系统概述

排水系统为矿山生产的主要系统之一，是矿山安全生产的有力保障。矿山的高效安全运行、无人值守和现代化管理已是发展的重要趋势，本着“以人为本，安全为天，综合治理”的安全生产方针，着力打造“绿色矿山”、“智慧矿山”为目的。为了适应矿山日益增长的需求我公司自主研发了矿山水泵房自动化集中控制系统。

本系统融合了水泵自动控制系统、远程监控系统及远程视频监视系统，综合了工业智能控制技术和成熟的软件技术，保证了系统的稳定性和可靠性，并且具备标准的以太网接口，提供标准TCP/IP协议与全煤矿自动化系统进行融合。采用B/S结构，将系统的主要参数通过局域网浏览，最终达到在无人干涉的情况下系统自动运行和自我诊断。

本系统选用德国西门子公司的S7系列可编程控制器（PLC）为控制核心，配套自主知识产权的智能电动闸阀控制箱对电动闸阀进行精准控制，结合水位、流量、压力等智能传感器对排水系统进行实时在线监测。根据矿山排水量的大小可自动进行水泵开启台数选择，为避免对水泵和排水主管路等重要的排水设备造成不必要的磨损情况，也可对排水系统中的管路、水泵设备进行“自动轮换”的控制机制，确保矿山排水系统节能、安全、高效运转。

系统组成

1．工业计算机及上位机软件：远程控制、远程数据显示、远程运行状态监控及视频监视，支持Web浏览，可与矿山自动化系统平台对接；

2．TH12(A)矿用本安型操作台：现场集中控制、监控、数据显示、状态监视中心；

3．KXJ(A)矿用隔爆兼本安型可编程控制箱：集中控制、监控、数据处理、系统计算中心；

4．KXBC-3×15/()DZ矿用隔爆型阀门电动装置控制箱：电动闸阀自动化安全控制核心；

5．矿用隔爆型一体式电动闸阀、矿用隔爆型电动闸阀、矿用电动球阀：排水系统水路流向及安全控制核心；

6．水位、流量、正/负压力、温度、振动传感器：排水系统实时状态监测及安全保护核心；

7．视频监视系统：实时监视水泵房状况及各设备运行状态，远程监视核心。

系统功能

1.数据自动采集和检测

数据自动采集和检测应分为两类：模拟量数据和数字量数据，通过PLC的模拟量、数字量模块进行读取，保证数据的准确性及响应时间。

模拟量检测的数据主要有：电机工作电流、电压、水仓水位、排水管流量、水泵温度、振动、每台泵出水压力和吸水管真空度、闸阀的开度等。

数字量检测的数据主要有：水泵的工作状态（工作、故障、备用或者检修状态）、水泵的起、停状态、电动闸阀的工作状态和开闭位置、射流泵总成专用阀的工作状态和开关到位的状态等。

数据自动采集系统将水位变化信号进行转换处理、实时检测、从而判断矿井的涌水量，根据不同的水位状态来控制排水泵的启停。

电机温度、振动等传感器与电流、电压变送器，主要用于检测水泵、电机的运行状况，超限、报警，以避免水泵和电机的损坏。

PLC的数字量输入模块将各种开关量信号采集到PLC中作为数据处理的条件和依据，控制水泵的启停。

2.泵阀控制

整个系统中阀门的控制是关键，系统的主控部件采用电动闸阀（一体化电动阀门可选）和电动球阀。所有阀门可以通过矿用本安型操作台和矿用隔爆型阀门电动装置控制箱进行开关控制。

若水泵启动后一定时间内排水管内压力达到设定值，系统应会自动打开电动阀门到达预设开度。

3.自动控制

在系统处于远程自动控制状态时，通过自动检测水仓水位及相关参数，依据水位的动态情况启停水泵，依据涌水量和排水量增减水泵的数量。合理调度水泵轮换工作、远程监控、故障报警、水情预警，可实现节能降耗、减人提效的目的。

在自动运行状态下，依据水泵使用台数和水位变化情况可判断矿井涌水情况，根据涌水量和容水量的相对关系，自动启、停水泵以及自动判断启、停台数；系统能依据涌水量和容水量避峰填谷、节能运行；系统能根据轮换工作原则，自动实现水泵的轮换运行，避免单台水泵长期运行而导致故障。

4.动态显示与画面监控

系统通过图形动态显示水泵、电动闸阀、电动球阀的运行状态，采用改变图形颜色或闪烁功能进行事故报警。直观显示阀门的开闭位置，实时显示水泵抽真空状况和压力值。用趋势图或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、高端、超高段水位分段报警。采用趋势图或数字形式直观的显示各趟管路压力、水泵轴温、电机温度等进行动态显示。超限报警并自动记录故障类型、时间等历史数据，并建立报警显示页面，提醒工作人员及时检测、避免水泵和电机的损坏。

上位机监控系统还可通过操作员发送指令控制系统的运行，输入运行数据，修改控制参数，实现操作人员的控制指令，依据权限位置不同，对响应权限的设备进行控制。操作人员能够对排水设备进行实时检测、监视和必要的控制。

5.通讯接口

PLC系统预留有RS通信模块、标准TCP/IP协议的以太网接口便于和智能供电设备或现场其它智能设备建立连接，达到数据读写功能。

PLC系统通过光纤传输与地面上位机之间实现通讯。

整个网络采用工业自动化领域开放式的以太网标准技术。设备可从现场级一直连接到管理级。实现系统范围内的通讯，并支持矿山范围内的工程与组态，直到现场级均支持IT标准。提高产品的易用性及系统的可维护性。采用实时以太网通讯，通道数据响应小于毫秒。

6.系统保护功能

水泵控制具有多种保护功能，保护动作时主站会做出相应处理，同时具有语音报警提示功能。

（1）电动机故障保护

由电网系统提供井下水泵高压开关的参数，利用上位机和PLC实时监测电流等电气故障，并进行控制。

（2）水泵启动保护

水泵在启动的时候，先进行排空气，监测真空管路的负压，当压力达到设定值时，启动水泵电机，同时关闭真空管路球阀，水泵启动后，监测排水管内的压力，当在一定时间内，压力没有达到设定值时，系统就会自动停止水泵运行并发出故障报警信号。

（3）水泵运行保护

对水泵的运行时间进行累计，每次启动累计运行时间最少的水泵。这样就实现了水泵的均匀磨损，避免了某台水泵经常使用造成设备疲劳，同时避免了某台水泵长期不使用造成锈蚀。

（4）超温保护

水泵在长期运行中，当轴承温度或者定子温度超过设定值时，系统就会发出故障报警信号并根据情况停机。

（5）电动闸阀保护

当控制阀门开关后，电动阀门会反馈一个状态信号给PLC，当两者信号不一致时，系统就会发出告警并在上位机上显示报警信息。

（6）权限保护

在进行参数设定前，必须先用户登录，才可以进行修改参数，有效的防止非专业人员进行参数设定。

7.语音通话系统

地面监控中配有语音对讲软件可以与井下排水泵房实现语音通话、音乐播放等功能。

通信方式：地面监控中心与井下排水泵房之间采用以太网通信。

8.历史数据查询功能

系统监控上位机和PLC电控主机均支持历史故障记录、设备操作记录、设备运行记录、设备运行时间等数据报表查询功能，上位机系统支持一键导出、打印功能。系统数据至少可存储1年以上。

9.视频监视系统

通过视频摄像仪，采集现场图像信息，采用光纤通讯介质，上传到集控室，配合工况图可以直观方便的对水泵进行远程自动控制，实现无人值守功能，进一步提高了系统的可靠性、安全性。摄像仪采用光纤级联方式接入矿山的环网交换机直接上传至地面监控中心。

主要功能

（1）信息采集：摄像机采集到的图像信号实时传输到显示屏；

（2）视频分控管理：实现同时监视多路不同的图像信号，实现远程监控、远程访问、报警联动等功能；

（3）监视功能：通过显示屏可以监视到任何一路视频信号；

（4）回放功能：可以实时查询和回放硬盘录像机所保存的图像；

（5）录像功能：硬盘录像机实时和定时录像存储；

（6）切换功能：对设定的图像按时间周期扫描自动轮巡；

（6）预览功能：用户通过IE预览器可以直接访问IP摄像机或视频服务器；

（7）录像文件查询功能：所有摄像机的录像文件可以依据时间、报警记录等查询。

10.上位机远程监控系统

排水自动化无人值守远程监控站设置在调度中心，配置高性能工控机及显示器、上位机软件、组态软件、音响、千兆交换机等设备，工控机安装上位机组态软件，可实现实时显示排水自动化系统的工况参数，如正压、负压、液位、流量、电机温度、振动等参数和设备运行状态、故障信息、视频联动，并可在上位机上进行显示、存储、远程操作以及和井下设备打点、通话、音乐播放等。

系统设备

1、控制设备

（1）TH12(A)矿用本安型操作台：按照国家标准及本产品企业标准设计制造，外壳采用全不锈钢结构，防护能力强，防护等级达IP54级，与本厂生产的可编程控制箱配合使用，可用于有甲烷或瓦斯及煤尘等爆炸性气体环境的场所。本操作台具有详细的语音报警提示功能和起动预警功能，预警时间可调；配有嵌入式液晶显示器具有汉字显示功能(包括运行状态、速度等数据及故障类别)，各种故障信息由液晶显示器清晰显示，故障记录可存储、查询，便于对故障情况进行统计和分析；还具有打点、通话功能，通话声音清晰洪亮。

（2）KXJ（A）矿用隔爆兼本安型可编程控制箱：采用先进的德国西门子S7系列PLC技术、嵌入式技术、语音广播技术、网络通信技术和计算机技术等相结合高科技综合保护自动化集控主机，具有以太网、RS现场总线、CAN现场总线等数据传输接口。

（3）KTC.2矿用隔爆兼本安型远程控制箱：采集远端模拟量或开关量，传送给控制主机，主机分析数据、发送数据后，通过该控制箱输出开关量对其他设备控制（比如电动球阀）。

（4）KJS12矿用本安型输入输出：与控制主机配套使用，可采集热电偶输入信号、模拟量信号，对机电设备的绕组温度和轴承温度及电机振动等信号进行采集处理。

（5）闸阀控制箱KXBC-3×15/()DZ矿用隔爆型阀门电动装置控制箱：本设备具有远控和近控两种模式，近控模式下，可对多台闸阀进行开关停的操作；远控模式下可由PLC间接控制闸阀的开关停。自带三个独立显示屏可实时显示三台闸阀开度和闸阀故障信息等。支持RS通讯。

2、执行机构及传感器

（1）电动闸阀：在煤矿水泵阀门的控制上，手动闸阀控制，已跟不上煤矿自动化精确控制要求，在矿井的排水系统自动化升级改造中矿用电动闸阀安装方便，我公司采用的电动闸阀结构紧凑、起动转矩大、控制精度高、功能齐全、性能可靠、安装调整简便，无安装方向要求，双向密封，维护保养方便，使用寿命长；在煤矿井下已有的手动阀的情况下可直接改造为电动阀门，提升自动化控制，且不影响煤矿的正常生产。

（2）电动球阀：我公司采用的矿用高压电动球阀是专为煤矿自动化控制而设计的一款电动小口径阀，并在自动化控制方面取得了实用新型发明专利。从根本上解决了原来使用电磁阀和手动阀经常泄漏，无法提供准确阀位信号，无电不能手动开关阀门等缺陷。适用于煤矿消防、喷淋降尘、井下水泵射流泵和真空泵的配套。

（3）GLC10G矿用本安型超声波流量传感器:是指一种基于超声波在流动介质中传播速度等于被测介质的平均流速与声波在静止介质中速度的矢量和的原理开发的流量计，以测量管内液体流量，它采用了先进的脉冲技术、数字信号处理及纠错技术，计量更方便、经济、准确。可广泛用于煤矿、石油、化工等领域。

（4）GUY10型矿用水位传感器：适用于地面或者矿井下等各种工业环境中对水位的测量，是矿井监控、控制系统或设备的配套产品，输出信号标准4mA～20mA电流模拟量信号可与智能化控制设备进行数据交接。

（5）GPD10矿用正压传感器：是一种允许在煤矿井下爆炸性环境中正常使用的矿用本质安全型设备。用于对管道中的气体、液体的压力进行连续监测。与矿井监测系统配套使用，可实现遥测与检测自动化。传感器将压力值转换为电流型模拟量信号输出，测量范围为0～10MPa。

（6）GPDF矿用负压传感器：是一种允许在煤矿井下爆炸性环境中正常使用的矿用本质安全型设备。用于对管道中的气体、液体的压力进行连续监测。与矿井监测系统配套使用，可实现遥测与检测自动化。传感器将压力值转换为电流型模拟量信号输出，测量范围为-～0kPa。