 C N A CD CR L Y主机 ， 通过 自带的模拟量 采集模块 E M2 3 1将现场压力 、 流量等传感器采集 到 的 4～2 0 mA模拟量信号变换为数字信号 ， 送入 P L C 内进 行 处 理。触 摸 屏 显 示 器 选 用 北 京 昆仑 通 泰 M C G S ， 无线传输模块选用 日 精 N D 2 5 0 A数传电台。 供水管 网具体参数监测包括各监测点的压力 、 瞬 时流量。根据实际情况 ， 监测点压力一般在 0 ． 8 MP a 左右 ， 用于查看对比， 如有某个地方出现爆管， 从压力 就很容易看 出在 哪个地方 的前后 出了问题。瞬时流 量主要是查看各个监测点的用水规律 ， 以及检测点处 的用水累计流量 ， 同样 的规律 ， 如果瞬时流量很 明显 超出了此检测点的用水水平 ， 那此检测点后方很可能 有水管出现漏水事故 。 监控分站通过数据采集和处理 ， 计算程序判断是 否发生泄露 ， 计算泄露点位置 ， 并通 过触摸屏显示器 显示采集的数据及报警信息， 分站 P L C通过 R S 4 8 5 口与无线数传电台连接， 以自由口通信方式将采集到 的数据发送到监控主站。 3监控主站的设计 管 网监控 主站 系统仍 以 P L C为控制核心 ， 在设 计上结合实际需求 ， 配有以太网通讯模块 C P 2 4 31 ， 控制柜 中配有 1 2 V和 2 4 V直流电源来分别给 日精 无线数传电台和 s 72 0 0 P L C的以太 网通讯模 块供 电， s 7 2 0 0 P L C是单相交流 2 2 0 V供 电， 所 以柜子外 接单相 2 2 0 V交流电源 ， 在柜子 内配有浪涌保护器和 空气开关 ， 以保证整个系统正常安全运行。主站 P L C 以自由口通信方式 ， 通过无线数传电台接收来 自现场 分站的信息 ， 或者 向分站发出指令 ， 并将各分站信息 及报警信息通过控制触摸屏显示 ， 同时将信息传输给 监控中心上位机 P C 。 4系统软件设计 系统监控分站程序设计包括数据采集和处理程 序设计 、 通信设计 、 液晶显示和报警设计。数据采集 和处理程序流程图见图 2 。 图 2 分站监控程序流程图 通过数据采集 、 滤波 、 判 断、 显示及报警 ， 实现分 站的监控任务。数据通信采用自由口通信协议， 是基 于 R S 一 4 8 5通信基础的半双工通信， P L C程序主要 通过使用 X M T指令、 R C V指令、 传送中断、 接收中断 以及特殊寄存器控制字的编写来完成通讯端 口的操 作 。P L C液 晶显示 程序 与触 摸屏 通过 R S 4 8 5相连 接， 通过触摸屏显示器可以清晰的观察到每路压力和