新型泵站监控系统在木瓜煤矿的应用

霍州煤电集团悦昌煤业公司 赵 敏

河南理工大学计算机学院 刘 洁

河南理工大学电气学院 杨海柱

1.引言

在计算机技术、通信技术、自动化技术和信息技术蓬勃发展的今天，对工程中重要系统环节的集中控制和管理已经成为一种趋势。新型泵站监控系统彻底改变了传统泵站的管理模式，通过先进的数字通讯技术，可以实现对泵站系统的监测与集控，极大地提高了泵站的安全运行。本文主要说明新型泵站监控系统在木瓜煤矿中的应用。

2.监控系统的技术方案

木瓜煤矿泵站监控系统是由山西木瓜煤矿和苏州三恒科技集团有限公司共同开发研制的项目。

木瓜矿的泵站系统由三个真空泵组、相关管道及储水池构成，根据控制需要，真空泵和管道上的电磁阀依次动作，维持泵站系统的正常工作。由于泵站系统的重要性，要求对各个设备相关数据进行监控与记录，在发生故障时能够及时准确找出发生故障的设备，以便及时排除故障。

图1 监控系统结构示意图

监控系统的基本结构是：下位机为西门子公司生产的S7-300型PLC，上位机为井上的监控室的工控机，之间通过光纤远程通信进行连接。S7-300PLC控制井下泵站各个设备的工作。上位机界面用西门子公司的WinCC 7.0（Windows Control center）软件开发。

传感器选择：液位传感器选用GUY5型投入式液位传感器，其工作电压为DC12～20V，可输出200～1000Hz的信号，测量范围为0～5m。水压传感器选用GYD本质安全型压力变送器，其温度适应能力较强，最大测量范围为10MPa，满足系统要求。测量真空度选用ZKY-2000型真空度测试仪，其采用离子电荷来做标定，可以有效地抑制测试过程中瞬态电源的干扰，使测试稳定可靠，监控系统结构示意图如图1。

3.监控系统实现的功能及应用

木瓜泵站监控系统实现了对井下泵站的远程监测，具有监控画面，远程数据采集，报警检测，参数整定，数据查询，事件查询，报表管理等功能。以下重点介绍监控画面，远程数据采集，数据归档，数据查询功能。

图3 监控系统数据查询窗口图

3.1 监控画面

监控画面功能给出了泵站系统的构成和运行示意图。监控系统采集泵站系统各设备的相关设备的实时数据，并将其显示在监控画面中的泵站系统示意图的相应位置，用户可以直观地看到泵站系统的组成，并了解其运行情况。泵站监控系统操作界面图如图2。

3.2 远程采集数据

在泵站系统启动后，监控系统将自动采集下位机PLC控制的管道电磁阀、电泵、高压真空开关柜的开关信号，对于传感器采集的各管道流量、温度、液面高度等模拟量信号，通过其自带的A/D转换模块进行运算，转换为PLC可处理的数字信号，然后通过光纤通讯将信号传导地面上的上位机，对数据进行分析、处理并显示。通信是监控系统的关键，WinCC提供了所有最重要的通讯通道，用于连接到SIMATIC S5/S7/505控制器的通讯，以及PROFIBUS-DP/FMS、DDE（动态数据交换）和OPC（用于过程控制的OLE），等非专用通道。本矿的监控系统WinCC通过工业以太网（Industrial Ethernet）连接井下泵站的下位机S7-300PLC。其中，对WinCC通讯处理器模块的设置可以实现与不同单元的连接通讯，增大了系统的融合能力。

3.3 数据归档

本矿泵站监控系统利用WinCC 7.0进行开发，其数据管理系统用SQL Server 2005作为数据归档的数据库，实现数据归档功能。其优点是：WinCC 7.0可以与Windows防火墙配合使用，增强了数据的安全性。数据归档的目的对现场的过程数据进行采集、处理和归档，向操作人员提供操作状态和过程故障状态的信息，以便快速确定故障位置，解除故障。在数据归档过程中，数据以自动归档和人工归档两种方式归档到数据库中。自动归档是利用WinCC过程值归档，对需要归档的变量进行组态，不需要单独操作数据库建立储存表就可以实现。系统的正常运行的变量记录采用的便是自动归档，方便用户以不同方式查看运行过程的数据。人工归档是通过人工建立数据储存表来实现的数据归档功能。对运行中需要特殊关注的数据建立数据储存表，可以快捷记录和显示该数据的变化过程，反映相关设备的运行状况。报警记录、用户对系统的操作等都使用人工归档。

该系统还利用WinCC的趋势控件设置了实时数据曲线和历史数据曲线的功能，便于用户进行统计和分析。

数据库的归档服务器由中央归档服务器和长期归档服务器组成。在运行期间数据库均创建在中央归档服务器项目工程目录下的相关文件夹中，以减少数据的使用空间，提高效率。根据WinCC数据归档原理可知：WinCC运行的数据存放在一个个数据片段中，每个数据片段有最大容量，每隔一定的时间周期数据库会启动新的数据片段。当某个数据片段的容量超限或数据更新周期达到时，数据库就会启用新的数据片段存储数据。当数据达到所有数据片段的总容量时，最新的数据将会覆盖之前的数据。为了防止数据丢失，可以在中央归档服务器满仓前将数据转存到长期归档服务器中，实现数据备份功能。

3.4 数据查询

该监控系统的数据管理系统对数据进行分析处理后，所有的结果都在数据查询窗口中显示。通过数据查询窗口，用户可以查询之前的操作记录和系统的运行记录，还可以对以往的报警记录进行查询。用户可以通过选择日期或选择设备号码查询相关的报警信息，并根据需要对查询结果进行打印。监控系统数据查询窗口图如图3。

4.结语

目前，泵站监控系统已在木瓜煤矿应用，设备及系统运行较为稳定，效果良好，主要表现在以下方面：（1）系统运行的可靠性得到了很大程度的提高，系统的数据查询功能使工作人员可随时查询水泵故障时间及故障参数，方便了故障的后期处理。（2）管理人员可及时了解泵站系统的运行状况，在处理故障方面，可以实时、全面地了解每一次操作步骤，防止现场人员在无人监护情况下的误操作，可以通过远程操作及时调整保护整定值，减少现场人员操作上可能犯的低级错误。

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