摘要:传统模式下矿井防水门在关闭和打开时采用的本地手动方式，本文将研究远程控制技术，实现在紧急情况下的远程快速操作的解决办法。

　　关键词：防水门；远程控制；PLC；巡检应用

　　传统模式的防水门操作需要在本地进行手工操作，当需要检查防水门的运行状况和在突发涌水的紧急情况下，需要浪费很长的时间进行联络和操作，随着智能化、信息化技术的发展，对矿井防水门巡检和操作提出了新的更高的要求。

　　1概述

　　井下防水门是地下矿山重要的防排水设备设施，主要安装在通往井底车场的关键通道上，当有突发涌水时，起到安全保护作用，中关铁矿在-110水平、-170水平、-230水平、-245水平、-260等5个水平均安装液压防水门系统，但是只能本地进行操作关闭，实时响应性较差。对现有系统进行分析研究，进行升级改造，增加电气回路部分和现有电气系统兼容，同时利用现有网络，打通通讯路由，实现监控功能。使用西门子300系列CPU和ET200分站，增加PLC系统IO分站，采集设备状态信息，同时发出操作指令。上位机画面选用WCC编程，确保人机界面友好，实现实时状态显示，以及历史显示、趋势显示、故障状态显示等功能，从而在地表实现远程集中操控，远程监控，方便设备操作。改变了传统的操作和维护模式，当有涌水危险时，大大缩短防水门响应时间，提高井下人员和设备的安全系数，从而实现矿山本质安全。

　　2远程系统硬件方案

　　2.1防水门简介

　　井下各水平选用的是ML型全自动防水闸门，ML型防水门是根据在煤矿安全规程里面关于防水门设置的描述，规程描述，在“水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井,必须在井底车场周围设置防水闸门。同时规程里面还有描述，除了有淹没危险矿井外，在其他有突水危险的地区，只有在其附近设置防水闸门后，方可掘进的要求。防止矿山巷道水患而研制的一种隔水安全设备。它具有结构简单，耐高压，重量轻，开关方便灵活等优点，具有自动、手动功能及断电状态下的关门功能，其主要由ML型薄壳闸门，自移式卡轨，液压站及控制设备等组成，选用的是ML型防水闸门，规格是2000×2320，以及与之相配套的压力等级。

　　防水门特点如下：门扇强度大，筋板的拱脚牢固地与圈梁组焊，增强了筋板的稳定性和壳板的耐压性，同时减轻了门的重量；门扇壳板采用整体模压工艺，提高了壳板面的精度和抗压能力；门扇焊接完成后，采取整体退火，控制了门扇的焊接变形，从而保证了门扇与门框吻合面的平整度；门框采用滚珠轴承启，闭灵活；门框为纵向可拆式对称件，便于井下运输安装；密封方式采用方截面橡胶条密封；卡轨液压驱动，自动拆装，轨道对接方便；液压控制，运行平稳，无冲击，具有自动卸荷及断电状态下复位功能。

　　2.2控制系统硬件

　　通过对井下防水门系统进行升级改造，增加电气回路部分和现有电气系统兼容，同时利用现有网络，打通通讯路由，实现监控功能。使用西门子300系列CPU和ET200分站，完成设备状态信息采集和操作功能。监控部分使用Wcc软件，实现实时状态显示以及历史显示、趋势显示、故障状态显示等功能。改变了传统的操作和维护模式，当有涌水危险时，大大缩短防水门响应时间，提高井下人员和设备的安全系数，从而实现矿山本质安全。

　　2.2.1防水门远程控制系统设计原则

　　系统可靠性，防水门属于关键的防排水的设备设施，系统地可靠性非常关键，在设计过程中，需要考虑到电气系统和液压系统出现故障的的可能性，同时采取冗余设计和故障保护以及后备措施等，相应的方案来提高系统的可靠性。

　　系统的可维护性是设计的重要原则。在编程设计过程中，需要考虑到系统的可维护性问题，采取相应的用模块化设计、标准化接口措施来方便系统的维护和保养。

　　系统可扩展性原则，PLC控制系统的可扩展性是设计的重要原则。在设计过程中，需要考虑到系统的可扩展性问题，后期考虑对防水门系统功能进行增加和升级。所以网络选用采用分布式ET200系统控制、采用以太网的网络化控制等措施方便系统的改造和升级。

　　2.2.2防水门远程控制系统硬件实现

　　控制系统硬件选用西门子S7-300系列的CPU，主要原因是各个水平防水门控制系统IO点数大约300点，300系列PLC控制器能够满足中小规模的控制系统要求,并且各种功能的模块能够适应和完成控制任务目标，同时能够使用实用简单的现场总线结构和具有良好的网络能力，PLC，CPU等构成的逻辑控制系统，在PLC-IO端子上需要接入对应的控制线路，不需要减少接线，当控制系统功能需要改变时，只需要在编程器软件上修改就可以，需要程序处于在线状态下或离线状态下均能进行修改，相应的程序，非常便利，修改完成后就能够实现目标的相应的控制功能，同时PLC的内部有现成大量的的已经编制完成的功能逻辑块，能够进行相应的数据以及逻辑的处理、还有PID调节功能块和数据相互通信的功能块，如果逻辑功能块不够时候，还应该增加一些扩展功能单元，这些相应的功能单元，功能非常强大，能够实现非常复杂的控制功能，因此PLC控制系统具有扩展性强和灵活性强等特点。PLC逻辑控制系统的延时功能是通过时间感应元件来完成的，在系统内部，不受外界湿度和环境温度的影响，如果需要改变逻辑控制的延时，只需要对时间控制器调整相应的参数即可，因此系统的定时精度非常高。CPU控制器放置在地面有稳定UPS电源的控制室，有利于系统稳定运行。各个水平防水门的IO分站选用ET200系列。ET200拥有高效的数据处理能力和稳定的通信性能，此外，ET200还具备扩展性强、可靠性高、安全性好等优点，能够满足防水门控制的需求。

　　现有网络是千兆工业环网光纤传输系统。是一个冗余工业千兆主干环形网，该环网与设在地表的调度指挥中心内的两台核心交换机连接连接。其光缆分别从不同的井筒进入井下区域，使其在物理上和逻辑上均形成环形结构，保证当其中任何一条光缆发生故障时，另一条光缆的容量能够担负井下子环网与核心交换机的全部数据传输。系统自愈时间小于55毫秒，并且能够能及时报出故障所在地点。千兆环网具备冗余功能，主干网络节点提供多种形式的接口方式，能够方便井上下的工业网络的扩展与升级，同时方便接入地面与井下各个子系统。各监控点将就近接入环网接入装置。环网交换机与核心交换机均采用千兆口连接，系统预留20%的接口，以满足未来地面与井下自动化子系统的接入要求。网络系统方面在各水平防水门附近需要增加摄像头，通过监控系统能够看看现场的实时变化，同时现成分布式IO通过网络相互连接，接收现场数据和下达控制指令等，借助现有的网络系统，优化现有的线路路由，充分利用现场附近基站，运用监控系统、控制系统、通信系统三网合一技术，实现监控技术、控制数据、通信数据在统一平台运行。

　　现场安装电机保护器以及多个到位开关，PLC编程软件选用Step7,监控软件选用Wcc，现场驱动液压站运行，实现采集就地和远程指令，以及卡规、架线、防水门等设备的启停和到位信号，故障信号等各种信息，完成记录各种信息，通过电气设备的顺序控制，最终实现防水门系统的稳定运行。

　　3防水门远程控制系统软件功能

　　防水门画面需要开发大屏展示画面。开发系统应能支持大画面的相关设计，大画面的相关设计超过32000*32000的分辨率。在使用开发系统开发环境时候，能够在画面中进行无极缩放，能够无限的放大或缩小空间，并且在放大或者缩小过程中相关比例能够不失真，极大的方便了工程开发人员的画面开发组态。

　　软件有标准的画图工具和特殊的画图图库，能够方便的利用画图工具进行相关的画画，并且将动画连接起来。软件使用如弯头，电机，轴承等图例方便编程，方便的提供能够使工程开发更加的快捷的资源图例。同时开发软件还支持现有特殊图例的重新的修改编辑等，支持用户使用自己开发的一些定制图例。项目树的开发理念，普遍采用，再程序结构上非常灵活，组织程序也非常灵活。开发过程中，画面的组组态支持多个工程，同时也可以相互之间进行切换工作，还支持数据的导入，导出的功能。多个工程相互之间还能实现资源的共享。

　　在不同的应用场景，所编制的项目工程能实现多个语言环境的转换。相应的生成的工程项目文件，还能够进行登录，实现密码保护。工程具有系统备份的功能。应用系统软件环境中使用了数据模型的概念。通过数据模型的创建，能够实现逻辑的计算过程处理。

　　数据模型的快速编制具有逻辑上程序的图形对象。能够实现将模型修改过的属性，同时该属性具备了实际对象的转化的相关功能。

　　在程序中可以使用大量的脚本的语言，相应的开发软件也会支持全中文显示得的脚本相应的进行开发。内置编程语言首先选用了C语言和VB等基础语言，脚本有提示和帮助的功能，还能够快速的对并且便利的进行注释等操作。使相关的客户提供了特别便利的软件的开发。软件系统还具有自定义的事件和逻辑运算。

　　系统非常方便了使用用户的多次开发，同时软件系统还支持对定义的变量的快速查询，同时能够变量的大批量生成、修改、合并、导入、导出等功能软件系统能够快速完成。软件系统还能够对系统工程中程序出现的错误，根据错误的信息快速的查找到故障所在位置，快速进行修改。

　　运行态要求，大屏相关的展示画面，运行态的系统的大画面的设计，大画面的分辨率超过32000×32000。画面应该支持真彩色显示图形格式，系统支持透明色和过滤色。画面实现了集成，程序系统对于设备、历史数据和报警数据实时数据、可以在同一和多个画面上能够显示。当软件系统发生故障时应能快速的定位故障，同时运行系统画面的缩放，能够最大程度的保证系统比例不会失真。

　　历史趋势曲线，趋势曲线实现了任意自由放大或缩小时间轴，历史趋势曲线时间单位精度非常高，支持毫秒级别。趋势曲最多支持60条以上的曲线并且能够使用纵轴进行多曲线的演示，同时趋势曲线还能够有定制化功能，定制化的功能能够定制趋势曲线外观和显示等方面都不同，还能够设置不同的相关纵轴。

　　软件系统的报警功能能够对实时的实现报警、同时历史的报警能够定期查询，还能够实现数据的显示、存储、查询等相关的操作。报警显示窗口应支持多种模式，通过设置报警信息的相关条件。

　　系统的查询窗口能够查询数据库中的各种的报警动作，报警动作主要在报警库中进行存储。同时程序还能够使用各种条件进行相关的查询，报警信息的相关查询，可以按照相关的条件进行查询，如按照时间查询、按照记录类型的查询、按照类型查询等等。报表系统有独立的报表开发的功能，报表系统能够有个各种各样的报表，如各类日、月、年的报表类型等。使用的人员还能够通过浏览器在远程浏览查看所有的数据。包括历史数据记录等，软件系统还能够复杂的特殊格式的相关报表。

　　软件系统应没有使用关系数据库存储历史数据，而是使用了历史数据库，历史数据库具性能更加的稳定和轻打。对数据进行压缩存储，存储空间相对较少，能够节省大量的空间，同时还有容错功能，能够在系统异常时候，不会丢失历史数据。使用用户还可能够对配登录的数量进行选择相应数量，最大限度地保证了用户在操作访问的安全性。系统管理员还能对其它用户进行操作，例如可以强制退出其他的用户，确保管理员的相关权限，保证系统的安全性。

　　软件系统是分布式的架构，应支持分布式的数据库和分布式报表报警等一些系统，使各个功能具有开放性的外部接口，同时可以网络上不同的节点上进行相关分配。系统具备访问历史数据和报警、事件，支持访问权限。系统架构是CS模式，同时现场的操作人员在操作项目的过程中，能够实现数据的快速开发和对自己网页的定制。

　　操作功能，-110水平、-170水平、-230水平和-260防水门由于没有轨道和架线，工艺操作相对简单，操作过程必须是在远程状态下，液压站没有在急停状态下才允许远程相应操作。防水门远程关闭流程为：远程控制模式→液压站无急停→液压站运行→防水门左门关闭→防水门右门关闭。防水门远程打开流程为：远程控制模式→液压站无急停→液压站运行→防水门右门打开→防水门右门关闭。-245水平的防水门由于有架线和卡规，操作相对复杂，操作过程必须是在远程状态下，液压站没有在急停状态下才允许远程相应操作。防水门远程关闭流程为：远程控制模式→液压站无急停→液压站运行→卡轨定位打开→架线分开→卡轨升高→防水门关闭。防水门远程打开流程为：远程控制模式→液压站无急停-液压站运行-卡轨定位开→架线分开→轨道升高→防水门关闭。

　　报警及趋势功能。各水平的防水门在运行过程中，当电机过载时需要有相应报警，对液压站电机进行保护，防水门在运行过程中，超过了相应限制，需要过位保护，对电机和防水门等相关设备启动保护作用。防水门每次运行都有相应的趋势记录，记录各水平设备运行时相应状态，有利于检查设备运行状态，并对设备的状况进行预测。

　　4结论

　　矿井各个水平防水门结合监控系统和通讯系统，使用PLC编程，实现远程控制，实现了远程操作，提高了在突发情况下的快速响应能力，提高了防水门关闭效率，提升了人员和设备的安全系数，是矿井防水门系统发展的方向。