系統(tǒng)概述

排水系統(tǒng)為礦山生產(chǎn)的主要系統(tǒng)之一，是礦山安全生產(chǎn)的有力保障。礦山的高效安全運行、無人值守和現(xiàn)代化管理已是發(fā)展的重要趨勢，本著“以人為本，安全為天，綜合治理”的安全生產(chǎn)方針，著力打造“綠色礦山”、“智慧礦山”為目的。為了適應(yīng)礦山日益增長的需求我公司自主研發(fā)了礦山水泵房自動化集中控制系統(tǒng)。

本系統(tǒng)融合了水泵自動控制系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)及遠程視頻監(jiān)視系統(tǒng)，綜合了工業(yè)智能控制技術(shù)和成熟的軟件技術(shù)，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并且具備標(biāo)準的以太網(wǎng)接口，提供標(biāo)準TCP/IP協(xié)議與全煤礦自動化系統(tǒng)進行融合。采用B/S結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)的主要參數(shù)通過局域網(wǎng)瀏覽，最終達到在無人干涉的情況下系統(tǒng)自動運行和自我診斷。

本系統(tǒng)選用德國西門子公司的S7系列可編程控制器（PLC）為控制核心，配套自主知識產(chǎn)權(quán)的智能電動閘閥控制箱對電動閘閥進行精準控制，結(jié)合水位、流量、壓力等智能傳感器對排水系統(tǒng)進行實時在線監(jiān)測。根據(jù)礦山排水量的大小可自動進行水泵開啟臺數(shù)選擇，為避免對水泵和排水主管路等重要的排水設(shè)備造成不必要的磨損情況，也可對排水系統(tǒng)中的管路、水泵設(shè)備進行“自動輪換”的控制機制，確保礦山排水系統(tǒng)節(jié)能、安全、高效運轉(zhuǎn)。

系統(tǒng)組成

1．工業(yè)計算機及上位機軟件：遠程控制、遠程數(shù)據(jù)顯示、遠程運行狀態(tài)監(jiān)控及視頻監(jiān)視，支持Web瀏覽，可與礦山自動化系統(tǒng)平臺對接；

2．TH12(A)礦用本安型操作臺：現(xiàn)場集中控制、監(jiān)控、數(shù)據(jù)顯示、狀態(tài)監(jiān)視中心；

3．KXJ127(A)礦用隔爆兼本安型可編程控制箱：集中控制、監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)計算中心；

4．KXBC-3×15/660 (380)DZ礦用隔爆型閥門電動裝置控制箱：電動閘閥自動化安全控制核心；

5．礦用隔爆型一體式電動閘閥、礦用隔爆型電動閘閥、礦用電動球閥：排水系統(tǒng)水路流向及安全控制核心；

6．水位、流量、正/負壓力、溫度、振動傳感器：排水系統(tǒng)實時狀態(tài)監(jiān)測及安全保護核心；

7．視頻監(jiān)視系統(tǒng)：實時監(jiān)視水泵房狀況及各設(shè)備運行狀態(tài)，遠程監(jiān)視核心。

系統(tǒng)功能

1.數(shù)據(jù)自動采集和檢測

數(shù)據(jù)自動采集和檢測應(yīng)分為兩類：模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)，通過PLC的模擬量、數(shù)字量模塊進行讀取，保證數(shù)據(jù)的準確性及響應(yīng)時間。

模擬量檢測的數(shù)據(jù)主要有：電機工作電流、電壓、水倉水位、 排水管流量、水泵溫度、振動、每臺泵出水壓力和吸水管真空度、閘閥的開度等。

數(shù)字量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水泵的工作狀態(tài)（工作、故障、備用或者檢修狀態(tài)）、水泵的起、停狀態(tài)、電動閘閥的工作狀態(tài)和開閉位置、射流泵總成專用閥的工作狀態(tài)和開關(guān)到位的狀態(tài)等。

數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)將水位變化信號進行轉(zhuǎn)換處理、實時檢測、從而判斷礦井的涌水量，根據(jù)不同的水位狀態(tài)來控制排水泵的啟停。

電機溫度、振動等傳感器與電流、電壓變送器，主要用于檢測水泵、電機的運行狀況，超限、報警，以避免水泵和電機的損壞。

PLC的數(shù)字量輸入模塊將各種開關(guān)量信號采集到PLC中作為數(shù)據(jù)處理的條件和依據(jù)，控制水泵的啟停。

2.泵閥控制

整個系統(tǒng)中閥門的控制是關(guān)鍵，系統(tǒng)的主控部件采用電動閘閥（一體化電動閥門可選）和電動球閥。所有閥門可以通過礦用本安型操作臺和礦用隔爆型閥門電動裝置控制箱進行開關(guān)控制。

若水泵啟動后一定時間內(nèi)排水管內(nèi)壓力達到設(shè)定值，系統(tǒng)應(yīng)會自動打開電動閥門到達預(yù)設(shè)開度。

3.自動控制

在系統(tǒng)處于遠程自動控制狀態(tài)時，通過自動檢測水倉水位及相關(guān)參數(shù)，依據(jù)水位的動態(tài)情況啟停水泵，依據(jù)涌水量和排水量增減水泵的數(shù)量。合理調(diào)度水泵輪換工作、遠程監(jiān)控、故障報警、水情預(yù)警，可實現(xiàn)節(jié)能降耗、減人提效的目的。

在自動運行狀態(tài)下，依據(jù)水泵使用臺數(shù)和水位變化情況可判斷礦井涌水情況，根據(jù)涌水量和容水量的相對關(guān)系，自動啟、停水泵以及自動判斷啟、停臺數(shù)；系統(tǒng)能依據(jù)涌水量和容水量避峰填谷、節(jié)能運行；系統(tǒng)能根據(jù)輪換工作原則，自動實現(xiàn)水泵的輪換運行，避免單臺水泵長期運行而導(dǎo)致故障。

4.動態(tài)顯示與畫面監(jiān)控

系統(tǒng)通過圖形動態(tài)顯示水泵、電動閘閥、電動球閥的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色或閃爍功能進行事故報警。直觀顯示閥門的開閉位置，實時顯示水泵抽真空狀況和壓力值。用趨勢圖或數(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(yù)告信號和低段、超低段、高端、超高段水位分段報警。采用趨勢圖或數(shù)字形式直觀的顯示各趟管路壓力、水泵軸溫、電機溫度等進行動態(tài)顯示。超限報警并自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)據(jù)，并建立報警顯示頁面，提醒工作人員及時檢測、避免水泵和電機的損壞。

上位機監(jiān)控系統(tǒng)還可通過操作員發(fā)送指令控制系統(tǒng)的運行，輸入運行數(shù)據(jù)，修改控制參數(shù)，實現(xiàn)操作人員的控制指令，依據(jù)權(quán)限位置不同，對響應(yīng)權(quán)限的設(shè)備進行控制。操作人員能夠?qū)ε潘O(shè)備進行實時檢測、監(jiān)視和必要的控制。

5.通訊接口

PLC系統(tǒng)預(yù)留有RS485通信模塊、標(biāo)準TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接口便于和智能供電設(shè)備或現(xiàn)場其它智能設(shè)備建立連接，達到數(shù)據(jù)讀寫功能。

PLC系統(tǒng)通過光纖傳輸與地面上位機之間實現(xiàn)通訊。

整個網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)自動化領(lǐng)域開放式的以太網(wǎng)標(biāo)準技術(shù)。設(shè)備可從現(xiàn)場級一直連接到管理級。實現(xiàn)系統(tǒng)范圍內(nèi)的通訊，并支持礦山范圍內(nèi)的工程與組態(tài)，直到現(xiàn)場級均支持IT 標(biāo)準。提高產(chǎn)品的易用性及系統(tǒng)的可維護性。采用實時以太網(wǎng)通訊，通道數(shù)據(jù)響應(yīng)小于150毫秒。

6.系統(tǒng)保護功能

水泵控制具有多種保護功能，保護動作時主站會做出相應(yīng)處理，同時具有語音報警提示功能。

（1）電動機故障保護

由電網(wǎng)系統(tǒng)提供井下水泵高壓開關(guān)的參數(shù)，利用上位機和PLC實時監(jiān)測電流等電氣故障，并進行控制。

（2）水泵啟動保護

水泵在啟動的時候，先進行排空氣，監(jiān)測真空管路的負壓，當(dāng)壓力達到設(shè)定值時，啟動水泵電機，同時關(guān)閉真空管路球閥，水泵啟動后，監(jiān)測排水管內(nèi)的壓力，當(dāng)在一定時間內(nèi)，壓力沒有達到設(shè)定值時，系統(tǒng)就會自動停止水泵運行并發(fā)出故障報警信號。

（3）水泵運行保護

對水泵的運行時間進行累計，每次啟動累計運行時間最少的水泵。這樣就實現(xiàn)了水泵的均勻磨損，避免了某臺水泵經(jīng)常使用造成設(shè)備疲勞，同時避免了某臺水泵長期不使用造成銹蝕。

（4）超溫保護

水泵在長期運行中，當(dāng)軸承溫度或者定子溫度超過設(shè)定值時，系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警信號并根據(jù)情況停機。

（5）電動閘閥保護

當(dāng)控制閥門開關(guān)后，電動閥門會反饋一個狀態(tài)信號給PLC，當(dāng)兩者信號不一致時，系統(tǒng)就會發(fā)出告警并在上位機上顯示報警信息。

（6）權(quán)限保護

在進行參數(shù)設(shè)定前，必須先用戶登錄，才可以進行修改參數(shù)，有效的防止非專業(yè)人員進行參數(shù)設(shè)定。

7.語音通話系統(tǒng)

地面監(jiān)控中配有語音對講軟件可以與井下排水泵房實現(xiàn)語音通話、音樂播放等功能。

通信方式：地面監(jiān)控中心與井下排水泵房之間采用以太網(wǎng)通信。

8.歷史數(shù)據(jù)查詢功能

系統(tǒng)監(jiān)控上位機和PLC電控主機均支持歷史故障記錄、設(shè)備操作記錄、設(shè)備運行記錄、設(shè)備運行時間等數(shù)據(jù)報表查詢功能，上位機系統(tǒng)支持一鍵導(dǎo)出、打印功能。系統(tǒng)數(shù)據(jù)至少可存儲1年以上。

9.視頻監(jiān)視系統(tǒng)

通過視頻攝像儀，采集現(xiàn)場圖像信息，采用光纖通訊介質(zhì)，上傳到集控室，配合工況圖可以直觀方便的對水泵進行遠程自動控制，實現(xiàn)無人值守功能，進一步提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性。攝像儀采用光纖級聯(lián)方式接入礦山的環(huán)網(wǎng)交換機直接上傳至地面監(jiān)控中心。

 主要功能

（1）信息采集：攝像機采集到的圖像信號實時傳輸?shù)斤@示屏；

（2）視頻分控管理：實現(xiàn)同時監(jiān)視多路不同的圖像信號，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、遠程訪問、報警聯(lián)動等功能；

（3）監(jiān)視功能：通過顯示屏可以監(jiān)視到任何一路視頻信號；

（4）回放功能：可以實時查詢和回放硬盤錄像機所保存的圖像；

（5）錄像功能：硬盤錄像機實時和定時錄像存儲；

（6）切換功能：對設(shè)定的圖像按時間周期掃描自動輪巡；

（6）預(yù)覽功能：用戶通過IE預(yù)覽器可以直接訪問IP攝像機或視頻服務(wù)器；

（7）錄像文件查詢功能：所有攝像機的錄像文件可以依據(jù)時間、報警記錄等查詢。

10.上位機遠程監(jiān)控系統(tǒng)

排水自動化無人值守遠程監(jiān)控站設(shè)置在調(diào)度中心，配置高性能工控機及顯示器、上位機軟件、組態(tài)軟件、音響、千兆交換機等設(shè)備，工控機安裝上位機組態(tài)軟件，可實現(xiàn)實時顯示排水自動化系統(tǒng)的工況參數(shù)，如正壓、負壓、液位、流量、電機溫度、振動等參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)、故障信息、視頻聯(lián)動，并可在上位機上進行顯示、存儲、遠程操作以及和井下設(shè)備打點、通話、音樂播放等。

 1、系統(tǒng)設(shè)備

（1）TH12(A)礦用本安型操作臺：按照國家標(biāo)準及本產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準設(shè)計制造，外殼采用全不銹鋼結(jié)構(gòu)，防護能力強，防護等級達IP54級，與本廠生產(chǎn)的可編程控制箱配合使用，可用于有甲烷或瓦斯及煤塵等爆炸性氣體環(huán)境的場所。本操作臺具有詳細的語音報警提示功能和起動預(yù)警功能，預(yù)警時間可調(diào)； 配有嵌入式液晶顯示器具有漢字顯示功能 (包括運行狀態(tài)、速度等數(shù)據(jù)及故障類別)，各種故障信息由液晶顯示器清晰顯示，故障記錄可存儲、查詢，便于對故障情況進行統(tǒng)計和分析；還具有打點、通話功能，通話聲音清晰洪亮。

（2）KXJ127（A）礦用隔爆兼本安型可編程控制箱：采用先進的德國西門子S7系列PLC技術(shù)、嵌入式技術(shù)、語音廣播技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計算機技術(shù)等相結(jié)合高科技綜合保護自動化集控主機，具有以太網(wǎng)、RS485現(xiàn)場總線、CAN現(xiàn)場總線等數(shù)據(jù)傳輸接口。

（3）KTC169.2 礦用隔爆兼本安型遠程控制箱：采集遠端模擬量或開關(guān)量，傳送給控制主機，主機分析數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)后，通過該控制箱輸出開關(guān)量對其他設(shè)備控制（比如電動球閥）。

（4）KJS12 礦用本安型輸入輸出：與控制主機配套使用，可采集熱電偶輸入信號、模擬量信號，對機電設(shè)備的繞組溫度和軸承溫度及電機振動等信號進行采集處理。

（5）閘閥控制箱

KXBC-3×15/660 (380)DZ 礦用隔爆型閥門電動裝置控制箱：本設(shè)備具有遠控和近控兩種模式，近控模式下，可對多臺閘閥進行開關(guān)停的操作；遠控模式下可由 PLC 間接控制閘閥的開關(guān)停。自帶三個獨立顯示屏可實時顯示三臺閘閥開度和閘閥故障信息等。支持 RS485 通訊。 

2、執(zhí)行機構(gòu)及傳感器

（1）電動閘閥：在煤礦水泵閥門的控制上，手動閘閥控制，已跟不上煤礦自動化精確控制要求，在礦井的排水系統(tǒng)自動化升級改造中礦用電動閘閥安裝方便，我公司采用的電動閘閥結(jié)構(gòu)緊湊、起動轉(zhuǎn)矩大、控制精度高、功能齊全、性能可靠、安裝調(diào)整簡便，無安裝方向要求，雙向密封，維護保養(yǎng)方便，使用壽命長；在煤礦井下已有的手動閥的情況下可直接改造為電動閥門，提升自動化控制，且不影響煤礦的正常生產(chǎn)。 

（2）電動球閥：我公司采用的礦用高壓電動球閥是專為煤礦自動化控制而設(shè)計的一款

電動小口徑閥，并在自動化控制方面取得了實用新型發(fā)明專利。從根本上解決了原來使用

電磁閥和手動閥經(jīng)常泄漏，無法提供準確閥位信號，無電不能手動開關(guān)閥門等缺陷。

適用于煤礦消防、噴淋降塵、井下水泵射流泵和真空泵的配套。

（3）GLC10G礦用本安型超聲波流量傳感器: 是指一種基于超聲波在流動介質(zhì)中傳播速度等于被測介質(zhì)的平均流速與聲波在靜止介質(zhì)中速度的矢量和的原理開發(fā)的流量計，以測量管內(nèi)液體流量，它采用了先進的脈沖技術(shù)、數(shù)字信號處理及糾錯技術(shù)，計量更方便、經(jīng)濟、準確?？蓮V泛用于煤礦、石油、化工等領(lǐng)域。

     （4）GUY10型礦用水位傳感器：適用于地面或者礦井下等各種工業(yè)環(huán)境中對水位的測量，是礦井監(jiān)控、控制系統(tǒng)或設(shè)備的配套產(chǎn)品，輸出信號標(biāo)準4mA～20mA 電流模擬量信號可與智能化控制設(shè)備進行數(shù)據(jù)交接。

     （5）GPD10礦用正壓傳感器：是一種允許在煤礦井下爆炸性環(huán)境中正常使用的礦用本質(zhì)安全型設(shè)備。用于對管道中的氣體、液體的壓力進行連續(xù)監(jiān)測。與礦井監(jiān)測系統(tǒng)配套使用，可實現(xiàn)遙測與檢測自動化。傳感器將壓力值轉(zhuǎn)換為電流型模擬量信號輸出，測量范圍為0～10 MPa。

     （6）GPD100F礦用負壓傳感器 ：是一種允許在煤礦井下爆炸性環(huán)境中正常使用的礦用本質(zhì)安全型設(shè)備。用于對管道中的氣體、液體的壓力進行連續(xù)監(jiān)測。與礦井監(jiān)測系統(tǒng)配套使用，可實現(xiàn)遙測與檢測自動化。傳感器將壓力值轉(zhuǎn)換為電流型模擬量信號輸出，測量范圍為-100～0 kPa。