无线远程控制技术在露天煤矿疏干排水系统的应用

郭晓东，徐进军，孟俊峰，徐飞

（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古锡林浩特026015）

无线远程控制技术在露天煤矿疏干排水系统的应用

郭晓东，徐进军，孟俊峰，徐飞

（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古锡林浩特026015）

无线远程排水控制系统是在传统继电器控制系统的基础上，结合当前移动互联网GPRS技术，借助远程控制开关模块，而设计的小型无线远程排水泵控制系统。无线远程排水泵控制系统，使用简单，便于维护，尤其适合各种安全系数不高的作业场所，可实现无人值守，自动运行。

无线网络；远程控制；排水系统；安全系数；无人值守

0 引言

在露天开采工作面排水的远程控制场合中，受到通信距离、日常维护、移动等因素的制约，已有的远程控制系统应用起来比较困难，已不能满足露天采场疏干排水作业需求。目前的远程控制方式大多采用高空架线、地下埋线或无线电传输方式，存在较多弊端。对于高空架线或地下埋线方式，控制线路铺设长，现场铺线混乱，随生产任务移设时比较困难，在距离较远的情况下，投入的费用也较昂贵；线缆容易受到狂风、暴雨、老鼠撕咬或人为破坏等问题影响，造成信号传输中断。对于无线电式的无线控制系统，传输方式采用无线电波信号，信号的传输受到气候、通信距离的限制，盲区较大，导致信号不稳定，误动作较多，信号传输频段需要申请，且较为固定。在危险作业环境下需要人工值守时存在安全隐患。

1 技术背景

无线远程控制技术在胜利露天矿应用较为广泛，如PLC集中排水控制系统、采场视频监控系统、卡车调度系统以及GPRS无线远程排水控制系统等等。经过对各种无线远程控制技术应用的分析和比较，以及对各种无线网络的优点和技术要求的总结，结合胜利露天矿疏干排水系统现状，从安装、使用、维护、安全、经济的角度出发，GPRS无线远程排水控制系统具有便于安装，操作简单，现场布线较少，利于监护，便于频繁移动，能实现无人值守的控制系统，非常适合胜利露天矿采场疏干排水工作的优点。

2 无线远程排水控制系统

无线远程排水控制系统通过设备层、控制层、网络层构成一个分布式工业网络无线远程控制系统，采用移动互联网GPRS无线传输技术，以端到端的、广域的无线IP连接的方式，实现对分布范围内设备数据采集与控制的系统，以无线远程控制模块为基础搭建平台，借助现有控制设备，充分利用共享无线信道，实现数据终端的高速、远程接入，从而实现排水设备远程控制，无线远程排水控制系统架构图如图1所示。

图1 无线远程排水控制系统架构

其远程操作端包括远程操作继电器、远程状态指示继电器、GPRS模块和电源转换模块，现场操作端包括现场控制继电器、液位监测装置、GPRS模块和电源转换模块，通过GPRS无线网络实现远程操作端和现场操作端的数据传输，需要时还可将数据上传至因特网，可通过用户计算机查看。

无线远程排水控制系统是一款使用GPRS网络进行开关信号双向传输的无线开关控制系统，提供双向远程开关控制功能，使用普通SIM卡，无需固定IP地址，给用户带来极大方便，具有功耗低、无距离限制、无通信干扰、无需申请频点、无需编程即可直接搭建远程开关控制系统，具有很强的数据传输能力，运行成本低，现场无需人工值守。

3 无线远程排水控制系统建立

无线远程排水控制系统的建立非常简单，利用无线远程控制开关模块，将远程操作端模块设置为主站，设备控制端模块设置为子站，只需在操作端与控制端现场进行合理布线，中途数据传输完全靠GPRS无线网络。为了防止闭合回路中的过电压对无线远程控制开关模块造成损坏，在控制回路中充分利用外接小型接触器辅助触点。

远程操作端接线方式非常简单，使用常低信号即可触发设备动作，远程操作端电路图如图2。

图2 远程操作端电路

远程操作端（主站）的远程操作继电器上安装有GPRS模块，将带GPRS功能的SIM卡插入卡槽，即可通过信号传输装置收发数据，该GPRS模块至少有4个端子。

其中，远程操作继电器上有2个按钮，分别是水泵启动按钮和水泵停止按钮。水泵启动按钮与GPRS模块的2#端子相连，水泵停止按钮与GPRS模块的1#端子相连。当按下水泵启动按钮时，触发2#端子，当按下水泵停止按钮时，触发1#端子。另外，远程操作端GPRS模块的9#、10#端子连接电源，9#端子为公共端，电压常低。远程操作继电器使用常低信号触发设备动作，动作信号为“0”，水泵启动和水泵停止使用点动常开按钮，只需点动一下即可实现启、停。

现场操作端接线方式也并不复杂，现场操作端电路如图3。现场操作端（子站）的现场控制继电器上安装GPRS模块，将带GPRS功能的SIM卡插入卡槽，即可通过信号传输装置收发数据，该GPRS模块至少有10个端子。

图3 现场操作端电路

现场控制继电器上有现场启动按钮和现场停止按钮，现场控制继电器连接有两个交流接触器KM1和KM2，其中，KM1的常开辅助触点KM1-1与现场启动按钮并联接入控制回路（启动回路），KM2的常闭辅助触点KM2-1与现场停止按钮串联接入控制回路（停止回路），对负载进行控制。

现场操作端的GPRS模块的端子分配接线遵循取近原则，将2路输入、2路输出和端子分配设置为：1#端子控制3#、4#和5#端子，2#端子控制6#、7#和8#端子，其中，第1组以3#端子为公共端，即3#-4#常闭，3#-5#常开；第2组以6#端子为公共端，即6#-7#常闭，6#-8#常开。则启动回路的接线方式为利用6#-8#常开点，接入KM1中，常开辅助触点KM1-1与现场启动按钮并联接入控制回路；停止回路的接线方式为利用3#-4#常闭点，接入KM2中，常闭辅助触点KM2-1与现场停止按钮串联接入控制回路，上述线路连接方式可对负载的启停实现现场控制和远程控制。另外，现场操作端GPRS模块的9#、10#端子连接电源。按照上述接线方式，可以实现现场与远程2种控制方式。

4 无线远程排水控制系统使用

使用无线远程排水控制系统前，应先对无线远程控制开关模块参数进行设置，用RS232电缆将无线远程控制开关模块与电脑连接，进入设置程序，将主站设置为Server模式，子站设置为Client模式，并设置主站的ID号，波特率的设置应遵循GPRS服务商，重连模式设置为数据唤醒模式，可在信号传输出现故障时有效的降低无效数据流量。

将SIM卡插入无线远程控制开关模块，上电后，信号指示灯开始闪烁，在连接建立成功前，工作指示灯闪烁频率为0.5 s亮1次，当子站与主站建立连接后，信号指示灯每5 s快闪1次，当发射与接收信号时，信号指示灯常亮1 s。此时，便可进行远程控制。控制按钮发出动作信号由远程操作继电器动作，传送至GPRS模块，通过无线网络，现场GPRS模块接收动作信号，促使现场控制继电器动作，实现远程控制。

图4和图5分别示出了无线远程排水控制系统执行启动和停止的工作流程图。操作人员在主站按下水泵启动按钮，主站向子站发出启动信号，子站立即动作，接触器KM1线圈瞬时通电工作，常开辅助触点KM1-1吸合，启动回路闭合，水泵开始工作。当按下停止按钮时，接触器KM2线圈得电，常闭辅助触点KM2-1断开，水泵停止。同时，现场GPRS模块还将现场运行状态信号返回至远程状态指示继电器，在远程操作端显示现场运行情况。

图4 无线远程排水控制系统启动流程

在现场操作端的控制回路上还装有液位监测装置，用来监测现场水位情况，主要监测水泵运行环境的高低水位，即水仓的警戒水位与水泵的安全运行水位。当现场水位低于水泵的安全运行液位时，液位监测装置将低液位信号通过GPRS模块传送至远程操作端，告知现场水位较低；同时，液位监测装置还通过现场GPRS模块将低液位信号传送至现场停止控制回路，控制水泵停止运行，并将信号传送至远程状态指示继电器，及时反馈现场水位情况。此时，远程、现场均无法启动水泵。

图5 无线远程排水控制系统停止流程

当现场水位上升满足设备安全运行，或超越警戒水位时，液位监测装置将信号通过GPRS模块传送至远程操作端，告知现场水位情况，提醒操作人员及时启动水泵；同时，液位监测装置还将信号传送至现场GPRS模块，并将信号发送给远程状态指示继电器，及时反馈现场水位情况。

当信号传输出现故障时，如突然断电，子站探测到主站崩溃，会自动重连，主站探测到子站崩溃，会释放TCP SOCKET资源，等待子站连接。期间，主站等待建立连接，不会发出任何操作信号；子站会主动与主站建立TCP连接，保证自动重连，永远在线，双方都支持Keeplive保活功能。

5 无线远程排水控制系统优点

无线远程排水控制系统，取代现场总线，非常适合于露天开采工作面排水的远程控制；现场无需人工值守，在比较危险的作业环境下，充分保障了人员的人生安全；系统自带缺水保护，有效的保障了排水设备的安全运行；系统功耗低、无距离限制、无通信干扰、无需申请频点、无需编程，方便组网；几乎无通信死角。

6 无线远程排水控制系统应用

目前，无线远程排水控制系统已在胜利露天矿疏干队广泛应用，6#煤底板清淤排水泵远程控制、采场945加水站供水泵远程控制、975加水站供水泵远程控制、加压站与加水站蓄水池液位联动系统等，无论从经济方面，还是使用效果来看，都达到了预期的目的。

7 结语

无线远程排水控制系统能够解决露天异地远程排水控制难题，利用其控制系统可实现无人值守，自动运行，系统建立、运行维护简单，可有效地减少现场控制线的铺设，提高现场安全运行系数，无线远程排水控制系统的应用在节约成本和安全生产中都起到了重要的作用，尤其是在煤矿降本增效中作用较为突出。

［1］张文志，吕恬生.无线两轮机器人小车控制系统的设计［J］.机械与电子，2003（2）：25-27.

［2］刘立贺.远程控制系统设计与开发［D］.吉林：吉林大学，2006.

［3］崔彦锋，许小荣.VB网络与远程控制［M］.北京：北京希望电子出版社，2002.

［4］李道霖.电气控制与PLC原理及应用［M］.北京：电子工业出版社，2004.

［5］连晓峰.自动控制原理［M］.长沙：国防科技大学出版社，2009.

【责任编辑：陈毓】

Application of wireless remote control technology in open-pit coal mine water drainage system

GUO Xiaodong,XU Jinjun,MENG Junfeng,XU Fei
(Shenhua Beidian Shengli Energy Co.,Ltd.,Xilinhot 026015,China)

Wireless remote drainage control system is small wireless remote drainage pump control system based on the traditional relay control system,combined with the current mobile internet GPRS technology,using the remote control switch module.Wireless remote drainage pump control system is simple to use and easy to maintain,especially suitable for various workplaces of not high safety factor,which can realize the unattended,automatic operation.

wireless network;remote control;drainage system;safety factor;unattended

TD676

B

1671－9816（2017）02－0072－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.02.020

郭晓东，徐进军，孟俊峰，等.无线远程控制技术在露天煤矿疏干排水系统的应用［J］.露天采矿技术，2017，32（2）：72-75.

2017-08-18

郭晓东（1985—），男，内蒙古乌兰察布人，助理工程师，2008年毕业于内蒙古科技大学电气工程及自动化专业，现在神华北电胜利能源有限公司胜利露天煤矿疏干队工作。