疏干排水集控系統的設計與應用

熱能伊敏能源公司伊敏露天礦位于內蒙古呼溫克旗伊敏河市，距海拉爾85公里。礦區位于海拉爾盆地東部，伊敏河中部和下游。礦區的地下水在16號煤層地板上干燥。伊敏露天礦疏干排水能力合計50000m3/d。由于采區推進等原因個別疏干井報廢,水量減至46160m3/d,全年衰減30%。面對疏干能力的下降,需要新增疏干井以保障排水能力。根據降深的需要,補充了12口疏干井。疏干排水集控系統能夠遠程對疏干井內的水泵進行控制和監測,調節水量,能夠實時掌握水泵的基本參數信息,滿足工作需求,達到節約用水、優化資源配置的目的,為數字化礦山奠定基礎。針對伊敏露天礦新增的12口疏干井研發新型疏干排水集控系統,系統采用GPRS通信方式,組件模塊化,方便快捷的實現保證了客戶可以“永遠在線”,能夠準確直觀的了解疏干井內水泵的運轉情況,使監控方式更加靈活。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,部分疏干井報廢,同時隨著采掘推進,采場西側16#煤層底板標高變化較大,為了達到超前疏干,滿足疏干能力,需要補充12口疏干井。疏干井水量是根據疏干井位置周邊現有疏干井能力核定數據確定的。根據16#煤層底板等高線圖以及目前疏干井布設位置確定新增疏干井布設位置。考慮疏干井服務年限,至少服務9年,如果布設在推進方向上服務年限短;故布設位置在16#煤層底板相對低的位置,新增疏干井位置坐標見表1。2心系統組成系統由數據采集系統、GPRS通信系統、監控中心系統組成。數據采集系統完成水泵基本參數的采集,GPRS通信系統完成采集數據的傳輸,監控中心系統完成對采集數據的實時展示與操控。2.1其他輔助功能設計數據采集系統的核心是采集終端的研發,終端采用先進的GPRS無線通信技術、嵌入式單片機技術和工程測量與控制技術,穩定性強,可靠性高,實時性好。集成了模擬信號采集、數字信號采集、繼電器控制輸出和無線通信于一體。采集終端主要包括強電主回路、開關電源、人機接口、通信模塊、數據采集單元、開關量控制等部分。除此之外,終端還預留了485接口,以實現其他輔助功能。1)主控模塊。微控制單元采用超低功耗的混合信號控制器,集成硬件乘法器和A/D轉換模塊,設計簡單,布線方便,可靠性高,抗干擾能力強。2)開關量集控模塊。終端設計8路開關量接口,單獨做成1塊PCB板,方便系統擴展。開關量輸入通道支持信號類型包括無源干結點或OC門輸出或高低電平。3)模擬量集控模塊。終端設計8路模擬量接口,采用三相雙向功率/能量測量基礎電路芯片作為測量核心,模擬量輸入通道支持的信號類型為0~5V的電壓信號。4)時鐘模塊。終端配置時鐘模塊,提供準確的時鐘和日歷。保證出現故障時能獨立、準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信號線和MSP通信,實現終端和監控中心的數據通信。2.2無線數據采集控制一體化數據采集系統主要功能如下:(1)配備多種接口資源,包括模擬信號采集、開關量輸入輸出、串口、GPRS無線等;(2)采集傳輸控制一體化,提高了系統可靠性,降低了成本;(3)采用工業級超低功耗高性能的嵌入式處理器與無線模塊;(4)內設工業時鐘,精確計時;(5)自動定時上報和事件觸發上報數據功能;(6)輸出的數據即為實際需求值,如溫度、液位、壓力等。(7)單臺同時具備進行串口通信、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,方便國內外客戶。2.3gprs通信模塊通過利用GSM網絡中未使用的TDMA信道,提供高速的數據傳遞。通過增加相應的功能實體和對現有的基站系統進行部分改造來實現信息的分組交換。GPRS通信模塊是基于GPRS網絡研發的數據通訊產品,安裝在各個監控子站。終端微處理單元模塊高度集成GPRS傳輸模塊,終端通過GPRS模塊和監控中心互聯,遠程傳輸數據,實現監控子站與監控中心的通信。2.4心系統的設計監控中心系統由主機、顯示器、打印機和UPS電源組成,監控中心系統實現對各個疏干井內水泵的遠程控制,主機負責數據的存儲和遠程遙控,主機也可以與WEB服務器相連接,將主機數據實時傳輸到WEB服務器,供外界通過WEB方式進行查詢和訪問。3控制系統設計監控平臺采用Visual2010.net進行開發,數據庫平臺采用SQLServer2008。系統整體采用CS與BS相結合的方式,便于本地與遠程訪問。軟件系統設計流程圖如圖1。系統初始化基本參數信息后,判定監控中心是否有通信的請求,如果有,則響應請求,如果沒有,則繼續往下執行,調用數據采集模塊,采集模擬量數據,判斷模擬量值是否符合要求,對不符合要求的數據進行聲光報警,采集開關量數據,判斷開關量數據是否符合要求,對不符合要求的數據進行聲光報警,循環置頂。軟件系統主要包括的功能如下:1)疏干泵電機工作電流、供電電壓自動檢測。通過選擇泵站圖標,顯示泵站的實時信息,可以實時顯示泵站的開關狀態、三相電壓值、三相電流值、水位變化值、系統運行的正常、過流、斷相等狀態。2)疏干泵電機故障和工作狀態自動檢測。當水泵出現故障時,界面上顯示相應的故障圖標,提供聲音報警引起調度員的重視,以便及時做出處理,同時在水泵現場接觸器斷電以保護水泵。3)疏干泵電機工作狀態摸擬圖示、運行參數實時顯示。系統采用組態軟件模擬水泵運行情況,組態軟件能夠直觀形象的反映水泵的運轉情況。4)遠程控制開、停疏干泵電機。疏干集控的核心是能進行遠程控制水泵電機,系統采用組態軟件模擬水泵的啟停,當調度員操作水泵啟停時,通過礦區網絡下發指令到現場監控柜,模塊收到指令后,執行繼電器動作,完成水泵的啟停,同時,監控界面判斷水泵狀態判斷操作是否成功。5)故障短信報警。當水泵出現故障停機時,監控界面聲光報警,同時能夠將報警信息以短信的方式發送到相應的手機終端,便于礦領導及主管實時掌握水泵運轉狀態。6)基本參數設置功能。監控界面設置基本參數值,包括:終端基本參數(SIM卡號、通訊模式等)、短信報警號碼、聲光報警閾值等。4疏干泵控制系統完善疏干排水集控系統完成了12口新增疏干井的集中控制,采用先進的GPRS通訊技術,利用面向對象編程技術,重新搭建系統軟件平臺,采用當前先進的傳感器技術,實現了對各個疏干泵實