一种基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统

张 斌,胡林彬

(1.蚌埠凯盛工程技术有限公司,蚌埠 233010；2.中国建材国际工程有限公司海南分公司,海南 570100)

《矿山安全生产“十四五”规划(征求意见稿)》要求“推进矿山智能化建设政策配套”，“推进矿山智能化建设”，“将矿山智能装备和机器人纳入安全技术改造范围”，“推进矿山工业互联网及智能装备的研发与应用，推进矿用装备智能化，实现装备自感知、自决策、自控制功能”。其中安全生产监控在石英矿生产行业已成为重点问题。在石英矿监管部门集中、实时监控所辖各石英矿的安全监测数据有重大意义。

目前石英矿生产数据采集、信息方面的缺点：1)现场所有的控制信号通过控制电缆采集发送到远处的控制柜，通过每一台控制柜内的CPU经过信息处理发送到现场设备，之间距离较远，大量的信号通过电缆传递采集易造成相互之间的干扰，而且使用大量的电缆网线，成本较高。2)信息数据采集汇总到上位机上，通过这一处的上位机才能看到整体的信息状况，当生产操作和设备故障同时发生时不利于两者同时进行，往往故障不能得到迅速的处理。

随着5G技术的完善，5G网络逐渐开始全面推广。相对于4G技术，5G通讯技术不仅传输速度和效率更高，而且具备很高的兼容性，可以实现多制式、多模式的结合。再者西门子300系列的PLC即将停产，改由主流支持以太网的1200系列PLC取代，因此，无论从网络性能，还是经济性考虑一种新的基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统非常重要。

1 系统总体架构

该系统是为了解决现有技术的不足，基于5G网络的支持，将分散在石英矿各个生产部门的实时数据传送到监控中心服务器集中监控监察，对生产中产生的问题提供实时报警，并具有一定时限的历史数据备份功能。

采用的技术方案为：基于5G网络的石英矿远程数据监控无线报警系统，包括PLC、5G服务器、5GDTU、INTOUCH 现场触摸屏四部分，其特征在于:所述PLC、5G服务器、5GDTU、INTOUCH 现场触摸屏基于5G网络的传输协议组成网络(见图1)。其中，主PLC与其他子PLC、现场触摸屏通过5G服务器、5GDTU进行通讯，读写对应的参数和指令，并周期地读取IO模块的输入信息，在程序运算后通过IO模块向各控制柜发出动作信号，实现对整个网络进行硬件组态，定义各生产部门的名称及IP地址，从而来监控生产现场。

5G服务器和5GDTU采用TC ROUTER 3002T-5G及TC ANT MOBILE WALL 5M，解决空间上的限制，实现更高程度的信息传输，极大地提高了空间利用率。多生产部门之间可以建立有效的隔离，但又不影响其具体信息传输使用。

INTOUCH 现场触摸屏采用西门子TP700 7寸PN触摸屏，通过PROFINET与PLC通讯，显示各生产部门生产电机的运行、故障等数据，并在触摸屏上可以进行电机报警时间的逻辑调整及控制。

2 系统与传统技术的区别和优势

与传统技术相比，该系统的优点在于:1)设备更加智能化、工业化，设置简单、操作方便，节省了大量的人力物力。2)故障排查更加容易、人员操作更加方便、排障和生产可以同时进行，降低了矿山生产中造成的损失。3)数据采集发送更加集中，相关的操作人员使用的终端设备可以清晰明了的查看数据、操作设备。4)使用5G网络的联网控制方式以及分布式IO控制生产的方式，可以不必使用大量的电缆以及通讯网线，节省了大量的成本。

3 系统的工作原理及简单设置

某石英矿生产厂区有三处生产车间需要监控，即受阻沉降机、砂浆池和缓冲浓缩池。中央控制室和三处生产车间的3台生产设备之间需要进行数据传输。因3台设备与中央控制室及彼此相距较远，其最远相距达2公里。考虑到安装、现场环境等因素，故使用5G网络及互联网，实现现场设备的远程访问。采用5G/以太网方式实现通信。

该5G网络的远程数据监控无线报警系统PLC采用西门子1211C,自带6AI/4DO通道，通讯板可采用CB1241。

数据采集发送方式：1)基于无线基站点对多点的扇区天线方式，点对多点模型主要用在几个不同区域的无线设备需要与一个中心区域的接入点建立网络连接的情况。2)分布式I/O控制方式：使用主CPU作为数据处理中心，如单个CPU可控制1台控制柜或电机，将分布式I/O控制箱放置于设备处，进行数据交换。3)数据处理及查看方式：无线基站的运用，可以让任何联网设备接入局域网中进行数据查看控制。

工作原理：使用5G DTU与各PLC模块相连，将主站采集的PLC数据转换成5G数据上传到主服务器。主服务器再根据发送的不同数据进行分析，将分析后的数据根据不同的需要传送到不同的从站PLC模块。同时，不同的从站的PLC模块将采集到的数据通过以太网传送到5G DTU，5G DTU再传送到主服务器，主服务器进过分析后再传送给主站PLC。

该5G网络的远程数据监控无线报警系统的PLC西门子1211C基于PROFINET通讯协议与现场触摸屏相连,并通过触摸屏设置IP地址。

IP地址设置例：以主站PLC的IP地址为1为例，主站PLC为192.168.0.1，从站的PLC1为192.168.0.2，从站的PLC2为192.168.0.3，从站的PLC3为192.168.0.4,主站触摸屏1为192.168.0.10，现场触摸屏2为192.168.0.20，现场触摸屏3为192.168.0.30，现场触摸屏4为192.168.0.40。

工作内容说明：1)通过5G网络信号接收监控及报警信号，如受阻沉降机处为从站的PLC1、砂浆池为从站的PLC2、缓冲浓缩池为从站的PLC3(即需要监控断电信号处三处)，监控及报警信号也可通过主站PCL的DI输入给原PLC控制系统。2)当报警信号出现时，可在主站及从站的触摸显示屏上出现提示。3)当报警信号解除时，可在主站及从站的触摸显示屏上出现提示。4)当设备正常运行时，可在主站及从站的触摸显示屏上进行数据监视。5)监控报警信号三处中的任意一处出现报警时，另外一处或两处都可以按照中央控制室的要求设定延迟及联动报警，同时将数据通过服务器传输给原控制系统，以便其用来控制设备启停。如：受阻沉降机处出现报警信号时，砂浆池和缓冲浓缩池同时报警，也可设置为砂浆池和缓冲浓缩池在受阻沉降机报警5 min后报警。

上述实例仅为本系统的一种实施方式，除此之外，本系统还可以根据用户需要有其他的报警组合方式。

4 结 语

综上所述，在当今科技、经济发展迅猛的背景下，大量的新设备、新产品也不断地应用于石英矿生产机电中，这使得石英矿的整体机电使用水平不断提高，机电技术管理工作不断细化，安全性更需要不断加强。通过5G核心技术的支持，企业管理者可以将石英矿生产中的原始数据进行更快、更科学、更有效的统计与分析，对于提升石英矿安全生产水平、保障石英矿稳定供应具有重要意义。因此，我们要高度重视5G技术在石英矿生产企业中所发挥的作用，进一步更新观念，为企业发展做贡献。