1、概述
某礦業(yè)有限公司所屬礦井共3個煤礦，每礦井2個水倉，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)自動開停水泵，以及遠程控制開停水泵等功能。嚴重影響井下主排水泵房的管理水平、經(jīng)濟效益以及安全生產(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)代計算機、通訊、自動控制技術相結合，給出如下系統(tǒng)方案，成功實現(xiàn)自動控制與智能管理。

2、系統(tǒng)組成
　　整個自動控制系統(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、通訊模塊、信息顯示屏、聲光報警部分以及井上手動控制面板組成；井下控制包括井下主控制器、執(zhí)行繼電器組、通訊模塊、井下手動控制面板、液面?zhèn)鞲衅?、水泵等組成。系統(tǒng)結構如下圖所示

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與井下主控制器的光電信號線，用于傳遞井下檢測信號以及井上控制設置信號等；另一組是連接井上手動控制面板與井下執(zhí)行繼電器組的電纜線，用于傳遞井上手動控制面板到達井下的手動控制信號。

2．1 工控機
系統(tǒng)控制設計選用了研祥工控HX2006-A型工控機為控制主機，該機為模塊化結構，由PLC機架、CPU、數(shù)字量I/O、模擬量輸入、電源、通訊等模塊構成。自動化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉水位的高低等因素，建立數(shù)學模型，合理調度水泵，自動準確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制水泵運行；同時控制信息顯示大屏實時顯示水位信息與水泵工作狀態(tài)，產(chǎn)生聲光報警信號控制聲光報警面板；用戶還可通過工控機上系統(tǒng)軟件使用鼠標鍵盤直接控制每一臺水泵的開啟也停止。
水位信號是水泵自動化一個非常重要的參數(shù)，同時水位變化速率也是一個關鍵參數(shù)。系統(tǒng)通過將實時水位與時間比較，判斷礦井的涌水量，當涌水量大于某一數(shù)值時，同時開啟兩臺排水泵，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)分析及相關報表的生成。

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對其進行設置。決策模式需要上位機預設其工作參數(shù)，此時主控制模塊可獨立根據(jù)水倉水位的高低等因素，建調度水泵，自動準確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制水泵運行；非決策模式時主控制模塊將采集的參數(shù)傳遞給上位機，并接受上位機的指令做出水泵的開啟與停止動作通訊模塊 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，該信號為TTL邏輯電平，控制執(zhí)行模塊首先將該邏輯電平信號進行光電隔離，轉化為動力控制電平?？刂茍?zhí)行模塊主要實現(xiàn)強電與若電的分離，杜絕電機啟動對數(shù)字信號網(wǎng)絡的干擾，以提高系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性檢測模塊 完成傳感器信號放大，A/D轉換等，即將檢測到的模擬信號數(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，本安防爆型：LU20-5001-IS

該液位計為工業(yè)和市政需要非接觸測量場合而設計。兩線制14-28VDC供電，采用了技術和工藝，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）內準確可靠測量
*具有全范圍內自動溫度補償功能
*Digital Infinity表面映像技術，可提供的精確性和準確性
*NEMA6堅固外殼PVDF材料的全塑結構
*超低盲區(qū)0.16英尺（5cm）
*帶有診斷反饋的故障保護智能
*訊號束僅有5cm-8cm，可用于狹小空間
*本安防爆
*CE認證

水泵狀態(tài)傳感器 每臺水泵有開關狀態(tài)與溫度兩種待測狀態(tài)。
開關狀態(tài) 使用光控門檢測，直接讀取開關信號；
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)的構建引入全新概念，它的測量溫度范圍為－55～＋125℃，在－10～＋85℃范圍內，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 自動輪換工作
每個水池的水泵一用一備，為了防止因備用泵及其電氣設備或備用管路長期不用而使電機和電氣設備受潮或其他故障未經(jīng)及時發(fā)現(xiàn)，當工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時，而不能及時投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設計了２臺泵自動輪換工作控制，控制程序將水泵啟停次數(shù)及運行時間等參數(shù)自動記錄并累計，并在一定的時間周期切換，時間間隔可通過上位機設定。當某臺泵故障、系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警，上位計算機記錄事故，同時將故障泵自動退出運行，備用泵投入工作，以達到有故障早發(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，信號經(jīng)過光電隔離處理，本質安全，通訊速率高，通訊誤碼率極低，并且通訊具有可擴展性。井下控制系統(tǒng)程序修改可在地面計算機上直接完成。同時將水泵機組的運行狀態(tài)與參數(shù)可送到生產(chǎn)調度監(jiān)控中心主機，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)設備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動化控制信息，實現(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 動態(tài)顯示
系統(tǒng)信息有兩部分可顯示，控制室計算機的CTR顯示器與信息顯示屏。

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

信息顯示屏
1、顯實時示水位；
2、主泵開啟時對應燈亮起；
3、備用泵開啟時對應燈亮起；
4、水位超過設定的高水位時，對應燈閃爍；
5、水位低于設定的低水位時，對應燈閃爍。