基于以太网的煤矿排水综合自动化系统.pdf

第 7期 2 0 0 9年 7月 工矿 自 动 化 I nd us t r y a nd M i ne Au t omat i o n NO ． 7 J u 1 ．2 0 0 9 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 O O 9 0 7 0 0 0 7 ～0 4 基于以太网的煤矿排水综合自动化系统 袁 小 东 ， 邓 先 明 ， 王冬冬 ， 卢 佳。 ， 张 敏 。 * 1 ． 蓬溪供电有限责任公司， 四川 I蓬溪6 2 9 1 0 0 ； 2 ． 中国矿业大学信电学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 针对 国内煤矿排水 系统中现有的继电器控制方式效率低、 工人劳动强度大、 误操作较 多等问题 ， 文 章介 绍 了一种煤 矿排 水综合 自动 化 系统 。该 系统结 合计 算 机技 术 、 工业 以太 网技 术 以及 P L C控 制技 术 ， 采 用分层 结构设计 方 法 ， 并采 用 VC和 P LC组 态软 件设 计 系统的 主站和 分站 软件 ， 不仅 实现 了 自动 恒 水位 排水， 而且可以集中监测排水 系统的运行工况， 从 而提 高了煤矿排水系统的安全性和可靠性。实际运行结果 表明， 该 系统性能稳定可靠， 控制精度较高， 可满足煤矿安全生产的要求。 关键 词 煤 矿 ；排 水 ；综合 自动化 ；以太 网 ； P L C 中图分类 号 T D 7 4 4 ／ 6 5 5 文献标 识码 B I n t e g r a t e d Au t o ma t i o n S ys t e m f o r Dr a i n a g e o f Co a l M i n e Ba s e d o n Et he r n e t YUAN Xi a o d o n g ， DENG Xi a n mi n g 。 ， W ANG Do n g d o n g ，L U J i a ， ZHANG M i n 1 ． Pe n gx i Po we r Co．，Lt d．，Pe n gx i 6 2 9 1 0 0，Chi n a ． 2 ． S c h o o l o f I n f o r ma t i o n a n d El e c t r i c a l E n g i n e e r i n g o f CUM T．，Xu z h o u 2 2 1 0 0 8 ，Ch i n a Ab s t r a c t Ai m i ng a t t h e p r ob l e ms s u c h a s l o w e f f i c i e nc y，hug e l a b o r i nt e ns i t y，mor e mi s op e r a t i on s of e x i s t i ng r e l a y c on t r ol wa y i n d r a i na ge s ys t e m o f do me s t i c c oa l mi ne ， t he pa p e r i n t r od uc e d a n i nt e gr a t e d a u t o m a t i o n s y s t e m f or d r a i na ge of c oa l m i n e ． Th e s ys t e m c o m bi ne s wi t h t e c h no l o gi e s o f c o mpu t e r ， i n d u s t r i a l Et h e r n e t a n d PLC c o n t r o l ，a d o p t s l a y e r e d s t r u c t u r e d e s i g n me t h o d，a n d a d o p t s VC a n d c on f i g ur a t i o n s o f t wa r e o f PLC t o de s i gn s of t wa r e of m a i n s t a t i o n a nd s ub s t a t i o n o f t h e s y s t e m． I t no t o nl y r e a l i z e s a u t o ma t i c d r a i n a ge wi t h c o ns t a nt wa t e r l e v e l bu t a l s o c a n m o ni t or r unn i ng c o nd i t i o ns o f t he dr a i na g e s y s t e m c e nt r a l l y， S O a s t o i m p r ov e s e c u r i t y a nd r e l i a bi l i t y o f t h e dr a i na g e s ys t e m o f c oa l mi ne ． The a c t ua l r un ni n g r e s u l t s ho we d t he s y s t e m h a s s t a bl e a nd r e l i a bl e pe r f o r m a n c e a n d hi g he r c on t r o l pr e c i s i o n，whi c h c a n m e e t r e q ui r e m e n t s o f s a f e pr o d uc t i o n of c o a l mi n e ． Ke y wo r d s c o a l m i n e，d r a i n a g e，i n t e g r a t e d a ut oma t i on，Et h e r ne t ，PLC 0 引 言 在 煤矿 安 全生 产 过程 中 ， 井 下 排水 系统 的 正 常 运行 对保 证矿 井安全 生产 起着 非常 重要 的作用 。 目 前 ， 国 内各 矿井 的排 水 系 统 多采 用 传 统 的 继 电器 控 制方 式 ， 对水泵 的开停 以及 选择 切换 均 由人 工完 成 ， 不仅效率低 、 水泵工人劳动强度大， 而且很容易出现 误操作 ， 影响水泵房 的正常工作 ， 甚 至引发危险事 收稿 日期 2 0 0 9 0 2 2 6 *基金项目 江苏徐州科技发展基金项 目 XG 0 7 0 1 7 作者简介 袁小东 1 9 7 2 一 ， 男 ， 四J I I 蓬 溪人 ， 工程 师， 现在蓬溪 供 电有限责任公 司主要从事电力系统及其 自动化方 面的研究工 作。 E ma i l x md e n g3 8 83 0 2 3 h o t ma i l ． c o m 故， 无法适应现代化矿井安全生产的要求 。基于此， 笔者采用现场监控设备 、 P L C、 工业以太网络和工业 控 制计 算机 设计 了煤 矿排 水综 合 自动 化 系统 。该 系 统可 自动监 测井 下 的水仓 水 位 ， 并 根 据 涌水 量 的大 小 自动控制 每 台水 泵 的运 行 ， 达 到 优 化 配置 和 自动 排水的 目的， 实现无人值守， 从而降低操作工人的劳 动强度 ， 提高排水系统 的安全性 、 可靠性、 用电效率、 经济效益和现代化管理水平 ， 为全矿井进行联 网监 控 及 统一指 挥奠 定 了基础 _ j q] 。 1 系统结 构 煤 矿排水综合 自动化系统主要 由地面集控 中 心 、 工 业 以太环 网 、 监 控分 站和 现场监 控设 备 4个部 8 工矿 自动化 2 0 0 9年 7月 分组成 ， 如图 1 所示 。 井 下 中 央 泵 房 分 站J 2 采 区 泵 房 分 站 I I 1 采 区 泵 房 分 站H 3 采 区 泵 房 分 站 H其 它 自 动 化 分 站 通信和显示等功能。P L C自动排水程序流程如图 3 所示 。采用超声波液位传感器检测水仓的水位和涌 水量 ， 当水位低于下限值时停止所有开启的水泵； 当 水位 高于 下限值 时需 要 开启 水 泵进 行 排水 ， 如 果 涌 水量 太大则 需要 开启 多 台水 泵 以加 大 排水 量 ； 当水 监 控 分 站 位高于上限值时需要开启备用水泵排水， 以矿井的 最大排水量排水， 同时进行报警。 图 1 煤矿排水综合 自动化系统结构图 地 面集控 中心设 置在 调 度控 制 中心 ， 通 过 主站 集 中控 制 和 监 视 煤 矿 所 有 水 泵 房 的 设 备 ， 主 要 由 2台工控机 分别为 主站 和 备用 站 、 UP S电源 和相 应 的监 控软件组成 。 工 业 以太环 网是主站 与各分站进 行信息 传递 的 通道I 3 ] 。为了提高 网络通信的可靠性 ， 笔者采用环 形网络冗余技术 ， 并采用光纤作为网络的传输介质 ， 以满足煤矿防爆和远距离传输的要求。整个 网络由 光纤 、 光 电转换器 和 以太 网交换机 组成 。 监控分站主要由 P L C、 通信设备和一些外围电 路组成 ， 与现场 监控 设备 进行数据 交换 ， 实 现对水 泵 的 自动控制 ， 并 对获取 的监测信 息进行综 合处理 ， 处 理结果 通过工业 以太 环 网传 递 给 主站 ； 同时接 收 主 站 的控 制命令 ， 发送 给相 应 的现 场监 控 设 备进 行 遥 控和遥 调操作 。 现场监 控设 备 由传 感器 和执 行 机构 组成 ， 用 于 直接检测水仓工况及驱动排水设备 ， 将检测到的设 备运行数据传送给分站 ， 并在接收到控制信号后直 接执行 控制操作 。 2监控分 站的设计 2 ． 1 硬件设 计 监控 分站 主要 由 P L C、 通 信设 备、 显 示屏 和 一 些 外围输入 、 输 出电路 组成 ， 如 图 2 所 示 。 工业 以太环网 信号 信 号 信号 图 2 监控分站组成 图 2 ． 2软 件 设 计 监控分 站以 P L C为控制 器实现 自动排 水 、 数 据 初始化 水仓水位检测 Y． 1 位超过上限值 ＼／ Y 图 3 P L C自动排水程序流程图 3主 站的设 计 3 ． 1硬 件 设 计 主站主要实现与所有监控分站的信息交换和处 理功 能 ， 并通 过友好 的人 机界 面 集 中监 控 和管 理整 个煤矿排水系统， 主要 由 2台工控机、 UP S电源、 以 太网卡等组成 ， 如图 4所示。其中一台工控机为工 作机 ， 另一台为备用计算机。当工作机出现故障时， 立即启用备用计算机， 以保证系统可靠运行 。 3 ． 2软 件 设 计 主站选用 Wi n d o ws X P操作系统 ， 监控软件采 用 VC 十6 ． 0 _ 4 设计 。首先设计一个基于 T C P ／ I P 协议的客户端程序 ， 负责与监控分站进行数据传输， 并将接收到的数据放人数据库中， 然后设计数据显 2 0 0 9年第 7期 袁小东等 基于以太网的煤矿排水综合 自动化 系统 9 图 4主 站 组 成 图 示界 面和操 作界 面 ， 用 图 片和 动 画 的形 式 形 象 地 显 示整 个煤 矿排水 系统 的运行 工况 。 主站 的 程 序 流 程 如 图 5所 示 。为 了 实 现 基 于 T C P ／ I P 协 议 的 以 太 网 数 据 通 信 ，需 要 借 助 Wi n d o ws 的 C S o c k e t 类 。程 序 开 始 时 首 先 需 要 初 始化 操作 系统 ， 然 后建 立 到 服 务 器 的连 接 。 当连 接 成功后 ， 就定时向服务器发送召唤数据命令 ， 获取监 控分站信息， 并对接收的数据进行处理 ] 。 为了提高监控系统的可靠性 ， 在程序 中嵌入 了 看门狗软件。首先设置一个标志计数器和一个时间 常 数 ， 当监 控 系统 正 常 工 作 时 ， 该 标 志计 数 器 等 于 零 ， 然后开启一个软件定时器 ， 定时对标志计数器加 “ 1 ” ， 同时查询该 标 志计 数 器 的数 值 大小 ， 如 果 大 于 给 定时 间常数 ， 表示 监控 系统 已经不 能正 常工作 ， 需 要 将系统 复位 ， 重新 运行 。 开始 工 初始化 开启连接服务器的定时器1 开启看 门狗定时器2 ， 监视计数器 O 定时器1 的时间到l l 定时器2 的时间到l l 定时器3 的时间到 监视计数器清零 I I监视计数器加1 I I 监视计数器清零 请 求连接 服务器 区壶 t 开启循环数据 l 通信 的定时器3 l 区亘 蛾失 豳 等待下次数据通信 图 5 主站的程序流程图 主站程 序运 行界 面如 图 6 所示 。 4 结语 图 6主站程序运行界 面 本文介绍的煤矿排水综合 自动化系统结合 了计 算机技术、 工业以太 网络技术和 P L C技术 ， 可对煤 矿排水系统进行实时监控 和动态管理 ， 提高了煤矿 排水的安全性和可靠性 ， 提高了排水系统 的工作效 率和管理水平。该系统已经在煤矿中得到应用， 运 行稳定 ， 控制精度高 ， 取得了满意的效果。 第 7期 2 0 0 9年 7 月 工矿 自 动化 I nd us t r y a nd M i ne Au t o ma t i on NO ． 7 J u 1 ．2 0 0 9 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 9 0 7 0 0 1 0 0 3 基于无线射频技术的自救器使用模拟培训 数据采集系统 员玉 良 * 青岛农业 大学机 电工程学 院 ， 山东 青 岛 2 6 6 1 0 9 摘 要 文章介 绍 了一种基 于无线射频技 术 的 自救 器使 用模 拟培 训数据 采集 系统的设 计 ， 详 细介绍 了该 系 统的软 、 硬件设计。该 系统可在实验室环境下模拟煤矿井下事故时采集“ 井下作业人 员” 的心率、 体温等生理 数据 ， 并以此为依据对井下作业人 员进行有针对性的培训。实验结果表明， 该系统易于操作， 性能稳定， 可高 效 准确地获得被 培训人 员的生理数 据 ， 填补 了 目前 自救 器使 用模拟 培训领 域的 空 白。 关键词 煤 矿 ；自救 器；模拟培训 ； 数 据采 集 ；无线射频 中图分类 号 T D 7 7 4 ／ 6 5 5 ． 3 文献标 识码 B Da t a Co l l e c t i o n S ys t e m o f S i mu l a t i o n Tr a i ni n g f o r Us i ng S e l f r e s c u e r Ba s e d o n Ra d i o Fr e q u e n c y Te c h n o l o g y YU AN Yu l i a n g S c h o o l o f El e c t r o me c h a n i c a l En g i n e e r i n g o f Qi n g d a o Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y ，Qi n g d a o 2 6 6 1 0 9，Ch i n a A b s t r a c t Th e p a p e r i n t r o d u c e d d e s i g n o f a d a t a c o l l e c t i o n s y s t e m o f s i mu l a t i o n t r a i n i n g f o r u s i n g s e l f - r e s c u e r b a s e d o n r a d i o f r e q u e nc y t e c hn ol o gy a nd i n t r o du c e d d e s i g n o f i t s s o f t wa r e a n d ha r d wa r e i n d e t a i l s ． Th e s y s t e m c a n c o l l e c t ph ys i o l o gi c a l d a t a s uc h a s he a r t r a t e，b o dy t e mp e r a t u r e a nd S O o n o f un de r gr o un d o pe r a t i n g wo r k e r s whe n a c c i d e nt s i n c o a l mi n e u nd e r g r o un d a r e s i m u l a t e d i n l a b o r a t o r y e nv i r on me n t ，a n d c a n t r a i n u n de r gr o u nd o pe r a t i ng wor k e r s wi t h pe r t i ne nc y a c c or d i n g t o t h e d a t a ． The e x pe r i me nt r e s ul t s h o we d t h a t t h e s y s t e m h a s e a s y o pe r a t i on a nd s t a bl e p e r f or m a n c e， a nd i t c a n ge t p hy s i o l o gi c a l d a t a o f t r a i n e d p e r s o n e f f i c i e n t l y a n d c o r r e c t l y ，wh i c h f i l l s t h e g a p o f f i e l d o f e x i s t i n g s i mu l a t i o n t r a i n i n g f o r u s i n g s e l f r e s c u e r ． Ke y wo r d s c o a l mi n e ，s e l f - r e s c u e r ，s i mu l a t i o n t r a i n i n g，d a t a c o l l e c t i o n，r a d i o f r e q u e n c y 0 引言 我 国煤 炭资源 十分 丰富 ， 但 煤矿事 故屡屡 发生 ， 收 稿 日期 2 0 0 9 0 3 1 1 *基金项 目 山东省科技攻关项 目 2 0 0 6 GG 2 2 0 9 0 1 5 作者简介 员玉良 1 9 8 1 一 ， 男 ， 山东 泰安人 ， 硕 士 ， 现主要从事 智能仪器及监测系统的研究工作 。E ma i l y u n y u l ia n g s o h u ． c o rn 尤其是近几年 ， 瓦斯爆炸事故频繁发生。据新华网 权威数 据统计 显示 仅 2 0 0 7年前 1 1 个 月 ， 全 国共发 生煤矿瓦斯事故 2 3 6起， 死亡 8 9 8人， 占总死亡人数 的 2 5 ． 8 。在这些 事故 发生 过程 中， 有很 大一 部分 人能够 正确佩 戴 自救器 而 逃 离现 场 ， 但 也有 一 部分 人 由于不会使 用 自救 器或者 使用 自救器不 当而导致 中毒甚至死亡 。可见， 自救器对于保障受灾人员的 参考文献 [ 1 ] 魏效玲 ， 于治福 ， 杨富贵．矿用风动水 泵结构参数优 化 设计方法E J ] ．煤炭学报 ， 2 0 0 6 ， 3 1 2 2 5 5 ～2 5 9 ． E 2 ] 邓先明 ， 杨宇 ， 方荣惠．基于现场总线 的煤矿供 电 自 动化系统[ J ] ． 电力 自动化设备． 2 0 0 7 ， 2 7 4 9 5 ～9 8 ． [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 李鹏 ， 包政礼 ， 刘桂同 ， 等．环形冗余工业以太网技 术在矿井中的应用E J ] ．煤炭科 学技术 ， 2 0 0 6 ， 3 4 7 ． 王华 ， 叶爱亮 ， 祁立学 ， 等． Vi s u a l C 6 ． 0编程实 例与技 巧[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 9 ． 张雨 ， 阮伟 良， 李贺 ， 等．Vi s u a l C 工程应用与 项 目实践[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 5 ．