摘要：礦山排水系統自動化控制提高了排水系統的可靠性、安全性，自動化系統的建立，簡化了排水系統的操作步驟，提高了勞動效率，實現了崗位的無人值守，達到了技術減人，增加了企業的效益。本文主要對礦山排水自動化控制系統設計的相關內容進行了探討，僅供參考。

　　關鍵詞：給排水論文發表,礦山,排水,自動化控制,系統設計

　　一、系統需求

　　1、技術要求

　　排水自動化系統能夠實現對井下水泵及相關設施的控制;充分滿足現場運行、檢修要求，確保整個系統運行可靠、故障率低、維護方便、修改靈活;系統具有靈活、可靠的控制功能，簡單實用，易于掌握;系統具有自診斷及故障信息存儲功能;能夠實現水泵的自動、手動、遠程的分別控制;系統結構合理，便于擴展。

　　2、用戶要求

　　控制系統由地面控制臺、井下控制分站組成，控制器選用西門子S7300 PLC，實現就地控制、地面遠程和檢修模式三種控制模式，遠程控制可以分為聯鎖控制、集中控制和單機控制等多種控制模式，可以供操作者根據現場實際情況靈活選用，確保在系統正常運行時操作靈活、易于維護，在系統出現故障或通訊中斷時本地可以就地控制確保水泵設備的正常運行，提高系統的穩定性。實現水泵的自動控制和無人職守。控制設備或傳感器的選型滿足煤礦安全生產的有關規定。充分滿足現場運行、檢修要求。保證整個系統運行可靠、故障率低、維護方便、修改靈活。系統具有靈活、可靠的控制功能，簡單實用，易于掌握，人機界面友好。系統具有自診斷功能，并具有語音、圖象以及報警功能。系統具有實時數據采集、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防爆標準。提供的接入設備應支持標準開放的通信協議，如通信協議廠家出于保密等方面原因不能夠公開時則必須提供相應的通信驅動軟件。通信驅動軟件必須能夠提供標準的OPC、DDE、 NETDDE等標準接口，同時驅動接口軟件支持至少2個客戶端的讀取訪問。

　　二、自動化系統設計

　　1、硬件設計

　　對于某礦井的自動化排水系統的硬件設計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雜多變，應用了3臺YB450一 2的礦用防爆型三相異步電動機，作為三臺水泵的驅動裝置，三臺水泵選用礦用離心泵，型號D85一67x3，對于系統設計中三臺設備分工為:一臺工作、一臺備用、一臺檢修。吸水管道主要應用無底閥設計，水泵啟動時利用真空泵對水泵進行真空處理，使水泵葉輪完全浸沒在水中，實現正常的排水工作。

　　依據自動化排水系統的相關需求，應用穩定的工業控制器PLC進行自動化程序控制，PLC包括三種信號:數字量輸入信號、輸出信號和模擬量輸入信號。數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，數字量輸出信號為水泵的啟動停止控制信號、故障報警、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、水泵吸水口負壓力、水泵和電機軸溫、水倉水位等，PLC硬件模塊的連接如圖所示。

　　2、軟件設計

　　礦山井下的自動化排水控制系統的軟件開發，主要是根據現場實際情況和系統的硬件，進行PLC控制柜軟件的設計，上位機的組態軟件設計將在下一節中介紹。系統的軟件編寫應用西門子的SIEMENS STEP7進行相應的編寫，該編程軟件可以在WINDOWS操作系統下運用，編輯完程序后，直接通過S7-300專用的PC/MPI電纜進行程序的下載和上位機的通信。對于控制系統的軟件主程序中，進行相應的5s延時操作。在礦山排水系統的自動控制程序設計上，當選擇自動控制后，系統進行相應的模擬量采集，并保存到相應的數據寄存器中，下一步進行相應運行水泵避峰就谷和輪換工作程序，進行水泵的啟動控制判斷，相關的程序流程為系統的主流程圖如下圖所示。實際的礦山井下排水系統的遠程控制，在實際的現場工作環節，仍然有可能出現各種變化，因此在程序的編寫過程中，應建立相應的保護預測處理。

　　3、人機交互界面

　　礦山自動化排水系統，應建立相應的上位機顯示軟件，本文對于某井下排水系統，應用北京亞控公司生產的組態王軟件進行相應的系統遠程設置和控制，排水系統作為礦山生產自動控制系統的一個子系統，相應的數據應于其他網絡進行信息的共享，應用組態王驅動與PLC進行工業以太網的連接。礦山排水系統的上位機監控界面主要包括，主界面、實時報表、歷史報表、趨勢圖、歷史報警和幫助界面。為了避免錯誤的操作，進行了相應的不同權限設計.用戶可分相應的系統管理員和操作人員，系統管理的權限最大設置為999，可自由進行用戶的配置和添加，操作員的權限設置為801，根據實際的需要還設置了遠程操作界面的權限為800. 該頁面主有操作員和系統管理員進行打開，其他人員沒有權限進行進入，這樣避免無關人員對參數的修改.此外系統設置了10分鐘的無操作登錄自動關閉的保護功能。

　　三、排水控制系統結構設計

　　1、控制系統工作過程

　　控制系統就地顯示控制可采用西門子液晶觸摸屏TP270完成，可顯示水泵電機的電壓，電流以及功率因數;通過指示燈顯示水泵及附屬設備的工作狀態;水泵的開停及附屬設備開停控制。能對水泵進行就地控制，它可作為水泵的操作柜。顯示屏具有RS485通訊接口，通過以太網或工業總線接口與上級監控系統完成通訊，實現遠距離監控;

　　監測需要的所有信號，經傳感器檢測，送入相應的信號變送器[3]變成標準的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，實現對原始一次信號的采集，實現對所監測信號的采集與傳輸，包括所需的電氣參數、水泵系統工作狀態、故障信號等。同時能接受上級監控系統傳來的各種動作指令和保護調試指令并可靠執行，實現遠方操作或自動化運行控制、接受解鎖命令后能修改參數設定等;

　　水位檢測、流量檢測：超聲波水位計、超聲波流量計信號接入;射流系統：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：抽真空電機控制、排氣管路電磁閥控制、真空度檢測等。

　　2、系統功能及特點

　　2.1系統特點

　　選用先進的S7300可編程控制器，系統實時性好，可靠性高，數據處理速度快;采用分布式控制結構和人工智能技術，系統具有非常高的安全性。當地面部分出現控制故障或通訊系統中斷的情況下時，井下部分隨即轉入自動運行狀態;通訊網絡速度快，距離遠，可靠性高;界面直觀友好，操作簡便，功能齊全。人機界面全中文顯示，具有實時報警監視;維護方便，運行費用低。系統擴展方便，可隨時增加節點，并可通過網絡由中控室在線修改程序。控制器和網絡可靠性高，維護工作量小。

　　2.2系統功能

　　實現泵房及水源井無人值守自動控制運行。具有系統故障自診斷功能，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測顯示。水泵水壓、電壓、電流等參數的測試與分析。泵房排水系統效率的測試與分析。實現水泵真空泵引水和射流引水的自動轉化。水倉水位實時監測，實現高、低水位報警。監測系統可實時顯示并保存各種參數及狀態，對于模擬量參數可進行圖形曲線顯示，可以隨時查看一段時期內的歷史數據。

　　本控制系統要配有以太網模塊，可以通過光纜將中央泵房內水泵機組的運行狀態、參數及視頻等信息上傳到地面控制室，地面控制室通過局域網再將這些信息傳至有關部門，管理人員在地面即可掌握井下排水系統設備的所有檢測數據及工作狀態。地面控制中心計算機的圖表功能豐富，界面友好操作簡單。不管手動或自動開機時，在上位機上都要有數據檢測并顯示。主排水系統主機能上傳供電數據，通訊協議開放。礦井水溫、水質情況發生突變時，能及時檢測反饋。

　　結束語

　　綜上所述，礦山將繼續把自動化建設作為依靠科技進步發展煤炭事業的重要內容，積極引進先進的裝備和技術，不斷完善現代化的生產經營管理手段，提高整個礦井現代化管理水平，創造良好的安全和經濟效益。

　　參考文獻

　　[1]董子良.礦山排水系統自動化監控技術研究[D].中南大學，2011.

　　[2]張宇.礦山排水自動化控制系統設計[J].電子制作，2014，03:228-229.

　　[3]段本強.礦山排水系統自動化研究與應用[J].能源與節能，2013，11:34-35+48.