疏干排水集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

熱能伊敏能源公司伊敏露天礦位于內(nèi)蒙古呼溫克旗伊敏河市，距海拉爾85公里。礦區(qū)位于海拉爾盆地東部，伊敏河中部和下游。礦區(qū)的地下水在16號(hào)煤層地板上干燥。伊敏露天礦疏干排水能力合計(jì)50000m3/d。由于采區(qū)推進(jìn)等原因個(gè)別疏干井報(bào)廢,水量減至46160m3/d,全年衰減30%。面對(duì)疏干能力的下降,需要新增疏干井以保障排水能力。根據(jù)降深的需要,補(bǔ)充了12口疏干井。疏干排水集控系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程對(duì)疏干井內(nèi)的水泵進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè),調(diào)節(jié)水量,能夠?qū)崟r(shí)掌握水泵的基本參數(shù)信息,滿足工作需求,達(dá)到節(jié)約用水、優(yōu)化資源配置的目的,為數(shù)字化礦山奠定基礎(chǔ)。針對(duì)伊敏露天礦新增的12口疏干井研發(fā)新型疏干排水集控系統(tǒng),系統(tǒng)采用GPRS通信方式,組件模塊化,方便快捷的實(shí)現(xiàn)保證了客戶可以“永遠(yuǎn)在線”,能夠準(zhǔn)確直觀的了解疏干井內(nèi)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,使監(jiān)控方式更加靈活。1疏干井水量把握要精隨著水位的降深,部分疏干井單井涌水量不足,部分疏干井報(bào)廢,同時(shí)隨著采掘推進(jìn),采場(chǎng)西側(cè)16#煤層底板標(biāo)高變化較大,為了達(dá)到超前疏干,滿足疏干能力,需要補(bǔ)充12口疏干井。疏干井水量是根據(jù)疏干井位置周邊現(xiàn)有疏干井能力核定數(shù)據(jù)確定的。根據(jù)16#煤層底板等高線圖以及目前疏干井布設(shè)位置確定新增疏干井布設(shè)位置?？紤]疏干井服務(wù)年限,至少服務(wù)9年,如果布設(shè)在推進(jìn)方向上服務(wù)年限短;故布設(shè)位置在16#煤層底板相對(duì)低的位置,新增疏干井位置坐標(biāo)見表1。2心系統(tǒng)組成系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GPRS通信系統(tǒng)、監(jiān)控中心系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成水泵基本參數(shù)的采集,GPRS通信系統(tǒng)完成采集數(shù)據(jù)的傳輸,監(jiān)控中心系統(tǒng)完成對(duì)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示與操控。2.1其他輔助功能設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心是采集終端的研發(fā),終端采用先進(jìn)的GPRS無線通信技術(shù)、嵌入式單片機(jī)技術(shù)和工程測(cè)量與控制技術(shù),穩(wěn)定性強(qiáng),可靠性高,實(shí)時(shí)性好。集成了模擬信號(hào)采集、數(shù)字信號(hào)采集、繼電器控制輸出和無線通信于一體。采集終端主要包括強(qiáng)電主回路、開關(guān)電源、人機(jī)接口、通信模塊、數(shù)據(jù)采集單元、開關(guān)量控制等部分。除此之外,終端還預(yù)留了485接口,以實(shí)現(xiàn)其他輔助功能。1)主控模塊。微控制單元采用超低功耗的混合信號(hào)控制器,集成硬件乘法器和A/D轉(zhuǎn)換模塊,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,布線方便,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。2)開關(guān)量集控模塊。終端設(shè)計(jì)8路開關(guān)量接口,單獨(dú)做成1塊PCB板,方便系統(tǒng)擴(kuò)展。開關(guān)量輸入通道支持信號(hào)類型包括無源干結(jié)點(diǎn)或OC門輸出或高低電平。3)模擬量集控模塊。終端設(shè)計(jì)8路模擬量接口,采用三相雙向功率/能量測(cè)量基礎(chǔ)電路芯片作為測(cè)量核心,模擬量輸入通道支持的信號(hào)類型為0~5V的電壓信號(hào)。4)時(shí)鐘模塊。終端配置時(shí)鐘模塊,提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘和日歷。保證出現(xiàn)故障時(shí)能獨(dú)立、準(zhǔn)確和可靠的自主工作。5)GPRS通訊模塊。采用SIM300模塊,只利用RXD、TXD和GND信號(hào)線和MSP通信,實(shí)現(xiàn)終端和監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信。2.2無線數(shù)據(jù)采集控制一體化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要功能如下:(1)配備多種接口資源,包括模擬信號(hào)采集、開關(guān)量輸入輸出、串口、GPRS無線等;(2)采集傳輸控制一體化,提高了系統(tǒng)可靠性,降低了成本;(3)采用工業(yè)級(jí)超低功耗高性能的嵌入式處理器與無線模塊;(4)內(nèi)設(shè)工業(yè)時(shí)鐘,精確計(jì)時(shí);(5)自動(dòng)定時(shí)上報(bào)和事件觸發(fā)上報(bào)數(shù)據(jù)功能;(6)輸出的數(shù)據(jù)即為實(shí)際需求值,如溫度、液位、壓力等。(7)單臺(tái)同時(shí)具備進(jìn)行串口通信、GPRS通信、短信告警、短信控制的功能;(8)板載兩頻或四頻GSM/GPRS傳輸模塊,方便國(guó)內(nèi)外客戶。2.3gprs通信模塊通過利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道,提供高速的數(shù)據(jù)傳遞。通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)信息的分組交換。GPRS通信模塊是基于GPRS網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的數(shù)據(jù)通訊產(chǎn)品,安裝在各個(gè)監(jiān)控子站。終端微處理單元模塊高度集成GPRS傳輸模塊,終端通過GPRS模塊和監(jiān)控中心互聯(lián),遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)監(jiān)控子站與監(jiān)控中心的通信。2.4心系統(tǒng)的設(shè)計(jì)監(jiān)控中心系統(tǒng)由主機(jī)、顯示器、打印機(jī)和UPS電源組成,監(jiān)控中心系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)疏干井內(nèi)水泵的遠(yuǎn)程控制,主機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程遙控,主機(jī)也可以與WEB服務(wù)器相連接,將主機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)絎EB服務(wù)器,供外界通過WEB方式進(jìn)行查詢和訪問。3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)監(jiān)控平臺(tái)采用Visual2010.net進(jìn)行開發(fā),數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)采用SQLServer2008。系統(tǒng)整體采用CS與BS相結(jié)合的方式,便于本地與遠(yuǎn)程訪問。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如圖1。系統(tǒng)初始化基本參數(shù)信息后,判定監(jiān)控中心是否有通信的請(qǐng)求,如果有,則響應(yīng)請(qǐng)求,如果沒有,則繼續(xù)往下執(zhí)行,調(diào)用數(shù)據(jù)采集模塊,采集模擬量數(shù)據(jù),判斷模擬量值是否符合要求,對(duì)不符合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行聲光報(bào)警,采集開關(guān)量數(shù)據(jù),判斷開關(guān)量數(shù)據(jù)是否符合要求,對(duì)不符合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行聲光報(bào)警,循環(huán)置頂。軟件系統(tǒng)主要包括的功能如下:1)疏干泵電機(jī)工作電流、供電電壓自動(dòng)檢測(cè)。通過選擇泵站圖標(biāo),顯示泵站的實(shí)時(shí)信息,可以實(shí)時(shí)顯示泵站的開關(guān)狀態(tài)、三相電壓值、三相電流值、水位變化值、系統(tǒng)運(yùn)行的正常、過流、斷相等狀態(tài)。2)疏干泵電機(jī)故障和工作狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí),界面上顯示相應(yīng)的故障圖標(biāo),提供聲音報(bào)警引起調(diào)度員的重視,以便及時(shí)做出處理,同時(shí)在水泵現(xiàn)場(chǎng)接觸器斷電以保護(hù)水泵。3)疏干泵電機(jī)工作狀態(tài)摸擬圖示、運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)采用組態(tài)軟件模擬水泵運(yùn)行情況,組態(tài)軟件能夠直觀形象的反映水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。4)遠(yuǎn)程控制開、停疏干泵電機(jī)。疏干集控的核心是能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制水泵電機(jī),系統(tǒng)采用組態(tài)軟件模擬水泵的啟停,當(dāng)調(diào)度員操作水泵啟停時(shí),通過礦區(qū)網(wǎng)絡(luò)下發(fā)指令到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控柜,模塊收到指令后,執(zhí)行繼電器動(dòng)作,完成水泵的啟停,同時(shí),監(jiān)控界面判斷水泵狀態(tài)判斷操作是否成功。5)故障短信報(bào)警。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí),監(jiān)控界面聲光報(bào)警,同時(shí)能夠?qū)?bào)警信息以短信的方式發(fā)送到相應(yīng)的手機(jī)終端,便于礦領(lǐng)導(dǎo)及主管實(shí)時(shí)掌握水泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。6)基本參數(shù)設(shè)置功能。監(jiān)控界面設(shè)置基本參數(shù)值,包括:終端基本參數(shù)(SIM卡號(hào)、通訊模式等)、短信報(bào)警號(hào)碼、聲光報(bào)警閾值等。4疏干泵控制系統(tǒng)完善疏干排水集控系統(tǒng)完成了12口新增疏干井的集中控制,采用先進(jìn)的GPRS通訊技術(shù),利用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù),重新搭建系統(tǒng)軟件平臺(tái),采用當(dāng)前先進(jìn)的傳感器技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)疏干泵實(shí)