井下排水自動(dòng)化手機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：在礦井開采作業(yè)中，由于降雨與地下水的滲透導(dǎo)致礦井聚集大量的井水，同時(shí)煤礦開采可能造成巖層斷裂，會(huì)破壞井下排水系統(tǒng)的出水層，形成突水事故。這就要求礦井排水系統(tǒng)可以排除日常積水，而且在突發(fā)狀況時(shí)能夠快速并可靠地排出涌水。故而，井下排水系統(tǒng)能否正常運(yùn)行將直接影響整個(gè)礦井的生產(chǎn)安全，甚至?xí)沟V井淹沒，危及工人的生命，實(shí)現(xiàn)礦井排水系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行已成為當(dāng)今礦井排水系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢(shì)。雖然現(xiàn)今全國(guó)范圍內(nèi)絕大多數(shù)煤礦生產(chǎn)均已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但就利用便攜式設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控排水系統(tǒng)方面，仍有較大空間有待提升。井下排水自動(dòng)化手機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將手機(jī)與自動(dòng)化系統(tǒng)工作狀態(tài)及信息的實(shí)時(shí)通信，在控制過程中融入現(xiàn)代控制理論，降低了礦井的排水費(fèi)用，并將監(jiān)控人員的工作地點(diǎn)，時(shí)間變得更靈活，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的便利性和信息交互的實(shí)時(shí)性。文章就上述系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹及原理解析。

關(guān)鍵詞：井下排水系統(tǒng)；以太網(wǎng)通信；android；遠(yuǎn)程監(jiān)控

1 概述

礦井排水系統(tǒng)負(fù)責(zé)排出煤礦井下積水、涌水，保證煤礦生產(chǎn)的安全，是煤礦生產(chǎn)中的四大系統(tǒng)之一！井下排水系統(tǒng)的一個(gè)核心部分即是監(jiān)控系統(tǒng)。礦井排水系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)化很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，在排水過程中不僅要考慮積水、涌水的多少，還要考慮能耗及礦井內(nèi)的各種因素的影響，自動(dòng)化很難。即使實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化也需要安排人工監(jiān)控以防萬(wàn)一，傳統(tǒng)的井下排水系統(tǒng)一般采用監(jiān)控臺(tái)及計(jì)算機(jī)等監(jiān)控方式，不便于攜帶而且將工作人員的工作空間限制在監(jiān)控室內(nèi)。

文章介紹的井下排水自動(dòng)化手機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)解放了排水系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)了將手機(jī)與自動(dòng)化系統(tǒng)工作狀態(tài)及信息的實(shí)時(shí)通信，在控制過程中融入現(xiàn)代控制理論，降低了礦井的排水費(fèi)用，并將監(jiān)控人員的工作地點(diǎn)，時(shí)間變得更靈活。本項(xiàng)目增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的便利性和信息交互的實(shí)時(shí)性。手機(jī)客戶端傳達(dá)的信息不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間或者是空間的原因而受阻，可以隨時(shí)隨地傳播或接收信息，所以在了解信息的時(shí)候不用在乎時(shí)間和地點(diǎn)，只要掌握更準(zhǔn)確的信息即可。手機(jī)客戶端傳遞井下排水系統(tǒng)的信息可以降低成本，節(jié)省更多的時(shí)間和資金，可以用它們創(chuàng)造更大的價(jià)值，手機(jī)客戶端用來傳遞井下排水系統(tǒng)的信息精準(zhǔn)度高，更可靠。

2 系統(tǒng)方案

通過排水系統(tǒng)的組態(tài)軟件連接服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)，將井下的水位，水泵的電壓、電流以及水壓等基本信息發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而通過手機(jī)以輪詢的方式讀取服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得相關(guān)參數(shù)信息。

手機(jī)客戶端獲得參數(shù)后，會(huì)將參數(shù)與預(yù)估參數(shù)進(jìn)行一系列比較，如果長(zhǎng)時(shí)間與預(yù)估參數(shù)相差較大，該客戶端就會(huì)使手機(jī)振動(dòng)并發(fā)出報(bào)警，而且在獲得通話權(quán)限后可以加入一鍵呼叫同組人機(jī)制，可第一時(shí)間通知其他人緊急情況。

還有為了防止用戶意外結(jié)束客戶端監(jiān)控系統(tǒng)的后臺(tái)進(jìn)程，導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)收到報(bào)警信號(hào)。文章介紹的監(jiān)控系統(tǒng)手機(jī)部分創(chuàng)建了兩個(gè)線程，它們相互監(jiān)聽，如果有一方被kill掉，另一個(gè)捕獲到立即啟動(dòng)，以達(dá)到service永遠(yuǎn)都在運(yùn)行的狀態(tài)，使客戶始終能收到報(bào)警，不會(huì)延誤時(shí)機(jī)。

3 非手機(jī)監(jiān)控端系統(tǒng)概述

系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)層（遠(yuǎn)程IO）、控制層（PLC）和管理層（遠(yuǎn)程工業(yè)計(jì)算機(jī)）組成的三級(jí)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。遠(yuǎn)程工業(yè)計(jì)算機(jī)利用友好的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，PLC作為控制器完成邏輯處理和控制任務(wù)，遠(yuǎn)程IO實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和上傳，井下不同水平之間通過專門的控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和統(tǒng)一調(diào)度控制。[1]

系統(tǒng)功能主要包括：控制功能、故障報(bào)警及保護(hù)、遠(yuǎn)程設(shè)備輔助管理。（1）就地控制。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，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一對(duì)一控制。（2）井下觸摸屏集控。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。（3）遠(yuǎn)程集控。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過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OPC上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。（4）自動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)了水泵機(jī)組的自動(dòng)控制，水泵在兼顧避峰填谷、均勻磨損等因素實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停。（5）故障報(bào)警及保護(hù)。設(shè)備故障時(shí)保護(hù)邏輯塊及時(shí)地采取了有效措施（停泵等），并給出報(bào)警信息，提示工作人員進(jìn)行維護(hù)，全自動(dòng)情況下運(yùn)行水泵出現(xiàn)故障自動(dòng)啟動(dòng)其它水泵投入運(yùn)行。（6）遠(yuǎn)程設(shè)備輔助管理。系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件具備設(shè)備輔助管理功能，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的累積運(yùn)行時(shí)間及故障信息等參數(shù)進(jìn)行邏輯處理，給出維護(hù)建議。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了礦井排水系統(tǒng)自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控，并在控制過程中融入現(xiàn)代控制理論，降低了礦井的排水費(fèi)用。解決了構(gòu)建該系統(tǒng)過程中所遇到的一些網(wǎng)絡(luò)及控制策略問題，具體先進(jìn)性主要有以下幾個(gè)方面：（1）系統(tǒng)采用礦井多水平排水系統(tǒng)的連鎖控制，并在礦井各不同水平排水分系統(tǒng)之間采用冗余現(xiàn)場(chǎng)總線，保證了各水平分系統(tǒng)的可靠連鎖控制。（2）采用最優(yōu)控制與模糊控制相結(jié)合的優(yōu)化排水控制策略，能根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)選擇優(yōu)化控制策略。（3）采用優(yōu)化控制與現(xiàn)場(chǎng)工況相結(jié)合的模式，系統(tǒng)在保證安全排水的同時(shí)，有效降低了排水費(fèi)用。（4）構(gòu)建了完善的遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，軟件具有良好的開放性和擴(kuò)展性，并首次利用實(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。（5）重要傳感器與控制網(wǎng)絡(luò)均進(jìn)行了冗余和自檢設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行基礎(chǔ)參數(shù)的可靠性和準(zhǔn)確性；對(duì)于重要的控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冗余自切換設(shè)計(jì)，保證了控制參數(shù)的可靠交換。

4 手機(jī)監(jiān)控端系統(tǒng)概述

客戶端軟件由安裝有android SDK的eclipse編寫，在獲取用戶手機(jī)的訪問網(wǎng)絡(luò)，獲取并改變當(dāng)前手機(jī)音量，訪問聯(lián)系人信息等權(quán)限。在有2，3，4G網(wǎng)絡(luò)或Wifi的情況下通過在后臺(tái)創(chuàng)建線程和服務(wù)來以輪詢的方式獲取著由井下排水系統(tǒng)發(fā)送于服務(wù)器端的數(shù)據(jù)。得到數(shù)據(jù)的同時(shí)與事先設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)值范圍比較，如果長(zhǎng)時(shí)間超出或低于標(biāo)準(zhǔn)值范圍，就會(huì)將手機(jī)音量調(diào)整為最大并發(fā)出報(bào)警聲。與此同時(shí)客戶端軟件還將給監(jiān)控組其他工作人員發(fā)短信提醒，以確保工作人員能及時(shí)采取行動(dòng)。

客戶端軟件還能循環(huán)儲(chǔ)存兩小時(shí)內(nèi)的數(shù)據(jù)資料，繪制成直觀的曲線展示出來，記錄歷史數(shù)據(jù)的同時(shí)還不用擔(dān)心占用過多手機(jī)內(nèi)存。

為了防止用戶意外結(jié)束客戶端監(jiān)控系統(tǒng)的后臺(tái)進(jìn)程，導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)收到報(bào)警信號(hào)。文章介紹的監(jiān)控系統(tǒng)手機(jī)部分創(chuàng)建了兩個(gè)線程，它們相互監(jiān)聽，如果有一方被kill掉，另一個(gè)捕獲到立即啟動(dòng)，以達(dá)到service永遠(yuǎn)都在運(yùn)行的狀態(tài)，使客戶始終能收到報(bào)警，不會(huì)延誤時(shí)機(jī)。

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)證明，井下自動(dòng)排水監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，相關(guān)硬件及軟件選型設(shè)計(jì)正確，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，其模塊化設(shè)計(jì)易于擴(kuò)展和修改，系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單方便！監(jiān)控端在目前社會(huì)使用最廣泛的電子產(chǎn)品手機(jī)上的應(yīng)用傳遞井下排水系統(tǒng)的信息可以降低成本，節(jié)省更多的時(shí)間和資金，可以用它們創(chuàng)造更大的價(jià)值，手機(jī)客戶端用來傳遞井下排水系統(tǒng)的信息精準(zhǔn)度高，更可靠。做到泵房無(wú)人值守設(shè)備安全可靠運(yùn)行，減少了人力投入，提高了工作效率。這一系統(tǒng)必將在煤礦井下排水中大放光彩，為礦井生產(chǎn)安全提供積極保障。[2]

參考文獻(xiàn)

[1]姜靜靜.LED智能等遠(yuǎn)程控制管理系統(tǒng)[D].吉林：吉林大學(xué)，2013.

[2]馮偉，王庚，陳立嘉.井下排水系統(tǒng)的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)[D].唐山：唐山學(xué)院，2011.