1、概述
某礦業(yè)有限公司所屬礦井共3個(gè)煤礦，每礦井2個(gè)水倉，目前煤礦井下主排水系統(tǒng)仍采用人工控制，水泵的開停及選擇切換均由人工完成，不具備根據(jù)水位或其它參數(shù)自動(dòng)開停水泵，以及遠(yuǎn)程控制開停水泵等功能。嚴(yán)重影響井下主排水泵房的管理水平、經(jīng)濟(jì)效益以及安全生產(chǎn)等綜合生產(chǎn)水平的提高。國家已經(jīng)將安全生產(chǎn)提到了相當(dāng)重要的高度。尤其是煤炭行業(yè)更不例外。根據(jù)該礦業(yè)有限公司所屬礦井現(xiàn)有情況，我公司利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、通訊、自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，給出如下系統(tǒng)方案，成功實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與智能管理。

2、系統(tǒng)組成
　　整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)由井上監(jiān)控室與井下控制系統(tǒng)兩大部分組成，其中井上監(jiān)控室包括工控機(jī)、通訊模塊、信息顯示屏、聲光報(bào)警部分以及井上手動(dòng)控制面板組成；井下控制包括井下主控制器、執(zhí)行繼電器組、通訊模塊、井下手動(dòng)控制面板、液面?zhèn)鞲衅鳌⑺玫冉M成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示

井上監(jiān)控室與井下控制系統(tǒng)有兩組通信線相連接。一組是通過光電通訊模塊連接工控機(jī)與井下主控制器的光電信號(hào)線，用于傳遞井下檢測信號(hào)以及井上控制設(shè)置信號(hào)等；另一組是連接井上手動(dòng)控制面板與井下執(zhí)行繼電器組的電纜線，用于傳遞井上手動(dòng)控制面板到達(dá)井下的手動(dòng)控制信號(hào)。

2．1 工控機(jī)
系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)選用了研祥工控HX2006-A型工控機(jī)為控制主機(jī)，該機(jī)為模塊化結(jié)構(gòu)，由PLC機(jī)架、CPU、數(shù)字量I/O、模擬量輸入、電源、通訊等模塊構(gòu)成。自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉水位的高低等因素，建立數(shù)學(xué)模型，合理調(diào)度水泵，自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制水泵運(yùn)行；同時(shí)控制信息顯示大屏實(shí)時(shí)顯示水位信息與水泵工作狀態(tài)，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)控制聲光報(bào)警面板；用戶還可通過工控機(jī)上系統(tǒng)軟件使用鼠標(biāo)鍵盤直接控制每一臺(tái)水泵的開啟也停止。
水位信號(hào)是水泵自動(dòng)化一個(gè)非常重要的參數(shù)，同時(shí)水位變化速率也是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。系統(tǒng)通過將實(shí)時(shí)水位與時(shí)間比較，判斷礦井的涌水量，當(dāng)涌水量大于某一數(shù)值時(shí)，同時(shí)開啟兩臺(tái)排水泵，迅速排水，確保生產(chǎn)安全。
液位的歷史記錄及水泵的工作記錄可選擇保存，用于系統(tǒng)分析及相關(guān)報(bào)表的生成。

2．2 井下主控制器
主控制器由主控制模塊、通訊模塊、控制執(zhí)行模塊、檢測模塊四部分組成主控制模塊 有決策模式與非決策模式兩種工作方式，具體工作模式由上位機(jī)對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。決策模式需要上位機(jī)預(yù)設(shè)其工作參數(shù)，此時(shí)主控制模塊可獨(dú)立根據(jù)水倉水位的高低等因素，建調(diào)度水泵，自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制水泵運(yùn)行；非決策模式時(shí)主控制模塊將采集的參數(shù)傳遞給上位機(jī)，并接受上位機(jī)的指令做出水泵的開啟與停止動(dòng)作通訊模塊 見后面“通訊接口"部分控制執(zhí)行模塊 接受主控制模塊的執(zhí)行信號(hào)，該信號(hào)為TTL邏輯電平，控制執(zhí)行模塊首先將該邏輯電平信號(hào)進(jìn)行光電隔離，轉(zhuǎn)化為動(dòng)力控制電平。控制執(zhí)行模塊主要實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電與若電的分離，杜絕電機(jī)啟動(dòng)對(duì)數(shù)字信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的干擾，以提高系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性檢測模塊 完成傳感器信號(hào)放大，A/D轉(zhuǎn)換等，即將檢測到的模擬信號(hào)數(shù)字化，提供給主控制模塊

2．3 檢測傳感器
由兩部分組成，超聲波數(shù)字液位傳感器與水泵狀態(tài)傳感器。
液位傳感器 美國Flowline超聲波液位計(jì)，本安防爆型：LU20-5001-IS

該液位計(jì)為工業(yè)和市政需要非接觸測量場合而設(shè)計(jì)。兩線制14-28VDC供電，采用了技術(shù)和工藝，性能可靠。超聲波液位傳感器的電器部分不必安裝在液體中，*解決一般傳感器的漏水短路，腐蝕， 波浪干擾等普遍的液面檢測問題，LU20-5001-IS具體參數(shù)：

*非接觸、4-20mA輸出
*0.16英尺（5cm）到40英尺（1220cm）內(nèi)準(zhǔn)確可靠測量
*具有全范圍內(nèi)自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能
*Digital Infinity表面映像技術(shù)，可提供*的精確性和準(zhǔn)確性
*NEMA6堅(jiān)固外殼PVDF材料的全塑結(jié)構(gòu)
*超低盲區(qū)0.16英尺（5cm）
*帶有診斷反饋的故障保護(hù)智能
*訊號(hào)束僅有5cm-8cm，可用于狹小空間
*本安防爆
*CE認(rèn)證

水泵狀態(tài)傳感器 每臺(tái)水泵有開關(guān)狀態(tài)與溫度兩種待測狀態(tài)。
開關(guān)狀態(tài) 使用光控門檢測，直接讀取開關(guān)信號(hào)；
溫度傳感器 使用美國DALLAS公司的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20

它的體積小、適用電壓更寬，DS18B20是一片支持“一線總線"接口的溫度傳感器，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念，它的測量溫度范圍為－55～＋125℃，在－10～＋85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃，現(xiàn)場溫度直接以“一線總線"的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量

2．4 自動(dòng)輪換工作
每個(gè)水池的水泵一用一備，為了防止因備用泵及其電氣設(shè)備或備用管路長期不用而使電機(jī)和電氣設(shè)備受潮或其他故障未經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時(shí)，而不能及時(shí)投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)了２臺(tái)泵自動(dòng)輪換工作控制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)自動(dòng)記錄并累計(jì)，并在一定的時(shí)間周期切換，時(shí)間間隔可通過上位機(jī)設(shè)定。當(dāng)某臺(tái)泵故障、系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，上位計(jì)算機(jī)記錄事故，同時(shí)將故障泵自動(dòng)退出運(yùn)行，備用泵投入工作，以達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理，以免影響礦井安全生產(chǎn)的目的。

2．5 通訊接口
　　井上監(jiān)控室與井下控制系統(tǒng)通過通訊采用電纜通訊，信號(hào)經(jīng)過光電隔離處理，本質(zhì)安全，通訊速率高，通訊誤碼率極低，并且通訊具有可擴(kuò)展性。井下控制系統(tǒng)程序修改可在地面計(jì)算機(jī)上直接完成。同時(shí)將水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)可送到生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機(jī)，與全礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動(dòng)化控制信息，實(shí)現(xiàn)井下主排水系統(tǒng)的遙測、遙控，并為礦提供生產(chǎn)決策信息。

2．6 動(dòng)態(tài)顯示
系統(tǒng)信息有兩部分可顯示，控制室計(jì)算機(jī)的CTR顯示器與信息顯示屏。

CTR顯示器可動(dòng)態(tài)顯示水泵運(yùn)行狀態(tài)，水位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進(jìn)行事故報(bào)警。用圖形填充以及趨勢圖、棒狀圖方式和數(shù)字形式準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號(hào)和低段、超低段、高段、超高段水位分段報(bào)警，用不同音響形式提醒工作人員注意。

信息顯示屏
1、顯實(shí)時(shí)示水位；
2、主泵開啟時(shí)對(duì)應(yīng)燈亮起；
3、備用泵開啟時(shí)對(duì)應(yīng)燈亮起；
4、水位超過設(shè)定的高水位時(shí)，對(duì)應(yīng)燈閃爍；
5、水位低于設(shè)定的低水位時(shí)，對(duì)應(yīng)燈閃爍。