|
1、概述
某矿业有限公司所属矿井共3个煤矿，每矿井2个水仓，目前煤矿井下主排水系统仍采用人工控制，水泵的开停及选择切换均由人工完成，不具备根据水位或其它参数自动开停水泵，以及远程控制开停水泵等功能。严重影响井下主排水泵房的管理水平、经济效益以及安全生产等综合生产水平的提高。国家已经将安全生产提到了相当重要的高度。尤其是煤炭行业更不例外。根据该矿业有限公司所属矿井现有情况，我公司利用现代计算机、通讯、自动控制技术相结合，给出如下系统方案，成功实现自动控制与智能管理。
2、系统组成
整个自动控制系统由井上监控室与井下控制系统两大部分组成，其中井上监控室包括工控机、通讯模块、信息显示屏、声光报警部分以及井上手动控制面板组成；井下控制包括井下主控制器、执行继电器组、通讯模块、井下手动控制面板、液面传感器、水泵等组成。系统结构如下图所示
井上监控室与井下控制系统有两组通信线相连接。一组是通过光电通讯模块连接工控机与井下主控制器的光电信号线，用于传递井下检测信号以及井上控制设置信号等；另一组是连接井上手动控制面板与井下执行继电器组的电缆线，用于传递井上手动控制面板到达井下的手动控制信号。
2．1 工控机
系统控制设计选用了研祥工控HX2006-A型工控机为控制主机，该机为模块化结构，由PLC机架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。自动化控制系统根据水仓水位的高低等因素，建立数学模型，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制水泵运行；同时控制信息显示大屏实时显示水位信息与水泵工作状态，产生声光报警信号控制声光报警面板；用户还可通过工控机上系统软件使用鼠标键盘直接控制每一台水泵的开启也停止。
水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，同时水位变化速率也是一个关键参数。系统通过将实时水位与时间比较，判断矿井的涌水量，当涌水量大于某一数值时，同时开启两台排水泵，迅速排水，确保生产安全。
液位的历史记录及水泵的工作记录可选择保存，用于系统分析及相关报表的生成。
2．2 井下主控制器
主控制器由主控制模块、通讯模块、控制执行模块、检测模块四部分组成主控制模块 有决策模式与非决策模式两种工作方式，具体工作模式由上位机对其进行设置。决策模式需要上位机预设其工作参数，此时主控制模块可独立根据水仓水位的高低等因素，建调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制水泵运行；非决策模式时主控制模块将采集的参数传递给上位机，并接受上位机的指令做出水泵的开启与停止动作通讯模块 见后面“通讯接口”部分控制执行模块 接受主控制模块的执行信号，该信号为TTL逻辑电平，控制执行模块首先将该逻辑电平信号进行光电隔离，转化为动力控制电平。控制执行模块主要实现强电与若电的分离，杜绝电机启动对数字信号网络的干扰，以提高系统的整体稳定性检测模块 完成传感器信号放大，A/D转换等，即将检测到的模拟信号数字化，提供给主控制模块
2．3 检测传感器
由两部分组成，超声波数字液位传感器与水泵状态传感器。
液位传感器 美国Flowline超声波液位计，本安防爆型：LU20-5001-IS
该液位计为工业和市政需要非接触测量场合而设计。两线制14-28VDC供电，采用了军工技术和工艺，性能可靠。超声波液位传感器的电器部分不必安装在液体中，彻底解决一般传感器的漏水短路，腐蚀， 波浪干扰等普遍的液面检测问题，LU20-5001-IS具体参数：
*非接触、4-20mA输出
*0.16英尺（5cm）到40英尺（1220cm）内准确可靠测量
*具有全范围内自动温度补偿功能
*Digital Infinity表面映像技术，可提供极高的精确性和准确性
*NEMA6坚固外壳PVDF材料的全塑结构
*超低盲区0.16英尺（5cm）
*带有诊断反馈的故障保护智能
*讯号束仅有5cm-8cm，可用于狭小空间
*本安防爆
*CE认证
水泵状态传感器 每台水泵有开关状态与温度两种待测状态。
开关状态 使用光控门检测，直接读取开关信号；
温度传感器 使用美国DALLAS公司的最新单线数字温度传感器DS18B20
它的体积小、适用电压更宽，DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，为测量系统的构建引入全新概念，它的测量温度范围为－55～＋125℃，在－10～＋85℃范围内，精度为±0.5℃，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量
2．4 自动轮换工作
每个水池的水泵一用一备，为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了２台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间等参数自动记录并累计，并在一定的时间周期切换，时间间隔可通过上位机设定。当某台泵故障、系统自动发出声光报警，上位计算机记录事故，同时将故障泵自动退出运行，备用泵投入工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产的目的。
2．5 通讯接口
井上监控室与井下控制系统通过通讯采用电缆通讯，信号经过光电隔离处理，本质安全，通讯速率高，通讯误码率极低，并且通讯具有可扩展性。井下控制系统程序修改可在地面计算机上直接完成。同时将水泵机组的运行状态与参数可送到生产调度监控中心主机，与全矿井安全生产监控系统联网，管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统的遥测、遥控，并为矿领导提供生产决策信息。
2．6 动态显示
系统信息有两部分可显示，控制室计算机的CTR显示器与信息显示屏。
CTR显示器可动态显示水泵运行状态，水位实时动态数据，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。用图形填充以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。
信息显示屏
1、显实时示水位；
2、主泵开启时对应灯亮起；
3、备用泵开启时对应灯亮起；
4、水位超过设定的高水位时，对应灯闪烁；
5、水位低于设定的低水位时，对应灯闪烁。
| 
