摘要:福建煤电股份有限公司为了实现对矿井筛选等作业场所的高压微雾抑尘系统就地和远程控制，更好地发挥抑尘系统的作用，自主研制了一套远程控制系统。该系统包含控制箱和控制软件，控制箱装配网络智能控制器，实现网络通讯功能；控制软件采用CS架构、Modbus-TCP通讯协议、VBSocket编程等技术开发，软硬件相互协作，实现了对抑尘系统就地控制和局域内远程控制的目标。
关键词:抑尘系统;远程控制;物联网;高压微雾
1问题提出
近年来，国家加大了环境治理力度，实行了最严格的环境保护制度。福建煤电股份有限公司积极响应国家号召，加大了矿井地面环境治理力度，在所辖矿井新建了多套高压微雾抑尘系统（以下简称抑尘系统）。该抑尘系统具有投入少、运行费用低、效果好等优点，得到了环保部门的认可。以该公司龙潭煤矿筛选作业的抑尘系统为例，抑尘系统由1台高压水泵、1台5.5kW电机、1个电控箱、1个储水箱、1套净水装置和4路高压管路配若干微雾喷头组成。电机启动后，带动高压水泵将净化后的水加压至2MPa以上，高压水经过高压管路输送高压喷嘴雾化，雾化水颗粒将粉尘吸附，使粉尘受重力作用而沉降，达到抑尘目的。由于采用正压吸水，现系统的电控箱极为简单，仅由2个按钮和1个接触器组成，电控箱控制高压水泵，实现抑尘系统开停。使用中发现，现有的抑尘系统存在以下问题：（1）启动延误。抑尘系统的值班员多为兼职，存在无法按需及时启动系统的现象；（2）缺水损泵。现系统未设水位传感器，存在水泵缺水运转损坏的隐患；（3）同开同关。4路高压管路负责不同区域的抑尘，没有必要同时开停，但现系统不能分路控制，既浪费水又浪费电。为了解决上述问题，研制了本文介绍的这套远程控制系统，硬件上增加了水位浮球开关，水位不足时自动停机，保护水泵；增加了4路高压电磁水阀，对4路高压管路独立控制，软件上利用Modbus-TCP协议通讯，采用VBSocket编程，编写了控制服务和控制客户端程序，实现了在该公司局域内对抑尘系统就地和远程控制的目标。该控制系统的应用，既提升了现抑尘系统的抑尘效果，又节约了水和电。
2系统组成
抑尘系统的远程控制系统主要由控制箱、控制软件两大部分组成。控制箱是控制系统的核心部件，与普通电气控制箱相比较，新控制箱内部增加了网络智能控制器，实现了网络控制功能；控制软件采用CS架构、Modbus-TCP通讯协议、VBSocket编程开发，具体包括了控制服务软件、数据库和控制客户端软件，组成如图1所示。
3模块介绍
3.1网络智能控制器
网络智能控制器是控制箱内的核心部件，负责控制箱的网络通讯、指令执行和状态采集等重要工作。该系统采用的J8048网络智能控制器具有8路开关量信号采集和8路继电器开关量输出功能，内置时钟和定时器，可脱离上位机独立执行定时开关任务。该控制器支持二次开发，用户可通过Modbus-TCP协议通讯，实现输出开关继电器的控制、输入开关量信号的采集功能。
3.2控制服务软件
控制服务软件是网络智能控制器、数据库和控制客户端软件的连接模块，起到上传下达、承上启下的作用，是整个远程控制系统的枢纽，包含数据采集与存储、指令下达和记录、数据查询和推送等功能。采用了多线程技术，使控制服务软件可以轻松驱动多台控制箱、接入多个控制客户端，满足点多面广的大规模控制的需要；将控制服务软件做成了系统服务，使之随计算机一起启动，在后台运行，极大地提高了控制服务软件运行的可靠性。
3.3数据库
数据库是存储系统各种数据的容器，包含了用户表（Users）、控制点信息表（InfoData）和运行记录表(RunRecord)。用户表包含UserID、UserName、UserPassword和UserRight等字段；控制点信息表包含ControlerKey、ControlerName、ControlerIP、ControlerPort、ControlerType、SW1Name、SW2-Name、SW3Name、SW4Name等字段；运行记录表包含ControlerKey、ControlerName、ControlerValue、BeginTime和EndTime。
3.4控制客户端软件
控制客户端软件是用户操作与监控远程控制系统的模块，通过该模块用户可以监视各个抑尘系统的运行状态，操控各个抑尘系统的开停。控制客户端软件除了具备用户操作和监控所需的日常管理功能外，还提供了远程控制系统所有必要基础信息的配置功能，如用户管理、控制箱增删改等。由于控制服务软件没有界面，无法配置基础信息（如数据库连接信息），控制客户端还配备智能跳过身份认证配置基础信息的功能，以实现整个控制系统软件安装配置的简单化。
4工作原理
抑尘系统的控制方式分为2种：就地控制和远程控制。就地控制指的是操作员通过按下控制箱上的按钮，操控管路电磁阀开或关、高压水泵开或停，进而控制对应管路喷头喷雾的控制方式；远程控制指的是操作员通过安装在计算机上的控制客户端软件向控制箱发出指令，控制箱根据指令操控管路电磁阀开或关、高压水泵开或停，进而控制对应管路喷头喷雾的控制方式。
4.1就地控制原理
以操控第1路为例，结合图2电控箱电气原理图，介绍就地控制的工作原理：（1）启动时，按下按钮SB1，继电器KA1线圈得电吸合；（2）松开SB1，因KA1自锁，继电器KA1将继续维持吸合状态；（3）电磁阀YV1因线圈得电开启，第1路管道导通；（4）延时继电器KT线圈得电，延时5s后吸合，接触器KM因线圈得电吸合，高压水泵开始运转；（5）网络智能控制器开关量输入端X5与COM接通，网络控制器向控制服务软件报告输入状态；（6）停止时，按下按钮SB5，继电器KA1因线圈失电断开；（7）电磁阀YV1因线圈失电断开，第1路管道关闭；（8）延时继电器KT在最后一路管路关闭时将因线圈失电断开，接触器KM因线圈失电断开，高压水泵停止运转；（9）网络智能控制器开关量输入端X5与COM断开，网络控制器向控制服务软件报告输入状态。
4.2远程控制原理
同样以操控第1路为例，结合图3控制客户端软件主界面，介绍远程控制的工作原理。（1）启动时，点击启动煤台上部启动按钮，控制客户端软件向控制服务软件发送“Set5:OnM01M01”指令（其中“5”是网络智能控制器第5路继电器、“M01M01”是控制点的ID号），控制服务软件收到指令后，遍历所有控制线程，找到“M01M01”点，下达第5路继电器吸合2s后断开的指令，网络智能控制器KN（Out5）吸合2s后断开，模拟启动按钮SB1按下的动作。后续动作与就地控制一样，这里不再赘述。（2）停止时，点击启动煤台上部停止按钮，控制客户端软件将向控制服务软件发送“Set1:OnM01M01”指令，控制服务软件收到指令后，遍历所有控制线程，找到“M01M01”点，下达第1路继电器吸合2s后断开的指令，网络智能控制器KN（Out1）吸合2s后断开，模拟停止按钮SB5按下的动作。后续动作与就地控制一样，这里不再赘述。
5系统特点
（1）采取在实现本地控制独立控制的基础上，通过增加网络智能控制器模块实现远程控制，实现就地控制与远程控制无差异；（2）4路管道独立控制，既互不干扰，又节约水和电；（3）增加了水位开关传感器，缺水时自动停机，保护水泵；（4）采取先开水阀、延时开水泵的控制方式，降低电磁阀开启阻力，提高电磁阀寿命；（5）采用含漏电保护功能的总开关、让水位传感器工作在弱电下等措施，有效降低了触电安全风险；（6）采用了多线程处理技术开发控制服务软件，防止主进程被拖累卡死，当控制点超过10处时，效果尤其明显；（7）将控制服务软件做成Windows系统服务，后台运行，更加稳定；（8）软件集成了定时功能，支持一次性定时和循环定时；（9）软件定义了管理员、操作员和观察员三种用户权限，全面满足不同层级用户需要；（10）提供历史开停记录查询功能。
6结语
远程控制系统已正常上线运行，各项功能正常，控制效果符合要求。接下来，该公司将在水位指示、智能联动、效果监测等方面做进一步改进及完善，比如增加针对10μm以下肉眼看不见的粉尘抑制效果的实时监测，保护作业人员健康。还将进一步推广应用该远程控制系统，由地面应用向煤矿井下应用推进，推动煤矿井下作业环境向好向善发展。
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作者：俞新芳 周文裕 吴佳伟 单位：福建煤电股份有限公司