無線遠(yuǎn)程控制技術(shù)在露天煤礦疏干排水系統(tǒng)的應(yīng)用

郭曉東，徐進(jìn)軍，孟俊峰，徐飛

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特026015）

無線遠(yuǎn)程控制技術(shù)在露天煤礦疏干排水系統(tǒng)的應(yīng)用

郭曉東，徐進(jìn)軍，孟俊峰，徐飛

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特026015）

無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)GPRS技術(shù)，借助遠(yuǎn)程控制開關(guān)模塊，而設(shè)計(jì)的小型無線遠(yuǎn)程排水泵控制系統(tǒng)。無線遠(yuǎn)程排水泵控制系統(tǒng)，使用簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，尤其適合各種安全系數(shù)不高的作業(yè)場(chǎng)所，可實(shí)現(xiàn)無人值守，自動(dòng)運(yùn)行。

無線網(wǎng)絡(luò)；遠(yuǎn)程控制；排水系統(tǒng)；安全系數(shù)；無人值守

0 引言

在露天開采工作面排水的遠(yuǎn)程控制場(chǎng)合中，受到通信距離、日常維護(hù)、移動(dòng)等因素的制約，已有的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)應(yīng)用起來比較困難，已不能滿足露天采場(chǎng)疏干排水作業(yè)需求。目前的遠(yuǎn)程控制方式大多采用高空架線、地下埋線或無線電傳輸方式，存在較多弊端。對(duì)于高空架線或地下埋線方式，控制線路鋪設(shè)長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)鋪線混亂，隨生產(chǎn)任務(wù)移設(shè)時(shí)比較困難，在距離較遠(yuǎn)的情況下，投入的費(fèi)用也較昂貴；線纜容易受到狂風(fēng)、暴雨、老鼠撕咬或人為破壞等問題影響，造成信號(hào)傳輸中斷。對(duì)于無線電式的無線控制系統(tǒng)，傳輸方式采用無線電波信號(hào)，信號(hào)的傳輸受到氣候、通信距離的限制，盲區(qū)較大，導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定，誤動(dòng)作較多，信號(hào)傳輸頻段需要申請(qǐng)，且較為固定。在危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境下需要人工值守時(shí)存在安全隱患。

1 技術(shù)背景

無線遠(yuǎn)程控制技術(shù)在勝利露天礦應(yīng)用較為廣泛，如PLC集中排水控制系統(tǒng)、采場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、卡車調(diào)度系統(tǒng)以及GPRS無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)等等。經(jīng)過對(duì)各種無線遠(yuǎn)程控制技術(shù)應(yīng)用的分析和比較，以及對(duì)各種無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)要求的總結(jié)，結(jié)合勝利露天礦疏干排水系統(tǒng)現(xiàn)狀，從安裝、使用、維護(hù)、安全、經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，GPRS無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)具有便于安裝，操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)布線較少，利于監(jiān)護(hù)，便于頻繁移動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)無人值守的控制系統(tǒng)，非常適合勝利露天礦采場(chǎng)疏干排水工作的優(yōu)點(diǎn)。

2 無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)

無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)通過設(shè)備層、控制層、網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)成一個(gè)分布式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)GPRS無線傳輸技術(shù)，以端到端的、廣域的無線IP連接的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布范圍內(nèi)設(shè)備數(shù)據(jù)采集與控制的系統(tǒng)，以無線遠(yuǎn)程控制模塊為基礎(chǔ)搭建平臺(tái)，借助現(xiàn)有控制設(shè)備，充分利用共享無線信道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)終端的高速、遠(yuǎn)程接入，從而實(shí)現(xiàn)排水設(shè)備遠(yuǎn)程控制，無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)架構(gòu)

其遠(yuǎn)程操作端包括遠(yuǎn)程操作繼電器、遠(yuǎn)程狀態(tài)指示繼電器、GPRS模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊，現(xiàn)場(chǎng)操作端包括現(xiàn)場(chǎng)控制繼電器、液位監(jiān)測(cè)裝置、GPRS模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊，通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作端和現(xiàn)場(chǎng)操作端的數(shù)據(jù)傳輸，需要時(shí)還可將數(shù)據(jù)上傳至因特網(wǎng)，可通過用戶計(jì)算機(jī)查看。

無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)是一款使用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行開關(guān)信號(hào)雙向傳輸?shù)臒o線開關(guān)控制系統(tǒng)，提供雙向遠(yuǎn)程開關(guān)控制功能，使用普通SIM卡，無需固定IP地址，給用戶帶來極大方便，具有功耗低、無距離限制、無通信干擾、無需申請(qǐng)頻點(diǎn)、無需編程即可直接搭建遠(yuǎn)程開關(guān)控制系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸能力，運(yùn)行成本低，現(xiàn)場(chǎng)無需人工值守。

3 無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)建立

無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)的建立非常簡(jiǎn)單，利用無線遠(yuǎn)程控制開關(guān)模塊，將遠(yuǎn)程操作端模塊設(shè)置為主站，設(shè)備控制端模塊設(shè)置為子站，只需在操作端與控制端現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行合理布線，中途數(shù)據(jù)傳輸完全靠GPRS無線網(wǎng)絡(luò)。為了防止閉合回路中的過電壓對(duì)無線遠(yuǎn)程控制開關(guān)模塊造成損壞，在控制回路中充分利用外接小型接觸器輔助觸點(diǎn)。

遠(yuǎn)程操作端接線方式非常簡(jiǎn)單，使用常低信號(hào)即可觸發(fā)設(shè)備動(dòng)作，遠(yuǎn)程操作端電路圖如圖2。

圖2 遠(yuǎn)程操作端電路

遠(yuǎn)程操作端（主站）的遠(yuǎn)程操作繼電器上安裝有GPRS模塊，將帶GPRS功能的SIM卡插入卡槽，即可通過信號(hào)傳輸裝置收發(fā)數(shù)據(jù)，該GPRS模塊至少有4個(gè)端子。

其中，遠(yuǎn)程操作繼電器上有2個(gè)按鈕，分別是水泵啟動(dòng)按鈕和水泵停止按鈕。水泵啟動(dòng)按鈕與GPRS模塊的2#端子相連，水泵停止按鈕與GPRS模塊的1#端子相連。當(dāng)按下水泵啟動(dòng)按鈕時(shí)，觸發(fā)2#端子，當(dāng)按下水泵停止按鈕時(shí)，觸發(fā)1#端子。另外，遠(yuǎn)程操作端GPRS模塊的9#、10#端子連接電源，9#端子為公共端，電壓常低。遠(yuǎn)程操作繼電器使用常低信號(hào)觸發(fā)設(shè)備動(dòng)作，動(dòng)作信號(hào)為“0”，水泵啟動(dòng)和水泵停止使用點(diǎn)動(dòng)常開按鈕，只需點(diǎn)動(dòng)一下即可實(shí)現(xiàn)啟、停。

現(xiàn)場(chǎng)操作端接線方式也并不復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)操作端電路如圖3?，F(xiàn)場(chǎng)操作端（子站）的現(xiàn)場(chǎng)控制繼電器上安裝GPRS模塊，將帶GPRS功能的SIM卡插入卡槽，即可通過信號(hào)傳輸裝置收發(fā)數(shù)據(jù)，該GPRS模塊至少有10個(gè)端子。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)操作端電路

現(xiàn)場(chǎng)控制繼電器上有現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)按鈕和現(xiàn)場(chǎng)停止按鈕，現(xiàn)場(chǎng)控制繼電器連接有兩個(gè)交流接觸器KM1和KM2，其中，KM1的常開輔助觸點(diǎn)KM1-1與現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)按鈕并聯(lián)接入控制回路（啟動(dòng)回路），KM2的常閉輔助觸點(diǎn)KM2-1與現(xiàn)場(chǎng)停止按鈕串聯(lián)接入控制回路（停止回路），對(duì)負(fù)載進(jìn)行控制。

現(xiàn)場(chǎng)操作端的GPRS模塊的端子分配接線遵循取近原則，將2路輸入、2路輸出和端子分配設(shè)置為：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組以3#端子為公共端，即3#-4#常閉，3#-5#常開；第2組以6#端子為公共端，即6#-7#常閉，6#-8#常開。則啟動(dòng)回路的接線方式為利用6#-8#常開點(diǎn)，接入KM1中，常開輔助觸點(diǎn)KM1-1與現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)按鈕并聯(lián)接入控制回路；停止回路的接線方式為利用3#-4#常閉點(diǎn)，接入KM2中，常閉輔助觸點(diǎn)KM2-1與現(xiàn)場(chǎng)停止按鈕串聯(lián)接入控制回路，上述線路連接方式可對(duì)負(fù)載的啟停實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制和遠(yuǎn)程控制。另外，現(xiàn)場(chǎng)操作端GPRS模塊的9#、10#端子連接電源。按照上述接線方式，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程2種控制方式。

4 無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)使用

使用無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)前，應(yīng)先對(duì)無線遠(yuǎn)程控制開關(guān)模塊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，用RS232電纜將無線遠(yuǎn)程控制開關(guān)模塊與電腦連接，進(jìn)入設(shè)置程序，將主站設(shè)置為Server模式，子站設(shè)置為Client模式，并設(shè)置主站的ID號(hào)，波特率的設(shè)置應(yīng)遵循GPRS服務(wù)商，重連模式設(shè)置為數(shù)據(jù)喚醒模式，可在信號(hào)傳輸出現(xiàn)故障時(shí)有效的降低無效數(shù)據(jù)流量。

將SIM卡插入無線遠(yuǎn)程控制開關(guān)模塊，上電后，信號(hào)指示燈開始閃爍，在連接建立成功前，工作指示燈閃爍頻率為0.5 s亮1次，當(dāng)子站與主站建立連接后，信號(hào)指示燈每5 s快閃1次，當(dāng)發(fā)射與接收信號(hào)時(shí)，信號(hào)指示燈常亮1 s。此時(shí)，便可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。控制按鈕發(fā)出動(dòng)作信號(hào)由遠(yuǎn)程操作繼電器動(dòng)作，傳送至GPRS模塊，通過無線網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)GPRS模塊接收動(dòng)作信號(hào)，促使現(xiàn)場(chǎng)控制繼電器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

圖4和圖5分別示出了無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)執(zhí)行啟動(dòng)和停止的工作流程圖。操作人員在主站按下水泵啟動(dòng)按鈕，主站向子站發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，子站立即動(dòng)作，接觸器KM1線圈瞬時(shí)通電工作，常開輔助觸點(diǎn)KM1-1吸合，啟動(dòng)回路閉合，水泵開始工作。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，接觸器KM2線圈得電，常閉輔助觸點(diǎn)KM2-1斷開，水泵停止。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)GPRS模塊還將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)返回至遠(yuǎn)程狀態(tài)指示繼電器，在遠(yuǎn)程操作端顯示現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況。

圖4 無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)啟動(dòng)流程

在現(xiàn)場(chǎng)操作端的控制回路上還裝有液位監(jiān)測(cè)裝置，用來監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)水位情況，主要監(jiān)測(cè)水泵運(yùn)行環(huán)境的高低水位，即水倉的警戒水位與水泵的安全運(yùn)行水位。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)水位低于水泵的安全運(yùn)行液位時(shí)，液位監(jiān)測(cè)裝置將低液位信號(hào)通過GPRS模塊傳送至遠(yuǎn)程操作端，告知現(xiàn)場(chǎng)水位較低；同時(shí)，液位監(jiān)測(cè)裝置還通過現(xiàn)場(chǎng)GPRS模塊將低液位信號(hào)傳送至現(xiàn)場(chǎng)停止控制回路，控制水泵停止運(yùn)行，并將信號(hào)傳送至遠(yuǎn)程狀態(tài)指示繼電器，及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)水位情況。此時(shí)，遠(yuǎn)程、現(xiàn)場(chǎng)均無法啟動(dòng)水泵。

圖5 無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)停止流程

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)水位上升滿足設(shè)備安全運(yùn)行，或超越警戒水位時(shí)，液位監(jiān)測(cè)裝置將信號(hào)通過GPRS模塊傳送至遠(yuǎn)程操作端，告知現(xiàn)場(chǎng)水位情況，提醒操作人員及時(shí)啟動(dòng)水泵；同時(shí)，液位監(jiān)測(cè)裝置還將信號(hào)傳送至現(xiàn)場(chǎng)GPRS模塊，并將信號(hào)發(fā)送給遠(yuǎn)程狀態(tài)指示繼電器，及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)水位情況。

當(dāng)信號(hào)傳輸出現(xiàn)故障時(shí)，如突然斷電，子站探測(cè)到主站崩潰，會(huì)自動(dòng)重連，主站探測(cè)到子站崩潰，會(huì)釋放TCP SOCKET資源，等待子站連接。期間，主站等待建立連接，不會(huì)發(fā)出任何操作信號(hào)；子站會(huì)主動(dòng)與主站建立TCP連接，保證自動(dòng)重連，永遠(yuǎn)在線，雙方都支持Keeplive?；罟δ?。

5 無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)，取代現(xiàn)場(chǎng)總線，非常適合于露天開采工作面排水的遠(yuǎn)程控制；現(xiàn)場(chǎng)無需人工值守，在比較危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境下，充分保障了人員的人生安全；系統(tǒng)自帶缺水保護(hù)，有效的保障了排水設(shè)備的安全運(yùn)行；系統(tǒng)功耗低、無距離限制、無通信干擾、無需申請(qǐng)頻點(diǎn)、無需編程，方便組網(wǎng)；幾乎無通信死角。

6 無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)應(yīng)用

目前，無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)已在勝利露天礦疏干隊(duì)廣泛應(yīng)用，6#煤底板清淤排水泵遠(yuǎn)程控制、采場(chǎng)945加水站供水泵遠(yuǎn)程控制、975加水站供水泵遠(yuǎn)程控制、加壓站與加水站蓄水池液位聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)等，無論從經(jīng)濟(jì)方面，還是使用效果來看，都達(dá)到了預(yù)期的目的。

7 結(jié)語

無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)能夠解決露天異地遠(yuǎn)程排水控制難題，利用其控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人值守，自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)建立、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，可有效地減少現(xiàn)場(chǎng)控制線的鋪設(shè)，提高現(xiàn)場(chǎng)安全運(yùn)行系數(shù)，無線遠(yuǎn)程排水控制系統(tǒng)的應(yīng)用在節(jié)約成本和安全生產(chǎn)中都起到了重要的作用，尤其是在煤礦降本增效中作用較為突出。

［1］張文志，呂恬生.無線兩輪機(jī)器人小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械與電子，2003（2）：25-27.

［2］劉立賀.遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)［D］.吉林：吉林大學(xué)，2006.

［3］崔彥鋒，許小榮.VB網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制［M］.北京：北京希望電子出版社，2002.

［4］李道霖.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［5］連曉峰.自動(dòng)控制原理［M］.長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2009.

【責(zé)任編輯：陳毓】

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

郭曉東，徐進(jìn)軍，孟俊峰，等.無線遠(yuǎn)程控制技術(shù)在露天煤礦疏干排水系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（2）：72-75.

2017-08-18

郭曉東（1985—），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，助理工程師，2008年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)在神華北電勝利能源有限公司勝利露天煤礦疏干隊(duì)工作。