无线控制技术在煤矿水源井中的应用

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【摘 要】介绍无线控制技术在国投新集杨村煤矿供水站及水源井控统中的应用，对自动化控制技术和无线通讯技术如何在煤矿生产系统中有效的结合应用进行了分析和研究。

【关键词】自动化；集控；水源井；无线通讯

引言

杨村矿给水站位于矿井工业场地内，其供水系统由3台生活加压泵组成，功率为22kW，2用1备，并留1台备用位置。水源井系统共设四座水源井，分布在离矿区3公里范围内。供水站和水源井的控制均采用集控，每个水源井和供水站均设一现场控制站，水源井与集中控制室的通讯采用无线连接方式；集中控制室即操作站设在供水站，操作站设有2台工业控制主机，操作站对各个现场控制站送来的数据进行分析、处理、控制和管理。

1设计目标和功能：

杨村煤矿供水系统设供水站一座，工广外分散布置4个水源井，自动化供水系统的设计目标是：①实现供水站集控室对1#-4#水源井泵站的集中监控。②实现供水站集控室对1#-4#水源井泵站的远程操作。③实现供水站集控室对站内给水泵及附属设备的状态监控及远程操作。④系统留有通讯接口，方便后期与矿井综合自动化控制系统通过高速以太网实时地将水源井及供水站各设备运行的状况和有关参数传送至矿调度中心。

为满足矿井自动化建设的要求，供水站及水源井控制系统具备以下功能：

（1）采集和显示供水站和水源井运行工艺参数、电气参数、电气设备运行的状况。

（2）按预先编制的控制程序，对各给水泵和水源井正常切换和故障切换进行控制和操作指导，并根据其运行时间进行轮值切换。其次，根据水池的水位，向控制中心发出开、停水源井深井泵的控制指令。

（3）当某一种类给水泵发生故障时，在条件许可的情况下，该类备用水泵自动启动。

（4）具有水源井深井泵故障报警以及动水位、压力过低和空管报警指示等。

（5）远程通讯，远程显示及控制和自动建立数据库。

2系统结构

本控制系统采用由PLC组成的二级分布式计算机集散式控制系统，对供水站和水源井运行的过程进行检测、显示、控制、保护、报警、记录和管理。每个水源井设一套水源井现场控制站LCU，在供水站集控室内设一泵房控制站和2台操作站――SCADA控制中心，水源井与SCADA控制中心通过无线传输的方式，实现数据的连接和远控。其网络结构如图1所示。

3 系统软硬件平台及控制方式

3.1 自动化系统设备选型

（1）PLC：供水站选用西门子S7-300系列；水源井现场控制站LCU选用西门子S7-200系列。

（2）集控室后台：工业控制主机两台，互为热备。

（3）深井水位：选用选用上海物位仪表厂的UC型，安装于1#-4#水源井井内。

（4）水池水位：选用北京古大GDSL551型超声波液位计，安装于供水站水池内。

（5）超声波流量计：选用深圳建恒DT1188型，安装于水源井及供水站出水母管上。

（6）压力变送器：选用美国麦克MPM型，安装于水源井及供水站出水母管。

（7）无线接收发射装置：美国MDS2710A型数传电台，主站设在供水站，采用全向天线，从站分布安装在4个水源井上，采用定向天线。

3.2 控制水平和方式

供水站和水源井的所有电气设备均采用自动控制、手动控制两种工作方式和就地、远程两种控制方式。自动控制由PLC检测水位、压力及有关信号按照预先编制的控制程序进行自动控制，并可在供水站集中控制室通过鼠标或键盘进行远方控制；手动控制（PLC故障时，系统手动操作）由设在就地按钮箱上的按钮进行操作。其优先级为：手动控制自动控制远控。系统检测、控制信号电平为：（1）模拟信号，4～20mADC电流信号。（2）状态及报警指示的数字信号：0～24VDC电压信号。（3）控制的数字信号：220VAC。（4）PLC输出信号设继电器隔离。

4 无线通讯组网方式

4.1 利用电台组成无线传输网络

杨村矿井根据实际需要选用频率范围在220-240MHZ的MDS2710型数据电台。电台采用带根双二进制过滤的连续相位频率键控（CPFSK）调制，解调采用Virterbi解码器和均衡软判断解码，利用数字信号处理（DSP），从而可以保证在-30到+60摄氏度的环境温度下保持连续性和可持续性的工作。图2为MDS无线电台点对多点传输示意图。

杨村矿无线数据传输采用主站与从站模式，供水站设MDS中央主站，在四个相对分散且距离较远的水源井泵房设置远程终端单元RTU分站，电台运行对于上位机设备是透明的，用无线数据取代电缆与中央系统连接，从而节省施工及维护成本。

4.2调试和试验

煤矿生产安全第一，对设备的稳定性、可靠性要求都要高于其他行业，为了验证此无线方案的可行性，选择杨村煤矿1#水源井进行了调试。将主站电台和从站电台频率都设在223MHZ情况下，电台信号调试过程中信号不稳，由于水源井泵房与供水站之间有村庄及高大树木，将天线增高到15米后，误码率小于10-6，信号强度-72dBm，信噪比23Db，信号正常。经过一系列试验，得出如下结论：

（1）采用电台进行无线数据传输，可以很好的兼容矿井本地自动化系统，连接两个相对较远的站点，使矿井自动化信息传递又多了一种选择。

（2）经分析确认，数据无线传输电台其定向传输的特性，遇到阻挡物信号穿透力不够，在有阻挡地区使用将受局限。

（3）在空旷地区，或天线架设足够高的情况下，采用无线电台通讯在稳定性、安全性、可靠性、实时性都能满足矿井自动化建设要求。

（4）无线通讯摆脱了远距离通讯线缆的束缚，易于安装和后期维护，但造价较高。

5结语

杨村煤矿供水站及水源井无线控制系统在经过调研、施工、试验和调试后，已投入使用，其技术性能完全达到设计目标的要求。该系统的投用，实现了水源井的无人值守，实现供水系统在供水站集中监控，统一调度。极大节约了人力及物力成本，无线遥控技术的运用也使矿井自动化建设上了一个新的台阶。

参考文献：

[1]曲立国，黄友锐，唐超礼，等.基于无线网络的煤矿水源井群监控系统设计[J].工矿自动化， 2012（10）.