基于GPRS无线煤矿排水系统监控设计

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摘要：文章是基于gprs无线煤矿排水设备数据的采集系统，用WINCC上位机进行监控，主要用于检测排水系统设备温度、压力、流量、离心式水泵运行的参数等，这些参数通过PLC下位机处理，再利用GPRS进行远距离数据传送监测。

关键词：GPRS ； WINCC ； PLC ； 远程监测

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0009-02

矿井下的排水作为煤矿生产的重要组成部分，肩负着多种积水的任务，因此对研究煤矿排水系统的研究有着很重要的意义。本文通过排水系统，以PLC作为重要的控制单元，控制外接设备积极对设备各种参数的变化以及传感器的数据变化积极响应，协调各种执行结构的动作，同时将信息通过GPRS传送到上位机设备，工作人员可以进行监测，也可以手动应急操作和调整。

1 排水系统结构功能

排水系统由变频器、离心式水泵、水位、流量、压力、温度各种传感器以及多个执行器组成。西门子PLC配套的模拟量、数字量模块将现场采集的数据，通过接口模块将数据送到PLC，经过处理后，由GPRS网络传输模块通过Internet网，将各种数据上传到上位机WINCC，进而进行系统的调试和控制。

1.1 远距离控制

采用上位机WINCC对现场数据进行调整的方式，是通过键盘鼠标对现场数据值以及状态进行调整和修改，改变的参数通过网络将数据发送到PLC，从而实施对远程的水泵启停、变频的控制和预警处理。

1.2 手动自动双向互锁控制

本系统既可以自动地控制，也可以进行手动的控制，这样有利于现场的设备调试以及应急地切断设备的电源，为了确保设备安全，手动、自动两种状态程序中利用PLC设置互锁。

1.3 上位机数据监测功能

系统可以通过上位机接受来自现场设备水泵电机电流、水泵轴温、电机绕组温度、电机轴温水仓水位、排水管流量的模拟量值。主要检测的数字量参数有：泵工作状态、阀门状态、水泵出水口压力，启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器状态，这些数字量模拟量都会在上位机上WINCC得到显示。

1.4 数据查询存储功能

WINCC可以通过数值、动画、图表、曲线等形式显示现场数据，并对各种现场的机器数据建立实时准确的数据库，操作人员可以实时地对现场的各种检测变量以及状态进行查询。

2 系统硬件配置

2.1 GPRS模块

GPRS模块类似于无线网卡的功能，产品的种类也较多，目前使用较多的是西门子的MC35、索尼公司的GM47。同时，一般的GPRS模块都提供串口RS232接口，当数据较多时，数据采集先通过485总线，再通过485转232模块，用TCP/IP传输方式可以将采集的数据通过Internet网发送到IP地址的主机，从而实现主、从机的双向通信。

2.2 仪表的配置

（1）检测水仓水位选择的是CY-DB31一体式液位变送器，该传感器具有稳定性好、精度高、防渗漏、使用寿命长的优点。（2）检测管路流量的设备采用的是LED-9DE智能电磁流量计，该流量计是流量传感器和流量积算仪的结合体，具有流量显示输出功能，并具有测量量程大、精度高、耗能低、抗干扰强、操作简单的优点。（3）检测水泵压力采用的是CYZ602 压力变送器，该变送器安装方便、防腐蚀、精度较高。（4）检测电动机的电压、功率因数、轴温、定子温度采用的是EDA9033综合传感器，该传感器成本低、布线方便，不过它的缺点是输出要额外加一个模拟量采集模块才能将信号输出到PLC。（5）检测温度采用的是PT100，采用薄膜铂电阻两线制的该类传感器具有稳定性出色、精度高、价格低等性能。

3 远程通讯网络的设计

3.1 GPRS技术简介

无线传输是基于早期GSM网络通讯系统衍生出来的一种新的网络方式：（1）采用GPRS分组交换技术，每个用户占用一个IP地址，进而可以与多个用户共享资源数据。（2）基于标准数据通信协议的GPRS业务，可以实现IP传输数据实现网络的互通。全双工运作的GPRS保证了系统的接受和传输功能，并且计费是按照具体网络流量来收取。（3）核心层采用IP技术的GPRS业务，可以支持多种网络的互通传输，进而可以实现各种终端的远程传输功能。

3.2 与其他无线通讯方式比较

目前存在其他两种比较普遍的通讯方式：（1）无线以太网技术，它是目前最为流行的计算机网络技术，通讯速率高，比较成熟，但是由于它本身的限制，无线网络通讯范围小于1km，网络规模比较小，硬件的成本高，所以不适合本系统使用。（2）数传电台技术，实时性好，稳定性高，组网灵活，采用专用数据传输通道，比较适合于恶劣环境。缺点是对于同一频点上，同时只能有一个设备发送数据，加上网络覆盖面积小，容量有限，网络后期的运营成本相对很高。对比上述两种方案，由于GPRS无线通讯方式传输率高、信号失真度低、费用低、速度快的优点，非常适合PLC远程通信系统的设计。

3.3 通讯软件设计

系统软件主要用于处理远程接受GPRS和Internet网络传输的各种模拟量和数字量，并将其存入SQL数据库，软件同时管理IP服务器与远程各种命令的执行，接受传输功能，实现双向数据收发管理。

4 系统工作的原理

PLC通过读取寄存器IW0的状态，并通过485总线将各种数据通过串口发送到GPRS通信模块，PLC每定时20s将现场数据发送到DUT，每隔一分钟将其存入到历史数据表中，系统初始化的时候应该配置传输的IP地址、端口，同时设置波特率、数据位、奇偶校验位等信息，数据通过485总线的数据GPRS网络输出到GPRS收发软件，并再将数据交互到WINCC中进行监控和使用。

5 结语

本文设计的系统已在工程得到应用，水泵可以得到远程的控制，上位机接受各个参量的数据的能力非常的稳定，实践证实GPRS数据通信是实现远程监控的有效通信技术。

参考文献

[1] 马树升.GPRS技术在莒县自备水并出水压力流量自动监控系统中的应用研究.2005.

[2] 苏炳秒，黄劲.基于Socket技术的煤矿远程监控系统[J].工矿自动化，2003，（1）.