矿井主排水监测监控系统的开发与应用

摘要

本课题来源于晋城煤业集团科技申报项目“矿井主排水自动化监控系统的开发”(No.20100819-2)，是针对当前我国矿井主排水自动化系统控制技术落后、故障率高、可靠性差等问题而提出的。
　　井下排水系统是煤矿四大生产系统之一，担负着井下涌水排除的重要任务，其能否正常运行直接影响着整个矿井的安全生产。目前，国内多数矿井仍采用继电器控制方式，该方式以人工手动控制为主，因而水位检测精度不高，操作随意性大，无法实现涌水量的实时监测和排水过程的科学调度。另外，国内少数煤矿已采用了自动化排水装置，但其故障率高、可靠性差、控制功能不健全，不能满足无人值守自动化排水要求。因此，研发功能齐全、可靠性高的煤矿无人值守自动化排水系统对实现煤矿生产自动化具有重要的现实意义。
　　本文对寺河矿原有主排水系统进行了详细调研，深入理解并分析其工作原理，查阅国内外相关资料和文献，结合任务书要求，确定了矿井主排水监测监控系统的总体方案，采用上位机结合下位机的二级控制网络结构，上位机置于地面调度室，下位机置于在井下泵房，两者有机结合，共同完成自动化排水任务。
　　根据系统控制结构，设计了矿井主排水监测监控系统的硬件电路，主要包括信号采集层、电控箱、操作台及通讯网络等，并配置了地面监控中心的硬件结构。经实验室测试和现场调试，验证了硬件方案的合理性和有效性。
　　根据系统的设计要求，结合硬件电路特点，设计了主排水监测监控系统的应用软件，应用软件分为下位机软件和上位机软件两部分。下位机软件以PLC程序和人机界面程序为核心，具有数据采集、实时监测与控制、人机信息交互、故障报警等功能。上位机软件基于6.55版组态王软件平台和Microsoft Office Access数据库进行开发，可实现对井下上传的运行数据、操作记录、故障报警等信息的存储、统计和分析，并具有远程控制井下设备的功能。
　　在实验室搭建了系统试验平台，对排水监测监控系统各单元进行了硬件、软件调试以及系统整体调试，最后在晋煤集团寺河矿东井区+350中央泵房进行了现场工业应用。系统运行结果表明:系统整体结构合理，硬件电路精度高、抗干扰性强;下位机软件设计合理、扩展方便、运行快速可靠、控制功能完善;上位机软件人机交互性良好、画面简洁、内容丰富、功能齐全、监测数据实时准确;整个系统运行稳定，各项指标均达到了设计的要求，能够满足现代煤矿井下排水需求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 国外研究动态

1．2．2 国内的研究现状

1．3 本文的研究目标及主要研究内容

第二章 矿井主排水监测监控系统整体方案

2．1 系统研究对象

2．2 主排水系统工作原理

2．2．1 单台机组的组成

2．2．2 操作流程

2．3 系统设计要求

2．4 系统总体方案

2．4．1 系统总体结构

2．4．2 系统管路改造方案

2．4．3 系统硬件设计原理

2．4．4 系统功能

2．5 本章小结

第三章 矿井主排水监测监控系统硬件设计

3．1 信号采集层硬件设计

3．1．1 信号采集层的总体结构

3．1．2 模拟量监测点的确定

3．1．3 模拟量传感器的选型

3．2 电控箱的硬件设计

3．2．1 PLC模块的选型

3．2．2 内部供电电源的选型

3．2．4 电控箱结构设计

3．2．5 控制柜内部布局

3．3 操作台的硬件设计

3．3．1 操作台结构设计

3．3．2 操作台操作面板设计

3．4 地面监控中心硬件配置

3．5 通讯网络的硬件设计

3．5．1 就地通讯网络硬件设计

3．5．2 远程通讯网络硬件设计

3．6 本章小结

第四章 矿井主排水监测监控系统下位机软件开发

4．1 PLC程序开发

4．1．1 编程平台介绍

4．1．2 主程序设计

4．1．3 模拟量处理程序

4．1．4 排水作业程序

4．1．5 故障保护程序

4．1．6 报警程序

4．1．7 通讯程序

4．2 下位机人机界面程序开发

4．2．1 编译平台介绍

4．2．2 人机界面的功能与界面

4．3 本章小结

第五章 地面监控中心软件设计

5．1 组态软件平台的选型

5．2 软件总体功能框架

5．3 通讯方案

5．4 数据库的开发

5．5 监控程序开发

5．5．1 实时监控

5．5．2 报警功能

5．5．3 报表信息

5．5．4 历史曲线

5．5．5 信息共享

5．6 本章小结

第六章 系统实验室调试与工业应用

6．1 传感器检测

6．1．1 液位传感器精度测试

6．1．2 液位传感器稳定性测试

6．2 系统实验室整体调试

6．2．1 通讯测试

6．2．2 程序测试

6．3 工业应用

6．3．1 传感器的安装

6．3．2 阀门的改造及阀门控制箱选型

6．3．3 井下设备布局及布线

6．3．4 地面监控中心安装与调试

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 研究结论

7．2 工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的研究成果