新型泵站監控系統在木瓜煤礦的應用

霍州煤電集團悅昌煤業公司 趙 敏

河南理工大學計算機學院 劉 潔

河南理工大學電氣學院 楊海柱

1.引言

在計算機技術、通信技術、自動化技術和信息技術蓬勃發展的今天，對工程中重要系統環節的集中控制和管理已經成為一種趨勢。新型泵站監控系統徹底改變了傳統泵站的管理模式，通過先進的數字通訊技術，可以實現對泵站系統的監測與集控，極大地提高了泵站的安全運行。本文主要說明新型泵站監控系統在木瓜煤礦中的應用。

2.監控系統的技術方案

木瓜煤礦泵站監控系統是由山西木瓜煤礦和蘇州三恒科技集團有限公司共同開發研制的項目。

木瓜礦的泵站系統由三個真空泵組、相關管道及儲水池構成，根據控制需要，真空泵和管道上的電磁閥依次動作，維持泵站系統的正常工作。由于泵站系統的重要性，要求對各個設備相關數據進行監控與記錄，在發生故障時能夠及時準確找出發生故障的設備，以便及時排除故障。

圖1 監控系統結構示意圖

監控系統的基本結構是：下位機為西門子公司生產的S7-300型PLC，上位機為井上的監控室的工控機，之間通過光纖遠程通信進行連接。S7-300PLC控制井下泵站各個設備的工作。上位機界面用西門子公司的WinCC 7.0（Windows Control center）軟件開發。

傳感器選擇：液位傳感器選用GUY5型投入式液位傳感器，其工作電壓為DC12～20V，可輸出200～1000Hz的信號，測量范圍為0～5m。水壓傳感器選用GYD本質安全型壓力變送器，其溫度適應能力較強，最大測量范圍為10MPa，滿足系統要求。測量真空度選用ZKY-2000型真空度測試儀，其采用離子電荷來做標定，可以有效地抑制測試過程中瞬態電源的干擾，使測試穩定可靠，監控系統結構示意圖如圖1。

3.監控系統實現的功能及應用

木瓜泵站監控系統實現了對井下泵站的遠程監測，具有監控畫面，遠程數據采集，報警檢測，參數整定，數據查詢，事件查詢，報表管理等功能。以下重點介紹監控畫面，遠程數據采集，數據歸檔，數據查詢功能。

圖3 監控系統數據查詢窗口圖

3.1 監控畫面

監控畫面功能給出了泵站系統的構成和運行示意圖。監控系統采集泵站系統各設備的相關設備的實時數據，并將其顯示在監控畫面中的泵站系統示意圖的相應位置，用戶可以直觀地看到泵站系統的組成，并了解其運行情況。泵站監控系統操作界面圖如圖2。

3.2 遠程采集數據

在泵站系統啟動后，監控系統將自動采集下位機PLC控制的管道電磁閥、電泵、高壓真空開關柜的開關信號，對于傳感器采集的各管道流量、溫度、液面高度等模擬量信號，通過其自帶的A/D轉換模塊進行運算，轉換為PLC可處理的數字信號，然后通過光纖通訊將信號傳導地面上的上位機，對數據進行分析、處理并顯示。通信是監控系統的關鍵，WinCC提供了所有最重要的通訊通道，用于連接到SIMATIC S5/S7/505控制器的通訊，以及PROFIBUS-DP/FMS、DDE（動態數據交換）和OPC（用于過程控制的OLE），等非專用通道。本礦的監控系統WinCC通過工業以太網（Industrial Ethernet）連接井下泵站的下位機S7-300PLC。其中，對WinCC通訊處理器模塊的設置可以實現與不同單元的連接通訊，增大了系統的融合能力。

3.3 數據歸檔

本礦泵站監控系統利用WinCC 7.0進行開發，其數據管理系統用SQL Server 2005作為數據歸檔的數據庫，實現數據歸檔功能。其優點是：WinCC 7.0可以與Windows防火墻配合使用，增強了數據的安全性。數據歸檔的目的對現場的過程數據進行采集、處理和歸檔，向操作人員提供操作狀態和過程故障狀態的信息，以便快速確定故障位置，解除故障。在數據歸檔過程中，數據以自動歸檔和人工歸檔兩種方式歸檔到數據庫中。自動歸檔是利用WinCC過程值歸檔，對需要歸檔的變量進行組態，不需要單獨操作數據庫建立儲存表就可以實現。系統的正常運行的變量記錄采用的便是自動歸檔，方便用戶以不同方式查看運行過程的數據。人工歸檔是通過人工建立數據儲存表來實現的數據歸檔功能。對運行中需要特殊關注的數據建立數據儲存表，可以快捷記錄和顯示該數據的變化過程，反映相關設備的運行狀況。報警記錄、用戶對系統的操作等都使用人工歸檔。

該系統還利用WinCC的趨勢控件設置了實時數據曲線和歷史數據曲線的功能，便于用戶進行統計和分析。

數據庫的歸檔服務器由中央歸檔服務器和長期歸檔服務器組成。在運行期間數據庫均創建在中央歸檔服務器項目工程目錄下的相關文件夾中，以減少數據的使用空間，提高效率。根據WinCC數據歸檔原理可知：WinCC運行的數據存放在一個個數據片段中，每個數據片段有最大容量，每隔一定的時間周期數據庫會啟動新的數據片段。當某個數據片段的容量超限或數據更新周期達到時，數據庫就會啟用新的數據片段存儲數據。當數據達到所有數據片段的總容量時，最新的數據將會覆蓋之前的數據。為了防止數據丟失，可以在中央歸檔服務器滿倉前將數據轉存到長期歸檔服務器中，實現數據備份功能。

3.4 數據查詢

該監控系統的數據管理系統對數據進行分析處理后，所有的結果都在數據查詢窗口中顯示。通過數據查詢窗口，用戶可以查詢之前的操作記錄和系統的運行記錄，還可以對以往的報警記錄進行查詢。用戶可以通過選擇日期或選擇設備號碼查詢相關的報警信息，并根據需要對查詢結果進行打印。監控系統數據查詢窗口圖如圖3。

4.結語

目前，泵站監控系統已在木瓜煤礦應用，設備及系統運行較為穩定，效果良好，主要表現在以下方面：（1）系統運行的可靠性得到了很大程度的提高，系統的數據查詢功能使工作人員可隨時查詢水泵故障時間及故障參數，方便了故障的后期處理。（2）管理人員可及時了解泵站系統的運行狀況，在處理故障方面，可以實時、全面地了解每一次操作步驟，防止現場人員在無人監護情況下的誤操作，可以通過遠程操作及時調整保護整定值，減少現場人員操作上可能犯的低級錯誤。

[1]徐維維,胡亞非,李解.基于S7-300和WinCC的礦井通風機監測監控系統[J].煤炭安全,2011(07).

[2]劉建甫,駱瑞松.煤礦井下供電實時監測監控系統在某礦的應用[J].工礦自動化,2011(08).

[3]武福生,黃林華,羅敏.WinCC數據歸檔在輸煤過程中的應用[J].工礦自動化,2008(8).

[4]王楠,王仁忠.基于WinCC的熱軋數據管理系統[J].冶金自動化,2009(7).

[5]孫書芳,柴瑞娟,孫承志.西門子PLC高級培訓教程[M].北京:人民郵電出版社,2011.