基于组态王的煤矿巷道积水监控系统

张宏飞， 张宏涛

（1.山西省煤炭运销集团七一煤业有限公司，山西 晋城 048000；2.太原理工大学，山西 太原 030024）

引言

煤矿井下地质条件复杂，尤其是矿井巷道水的治理一直是一个困扰安全生产的技术难题，具有分布分散、情况各异、变化复杂的特点。巷道内的局部移动式排水设备布置地点分散、人员巡检不足，启动和停止都需巡检人员操作等，因此，造成了设备故障，并影响了生产。目前完全依靠人工监测与手动控制，依赖于工人的责任心，无法及时准确了解各积水点的水位值及水位的变化情况，并且无预警装置，这样对井下安全生产构成了潜在威胁。因此，迫切需要开发一套巷道积水监控系统。

组态软件，是指专门用于一些数据采集与过程控制的软件，又称组态监控软件。它们帮助用户快捷地构建具有工业上自动控制系统监控功能的、比较通用的软件工具，而且组态方式非常灵活，可以处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境。组态软件在很多领域被广泛地应用，可以方便地进行数据采集与监视控制以及过程控制。

组态王KingView 6.55是北京亚控科技发展有限公司开发的一种通用工业监控软件，它集过程控制、现场操作及资源管理于一体，给企业提供一种检测、解析并管理整个生产的方法，使企业能够及时有效地了解情况，进行分析，最终获得一个最优的选择。组态王全中文编译环境，采用C＋＋语言编译，核心为组件结构，框架简单、结构层次清晰，方便用户定制开发［1－2］。

组态王具有适应性强、开放性好、扩展力强、开发周期短等优点。通常这样的系统可以划分为三个层次结构，即控制层、监控层、管理层。监控层介于控制层和管理层之间并连接上下两层，在自动控制系统中具有上下层间通信、组态开发的重要作用，而且对现场进行实时的监测与控制。画面、数据、动画这三个方面要着重关注。按照现场状况对监控系统的要求，采用组态王设计监控系统。为了方便试验者对现场实时监控，组态软件为试验者提供了可视化监控画面。由于Windows图形编辑功能的使用，方便地构成了具有报警窗口、实时趋势曲线的监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，可便利地生成各种报表［3－4］。

1 总体技术方案

本研究提出10套分站监控单元、1套主站监控单元外加1台上位机的方案，综合考虑监控单元测点增加及排水监测的需求，并考虑未来发展的需要，1套主站汇总数据，9套监控单元安装在水仓附近进行监控，1套备用，上位机安装在监控中心。对水仓监测可通过水位与排水泵状态监测，通过设置水位的上下限，控制排水泵工作，并根据水位变化情况、水泵状态校验水泵是否工作正常，并能发出超限报警，在任意一台分站监控单元上都可以查询到其他水仓的水位及水泵状态等现场数据。主站监控单元可查询所有水仓监控分站单元的数据，并可进行远程控制。应用最新组态软件技术，实现实时数据显示及记录，并包括历史信息查询。水仓水位远程测控及保护系统现场及远程均可实现自动控制，水泵控制方式可进行手动、自动运行状态任意设置，可靠性大大提高。采用组态监控操作，显示屏显示内容全面、及时，包括时间、水位、水泵状态等，方便随时了解系统运行工况。总体监测技术方案如图1所示。

图1 总体技术方案

实时数据监控中心和主站单元通过网络对水泵进行启停控制，采用可编程的人机操作显示器代替了传统的按钮开关，使整个控制系统运行更为可靠。可对所有采集的数据进行归类，数据库记录监控中心可以根据需要随时查询各设备的运行状态和报警信息。由于巷道中不断渗出地下水，需要设计水仓储存这些地下水，防止巷道中积水过多。排水工程是当水仓水位达到一定值时，要通过排水泵将水仓中的积水排到另一水仓中，防止水仓水溢出，巷道中多个水仓依次蓄水、排水，直到将水排出巷道。

水仓测量参数是水仓液位、排水泵状态。水仓液位精确到厘米（公分）级，能精确控制水泵的运行状态。根据水位信息可自动起停排水装置，进行优化配置，实现无人化值守，降低工人劳动强度，当水位超限时，声光报警器发出报警信号，提示水位超限。

2 组态程序设计

系统设计了管理部门和普通员工两个用户角色，其中管理部门下设系统管理员、机电部、信息部三个用户，普通员工下设操作员1、操作员2两个用户。登录用户点击“用户角色”和“用户名”下拉列表框，选择用户角色和用户名，点击“用户密码”编辑框，输入用户密码。单击“登录”按钮，密码匹配成功后进入巷道水监控系统。登录系统如表1所示。

表1 登陆系统

总体页面描述了巷道水监测控制系统的技术方案，监控分站采集水位值信息和水泵的开停状态，并根据设置的报警限值发出声光报警。本安电源为监控分站和传感器提供不间断的工作电压，并接受监控分站输出的开关量信号控制水泵的启停。PLC主站通过485总线方式与监控分站通信，采集分站数据并通过总线的方式向分站下达指令。PLC通过连接以太网模块CP243－1，通过以太网将主站信息传输到地面监控中心上位机，上位机连接TCP协议与主站PLC建立连接。

巷道水监控系统总览画面可以完成对所有监控分站的水位的现场数据的动态显示和远程报警，实时显示各分站水泵的工作状态，同时还配置了丰富的报警指示灯用以显示各装置的工作安全状态，包括各分站水位、开停传感器的断线报警和水泵的启动故障报警以及各分站和主站之间的通讯报警等，并且提供了丰富的菜单操作，可以方便地切换到其他数据查询画面或者各分站监控画面。页面中部由左向右依次为各分站入口按钮和通讯状态显示、水泵A区数据显示、水泵B区数据显示以及状态说明。点击分站入口按钮，可进入分站监控画面。通讯状态指示灯显示了分站和主站之间的通讯状态。每个分站分为水泵A区和水泵B区两个区域，分别包括各自的水位值、水泵启停状态、开停传感器连接状态和水位传感器连接状态。状态说明区用于指示各种指示灯、水泵、水位值的不同形态表示的不同含义。组态王提供了丰富的报表函数，通过组态王报表向导工具，以组态王的历史库为数据源，快速建立所需的报表格式，实现各种运算、数据转换、统计分析和报表打印，提供工作人员对巷道水数据记录。通过和WEB发布服务器保持高效的数据同步，可以保证IE客户端获得与组态王运行系统相同的监控画面，通过Internet客户能够在任何地方获得与在WEB服务器上一样的画面和各种数据、报表等，以及相同的控制功能。

工程完成后，工程人员紧接着需要进行WEB发布，必须经过以下步骤才能完成。要实现 Web功能，作为WEB发布站的计算机应该绑定TCP／IP协议。

安装并配置以太网卡和TCP／IP协议，然后在PLC的有段连接上以太网模块CP243－1，并用PPI通讯电缆连接上PLC与PC机，打开STEP7－Micro WIN V4.0软件，将 PG／PC 接口设置为PC／PPI cable（PPI）。在组态王设备中选择西门子S7－200PLC中的TCP协议，给安装的设备指定唯一的逻辑名称，之后输入安装设备PLC的IP地址，最后在IP地址后面加‘：0’。此IP地址与以太网模块CP243－1指定的IP地址相同，设置完毕后组态王会通过以太网寻找设备PLC，实际上就是通过IP地址获取PLC设备的数据信息。组态王与S7－200PLC的以太网通信设计完毕，为系统的Web发布设计提供了基础。

3 结语

井上集控中心主要由上位机及组态软件（Kingview 6.53）组成，上位机通过组态软件接口连接井下监测系统接收井下采集的水情参数，工作人员通过组态软件监测到井下积水水位、排水管道流量、排水管道压力、排水泵运行状态等运行数据，并能通过上位机对井下排水设备进行启停控制，同时，井上监控中心不仅能对异常站点的异常状态进行报警，也可定位故障点，方便工作人员及时进行维修，保证井下生产安全。

安装此系统后，值班人员在井上调度中心即可看到被监控水仓的实时参数，包括水仓水位、水泵状态等，通过这些参数的联合判断，可识别排水泵是否故障；同时可在井上手动开启或停止任意一台受控水泵，方便水泵的检修与维护；针对不同巷道的涌水渗水情况，可在井上上位机、井下主站、井下分站设计不同的水位上下限，防止水泵频繁启停和过多报警，设备的纵向和横向联网使得井上井下信息能够实现共享，实现无人值守，大大提高了工作效率。

［1］ 韩祥波，刘战丽，刁培松.基于组态软件的供水监控系统［J］.自动化仪表，2003，24（11）：58－59.

［2］ 耿乙文，伍小杰.基于ODBC技术实现iFIX组态软件与关系数据库Access的通信［J］.工矿自动化，2006（4）：30－32.

［3］ 孙明革，朱喜林.基于组态王软件下的SQL数据库技术［J］.微计算机信息，2006，22（3）：109－111.

［4］ 黄丽娟，鞠儒生，黄健，等.基于 Web的作战仿真实时评估方法及其实现［J］.计算机仿真，2010，27（5）：120－123.