摘要：礦山排水系統(tǒng)自動化控制提高了排水系統(tǒng)的可靠性、安全性，自動化系統(tǒng)的建立，簡化了排水系統(tǒng)的操作步驟，提高了勞動效率，實(shí)現(xiàn)了崗位的無人值守，達(dá)到了技術(shù)減人，增加了企業(yè)的效益。本文主要對礦山排水自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了探討，僅供參考。

　　關(guān)鍵詞：給排水論文發(fā)表,礦山,排水,自動化控制,系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　一、系統(tǒng)需求

　　1、技術(shù)要求

　　排水自動化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對井下水泵及相關(guān)設(shè)施的控制;充分滿足現(xiàn)場運(yùn)行、檢修要求，確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠、故障率低、維護(hù)方便、修改靈活;系統(tǒng)具有靈活、可靠的控制功能，簡單實(shí)用，易于掌握;系統(tǒng)具有自診斷及故障信息存儲功能;能夠?qū)崿F(xiàn)水泵的自動、手動、遠(yuǎn)程的分別控制;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，便于擴(kuò)展。

　　2、用戶要求

　　控制系統(tǒng)由地面控制臺、井下控制分站組成，控制器選用西門子S7300 PLC，實(shí)現(xiàn)就地控制、地面遠(yuǎn)程和檢修模式三種控制模式，遠(yuǎn)程控制可以分為聯(lián)鎖控制、集中控制和單機(jī)控制等多種控制模式，可以供操作者根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況靈活選用，確保在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)操作靈活、易于維護(hù)，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或通訊中斷時(shí)本地可以就地控制確保水泵設(shè)備的正常運(yùn)行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)水泵的自動控制和無人職守。控制設(shè)備或傳感器的選型滿足煤礦安全生產(chǎn)的有關(guān)規(guī)定。充分滿足現(xiàn)場運(yùn)行、檢修要求。保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠、故障率低、維護(hù)方便、修改靈活。系統(tǒng)具有靈活、可靠的控制功能，簡單實(shí)用，易于掌握，人機(jī)界面友好。系統(tǒng)具有自診斷功能，并具有語音、圖象以及報(bào)警功能。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理及顯示功能。

　　3、通信要求

　　接口、光接口和Profibus-DP接口并符合煤礦井下相關(guān)防爆標(biāo)準(zhǔn)。提供的接入設(shè)備應(yīng)支持標(biāo)準(zhǔn)開放的通信協(xié)議，如通信協(xié)議廠家出于保密等方面原因不能夠公開時(shí)則必須提供相應(yīng)的通信驅(qū)動軟件。通信驅(qū)動軟件必須能夠提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC、DDE、 NETDDE等標(biāo)準(zhǔn)接口，同時(shí)驅(qū)動接口軟件支持至少2個(gè)客戶端的讀取訪問。

　　二、自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1、硬件設(shè)計(jì)

　　對于某礦井的自動化排水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)有排水和排空的兩套管路，排水管又分為l#主排水和2#副排水。由于礦山的井下情況復(fù)雜多變，應(yīng)用了3臺YB450一 2的礦用防爆型三相異步電動機(jī)，作為三臺水泵的驅(qū)動裝置，三臺水泵選用礦用離心泵，型號D85一67x3，對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中三臺設(shè)備分工為:一臺工作、一臺備用、一臺檢修。吸水管道主要應(yīng)用無底閥設(shè)計(jì)，水泵啟動時(shí)利用真空泵對水泵進(jìn)行真空處理，使水泵葉輪完全浸沒在水中，實(shí)現(xiàn)正常的排水工作。

　　依據(jù)自動化排水系統(tǒng)的相關(guān)需求，應(yīng)用穩(wěn)定的工業(yè)控制器PLC進(jìn)行自動化程序控制，PLC包括三種信號:數(shù)字量輸入信號、輸出信號和模擬量輸入信號。數(shù)字信號主要的功能是控制水泵的選擇、啟動和停止、控制方式的選擇，數(shù)字量輸出信號為水泵的啟動停止控制信號、故障報(bào)警、水位超限指示、電磁閥的控制等，模擬量輸入主要是采集的是水泵出水口正壓力、水泵吸水口負(fù)壓力、水泵和電機(jī)軸溫、水倉水位等，PLC硬件模塊的連接如圖所示。

　　2、軟件設(shè)計(jì)

　　礦山井下的自動化排水控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)，主要是根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和系統(tǒng)的硬件，進(jìn)行PLC控制柜軟件的設(shè)計(jì)，上位機(jī)的組態(tài)軟件設(shè)計(jì)將在下一節(jié)中介紹。系統(tǒng)的軟件編寫應(yīng)用西門子的SIEMENS STEP7進(jìn)行相應(yīng)的編寫，該編程軟件可以在WINDOWS操作系統(tǒng)下運(yùn)用，編輯完程序后，直接通過S7-300專用的PC/MPI電纜進(jìn)行程序的下載和上位機(jī)的通信。對于控制系統(tǒng)的軟件主程序中，進(jìn)行相應(yīng)的5s延時(shí)操作。在礦山排水系統(tǒng)的自動控制程序設(shè)計(jì)上，當(dāng)選擇自動控制后，系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的模擬量采集，并保存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中，下一步進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)行水泵避峰就谷和輪換工作程序，進(jìn)行水泵的啟動控制判斷，相關(guān)的程序流程為系統(tǒng)的主流程圖如下圖所示。實(shí)際的礦山井下排水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，在實(shí)際的現(xiàn)場工作環(huán)節(jié)，仍然有可能出現(xiàn)各種變化，因此在程序的編寫過程中，應(yīng)建立相應(yīng)的保護(hù)預(yù)測處理。

　　3、人機(jī)交互界面

　　礦山自動化排水系統(tǒng)，應(yīng)建立相應(yīng)的上位機(jī)顯示軟件，本文對于某井下排水系統(tǒng)，應(yīng)用北京亞控公司生產(chǎn)的組態(tài)王軟件進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)遠(yuǎn)程設(shè)置和控制，排水系統(tǒng)作為礦山生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)應(yīng)于其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的共享，應(yīng)用組態(tài)王驅(qū)動與PLC進(jìn)行工業(yè)以太網(wǎng)的連接。礦山排水系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控界面主要包括，主界面、實(shí)時(shí)報(bào)表、歷史報(bào)表、趨勢圖、歷史報(bào)警和幫助界面。為了避免錯(cuò)誤的操作，進(jìn)行了相應(yīng)的不同權(quán)限設(shè)計(jì).用戶可分相應(yīng)的系統(tǒng)管理員和操作人員，系統(tǒng)管理的權(quán)限最大設(shè)置為999，可自由進(jìn)行用戶的配置和添加，操作員的權(quán)限設(shè)置為801，根據(jù)實(shí)際的需要還設(shè)置了遠(yuǎn)程操作界面的權(quán)限為800. 該頁面主有操作員和系統(tǒng)管理員進(jìn)行打開，其他人員沒有權(quán)限進(jìn)行進(jìn)入，這樣避免無關(guān)人員對參數(shù)的修改.此外系統(tǒng)設(shè)置了10分鐘的無操作登錄自動關(guān)閉的保護(hù)功能。

　　三、排水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1、控制系統(tǒng)工作過程

　　控制系統(tǒng)就地顯示控制可采用西門子液晶觸摸屏TP270完成，可顯示水泵電機(jī)的電壓，電流以及功率因數(shù);通過指示燈顯示水泵及附屬設(shè)備的工作狀態(tài);水泵的開停及附屬設(shè)備開停控制。能對水泵進(jìn)行就地控制，它可作為水泵的操作柜。顯示屏具有RS485通訊接口，通過以太網(wǎng)或工業(yè)總線接口與上級監(jiān)控系統(tǒng)完成通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控;

　　監(jiān)測需要的所有信號，經(jīng)傳感器檢測，送入相應(yīng)的信號變送器[3]變成標(biāo)準(zhǔn)的4 m A～20 m A信號或1 V～5 V信號，由變送器送入S7-300控制器配置的I/O模塊，實(shí)現(xiàn)對原始一次信號的采集，實(shí)現(xiàn)對所監(jiān)測信號的采集與傳輸，包括所需的電氣參數(shù)、水泵系統(tǒng)工作狀態(tài)、故障信號等。同時(shí)能接受上級監(jiān)控系統(tǒng)傳來的各種動作指令和保護(hù)調(diào)試指令并可靠執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作或自動化運(yùn)行控制、接受解鎖命令后能修改參數(shù)設(shè)定等;

　　水位檢測、流量檢測：超聲波水位計(jì)、超聲波流量計(jì)信號接入;射流系統(tǒng)：真空度檢測、射流電磁閥控制、排氣管路電磁閥控制等;抽真空系統(tǒng)：抽真空電機(jī)控制、排氣管路電磁閥控制、真空度檢測等。

　　2、系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

　　2.1系統(tǒng)特點(diǎn)

　　選用先進(jìn)的S7300可編程控制器，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好，可靠性高，數(shù)據(jù)處理速度快;采用分布式控制結(jié)構(gòu)和人工智能技術(shù)，系統(tǒng)具有非常高的安全性。當(dāng)?shù)孛娌糠殖霈F(xiàn)控制故障或通訊系統(tǒng)中斷的情況下時(shí)，井下部分隨即轉(zhuǎn)入自動運(yùn)行狀態(tài);通訊網(wǎng)絡(luò)速度快，距離遠(yuǎn)，可靠性高;界面直觀友好，操作簡便，功能齊全。人機(jī)界面全中文顯示，具有實(shí)時(shí)報(bào)警監(jiān)視;維護(hù)方便，運(yùn)行費(fèi)用低。系統(tǒng)擴(kuò)展方便，可隨時(shí)增加節(jié)點(diǎn)，并可通過網(wǎng)絡(luò)由中控室在線修改程序。控制器和網(wǎng)絡(luò)可靠性高，維護(hù)工作量小。

　　2.2系統(tǒng)功能

　　實(shí)現(xiàn)泵房及水源井無人值守自動控制運(yùn)行。具有系統(tǒng)故障自診斷功能，包括PLC故障自診斷、傳感器故障自診斷等。水泵具有遙控(地面中心控制)、自動(與水倉水位聯(lián)鎖)、手動(人工手動開停)等多種控制模式。水泵出水管路的流量監(jiān)測顯示。水泵水壓、電壓、電流等參數(shù)的測試與分析。泵房排水系統(tǒng)效率的測試與分析。實(shí)現(xiàn)水泵真空泵引水和射流引水的自動轉(zhuǎn)化。水倉水位實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)高、低水位報(bào)警。監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示并保存各種參數(shù)及狀態(tài)，對于模擬量參數(shù)可進(jìn)行圖形曲線顯示，可以隨時(shí)查看一段時(shí)期內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)。

　　本控制系統(tǒng)要配有以太網(wǎng)模塊，可以通過光纜將中央泵房內(nèi)水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)及視頻等信息上傳到地面控制室，地面控制室通過局域網(wǎng)再將這些信息傳至有關(guān)部門，管理人員在地面即可掌握井下排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)。地面控制中心計(jì)算機(jī)的圖表功能豐富，界面友好操作簡單。不管手動或自動開機(jī)時(shí)，在上位機(jī)上都要有數(shù)據(jù)檢測并顯示。主排水系統(tǒng)主機(jī)能上傳供電數(shù)據(jù)，通訊協(xié)議開放。礦井水溫、水質(zhì)情況發(fā)生突變時(shí)，能及時(shí)檢測反饋。

　　結(jié)束語

　　綜上所述，礦山將繼續(xù)把自動化建設(shè)作為依靠科技進(jìn)步發(fā)展煤炭事業(yè)的重要內(nèi)容，積極引進(jìn)先進(jìn)的裝備和技術(shù)，不斷完善現(xiàn)代化的生產(chǎn)經(jīng)營管理手段，提高整個(gè)礦井現(xiàn)代化管理水平，創(chuàng)造良好的安全和經(jīng)濟(jì)效益。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]董子良.礦山排水系統(tǒng)自動化監(jiān)控技術(shù)研究[D].中南大學(xué)，2011.

　　[2]張宇.礦山排水自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作，2014，03:228-229.

　　[3]段本強(qiáng).礦山排水系統(tǒng)自動化研究與應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2013，11:34-35+48.