基于GPRS無線煤礦排水系統監控設計

摘要：文章是基于GPRS無線煤礦排水設備數據的采集系統，用WINCC上位機進行監控，主要用于檢測排水系統設備溫度、壓力、流量、離心式水泵運行的參數等，這些參數通過PLC下位機處理，再利用GPRS進行遠距離數據傳送監測。

關鍵詞：GPRS ； WINCC ； PLC ； 遠程監測

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0009-02

礦井下的排水作為煤礦生產的重要組成部分，肩負著多種積水的任務，因此對研究煤礦排水系統的研究有著很重要的意義。本文通過排水系統，以PLC作為重要的控制單元，控制外接設備積極對設備各種參數的變化以及傳感器的數據變化積極響應，協調各種執行結構的動作，同時將信息通過GPRS傳送到上位機設備，工作人員可以進行監測，也可以手動應急操作和調整。

1 排水系統結構功能

排水系統由變頻器、離心式水泵、水位、流量、壓力、溫度各種傳感器以及多個執行器組成。西門子PLC配套的模擬量、數字量模塊將現場采集的數據，通過接口模塊將數據送到PLC，經過處理后，由GPRS網絡傳輸模塊通過Internet網，將各種數據上傳到上位機WINCC，進而進行系統的調試和控制。

1.1 遠距離控制

采用上位機WINCC對現場數據進行調整的方式，是通過鍵盤鼠標對現場數據值以及狀態進行調整和修改，改變的參數通過網絡將數據發送到PLC，從而實施對遠程的水泵啟停、變頻的控制和預警處理。

1.2 手動自動雙向互鎖控制

本系統既可以自動地控制，也可以進行手動的控制，這樣有利于現場的設備調試以及應急地切斷設備的電源，為了確保設備安全，手動、自動兩種狀態程序中利用PLC設置互鎖。

1.3 上位機數據監測功能

系統可以通過上位機接受來自現場設備水泵電機電流、水泵軸溫、電機繞組溫度、電機軸溫水倉水位、排水管流量的模擬量值。主要檢測的數字量參數有：泵工作狀態、閥門狀態、水泵出水口壓力，啟動柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器狀態，這些數字量模擬量都會在上位機上WINCC得到顯示。

1.4 數據查詢存儲功能

WINCC可以通過數值、動畫、圖表、曲線等形式顯示現場數據，并對各種現場的機器數據建立實時準確的數據庫，操作人員可以實時地對現場的各種檢測變量以及狀態進行查詢。

2 系統硬件配置

2.1 GPRS模塊

GPRS模塊類似于無線網卡的功能，產品的種類也較多，目前使用較多的是西門子的MC35、索尼公司的GM47。同時，一般的GPRS模塊都提供串口RS232接口，當數據較多時，數據采集先通過485總線，再通過485轉232模塊，用TCP/IP傳輸方式可以將采集的數據通過Internet網發送到IP地址的主機，從而實現主、從機的雙向通信。

2.2 儀表的配置

（1）檢測水倉水位選擇的是CY-DB31一體式液位變送器，該傳感器具有穩定性好、精度高、防滲漏、使用壽命長的優點。（2）檢測管路流量的設備采用的是LED-9DE智能電磁流量計，該流量計是流量傳感器和流量積算儀的結合體，具有流量顯示輸出功能，并具有測量量程大、精度高、耗能低、抗干擾強、操作簡單的優點。（3）檢測水泵壓力采用的是CYZ602 壓力變送器，該變送器安裝方便、防腐蝕、精度較高。（4）檢測電動機的電壓、功率因數、軸溫、定子溫度采用的是EDA9033綜合傳感器，該傳感器成本低、布線方便，不過它的缺點是輸出要額外加一個模擬量采集模塊才能將信號輸出到PLC。（5）檢測溫度采用的是PT100，采用薄膜鉑電阻兩線制的該類傳感器具有穩定性出色、精度高、價格低等性能。

3 遠程通訊網絡的設計

3.1 GPRS技術簡介

無線傳輸是基于早期GSM網絡通訊系統衍生出來的一種新的網絡方式：（1）采用GPRS分組交換技術，每個用戶占用一個IP地址，進而可以與多個用戶共享資源數據。（2）基于標準數據通信協議的GPRS業務，可以實現IP傳輸數據實現網絡的互通。全雙工運作的GPRS保證了系統的接受和傳輸功能，并且計費是按照具體網絡流量來收取。（3）核心層采用IP技術的GPRS業務，可以支持多種網絡的互通傳輸，進而可以實現各種終端的遠程傳輸功能。

3.2 與其他無線通訊方式比較

目前存在其他兩種比較普遍的通訊方式：（1）無線以太網技術，它是目前最為流行的計算機網絡技術，通訊速率高，比較成熟，但是由于它本身的限制，無線網絡通訊范圍小于1km，網絡規模比較小，硬件的成本高，所以不適合本系統使用。（2）數傳電臺技術，實時性好，穩定性高，組網靈活，采用專用數據傳輸通道，比較適合于惡劣環境。缺點是對于同一頻點上，同時只能有一個設備發送數據，加上網絡覆蓋面積小，容量有限，網絡后期的運營成本相對很高。對比上述兩種方案，由于GPRS無線通訊方式傳輸率高、信號失真度低、費用低、速度快的優點，非常適合PLC遠程通信系統的設計。

3.3 通訊軟件設計

系統軟件主要用于處理遠程接受GPRS和Internet網絡傳輸的各種模擬量和數字量，并將其存入SQL數據庫，軟件同時管理IP服務器與遠程各種命令的執行，接受傳輸功能，實現雙向數據收發管理。

4 系統工作的原理

PLC通過讀取寄存器IW0的狀態，并通過485總線將各種數據通過串口發送到GPRS通信模塊，PLC每定時20s將現場數據發送到DUT，每隔一分鐘將其存入到歷史數據表中，系統初始化的時候應該配置傳輸的IP地址、端口，同時設置波特率、數據位、奇偶校驗位等信息，數據通過485總線的數據GPRS網絡輸出到GPRS收發軟件，并再將數據交互到WINCC中進行監控和使用。

5 結語

本文設計的系統已在工程得到應用，水泵可以得到遠程的控制，上位機接受各個參量的數據的能力非常的穩定，實踐證實GPRS數據通信是實現遠程監控的有效通信技術。

參考文獻

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[2] 蘇炳秒，黃勁.基于Socket技術的煤礦遠程監控系統[J].工礦自動化，2003，（1）.