矿区泵房远程无线监控系统设计

河南理工大学电气工程与自动化学院 甘国红 冉景堃 张流凯 王新环

露天煤矿水泵机组距离较远，布线成本极高，因此通过无线通信技术对水泵实施远距离控制可以有效节约系统施工成本，降低系统维护费用，提高安装效率。本文采用智能网关及云平台技术，实现矿区泵房无人值守控制，减少工人劳动强度，提高设备自动化水平。

露天开采矿泵房承担着排出采区涌水的重要任务，是保证矿山企业安全生产的关键环节。排水系统各种设备能否安全、可靠、有效的运行，关系到企业的生产与安全。现阶段我国矿区大多数排水主要采用现场值班人员人工开停水泵的模式，不能做到远程自动开停水泵，存在极大的安全风险。

张红娟和莫州寒等利用PLC实现露天矿泵房无人值守系统设计，王文斌等利用阿里云物联网平台开展泵房远程监控系统设计，周宇等利用NB-IoT通信技术实现泵房远程监控。为了有效解决矿区水泵存在的安全问题，提升企业的自动化水平，本文针对矿实际运行情况，采用PLC及无线通信技术，实现水泵远程监控，提升排水设施的自动化水平，保障企业的安全生产。

1 系统整体方案设计

某矿坑下排水设施有三个泵站，共计10台水泵。现场采用手动控制，由于设备距离控制室较远，运行维护不方便。针对该矿实际况，采用PLC及GPRS无线通信技术，实现现场手动控制、PLC自动控制和远程集中监控功能，具备水泵运行状况实时监测、参数设置、报警管理、历史报表、历史趋势等，提升坑下排水设施运行的自动化水平，保障煤矿的安全生产。系统共由PLC、智能网关、云平台、远程监控计算机等部分组成，系统结构如图1所示。

图1 基于GPRS和PLC的水泵自动控制系统结构图

（1）PLC选用西门子S7-1200 PLC作为中央控制单元，采集电机电压、电流、水位、出水口压力等信息，经过内置控制算法，实现水泵电机的控制，并通过以太网与智能网关通信，将数据上传云平台，并接受远程控制指令，实现设备远程控制。

（2）无线通信模块与云平台采用创恒科技的P432智能网关及创恒云，该款无线通信模块搭载32位高速处理器和Linux操作系统的智能网关模块，配备WAN口，结合VPN服务及串口透传服务为PLC提供远程上下载程序，远程连接功能。

（3）上位机由一台工控机组成，主要负责远程控制和数据监测，实现水泵现场手动控制、PLC自动控制和远程集中监控功能，并具备短信报警、手机APP监控、运行参数记录、报表统计管理等功能，实现水泵运行的自动化。

2 PLC地址分配及硬件组态

PLC主要完成现场水泵电机的控制及信息监测，同时利用工业以太网与无线通信模块进行信息传输，实现数据远传。每个泵站设置一个PLC控制箱，PLC选择西门子CPU 1214C AC/DC/Rly，模拟量模块选择AI 4×13 Bit和AI 8×13 Bit，根据现场工艺要求，分配I/O接口地址如表1所示。

表1 PLC地址分配

设备硬件组态如图2所示。在硬件组态窗口中设置PLC的IP地址，选择“允许来自远程对象的PUT/GET通讯访问”，配置模拟量模块的属性，传感器采用两线制4-20mA信号。

图2 PLC硬件组态图

3 云平台配置

通过登录云平台网址，输入序列号和激活码，对智能网关进行设备绑定，步骤如下：

（1）输入序列号和激活码，绑定网关。

（2）选择“西门子→1200以太网”协议，输入设备IP，添加通道。

（3）在设备管理页面添加设备，输入设备名称选择所属通道。在数据监控页面定义监控的数据变量及地址，完成PLC的远程监控。

4 结论

利用PLC和智能网关通信技术可以实现露天开采矿山水泵远程无线监控，实现无人值守，有效节约成本，降低维护费用，提升自动化水平，提升企业经济效益。

本文受河南省大学生创新训练项目（201910460017）资助。