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矿井水仓液位自动控制系统
某矿业有限公司所属矿井水仓液位
自动监测、反馈、报警与控制系统
1、概述
某矿业有限公司所属矿井共3个煤矿，每矿井2个水仓，目前煤矿井下主排水系统仍采用人工控制，水泵的开停及选择切换均由人工完成，不具备根据水位或其它参数自动开停水泵，以及远程控制开停水泵等功能。严重影响井下主排水泵房的管理水平、经济效益以及安全生产等综合生产水平的提高。国家已经将安全生产提到了相当重要的高度。尤其是煤炭行业更不例外。根据该矿业有限公司所属矿井现有情况，我公司利用现代计算机、通讯、自动控制技术相结合，给出如下系统方案，成功实现自动控制与智能管理。
2、系统组成
整个自动控制系统由井上监控室与井下控制系统两大部分组成，其中井上监控室包括工控机、通讯模块、信息显示屏、声光报警部分以及井上手动控制面板组成；井下控制包括井下主控制器、执行继电器组、通讯模块、井下手动控制面板、液面传感器、水泵等组成。系统结构如下图所示
井上监控室与井下控制系统有两组通信线相连接。一组是通过光电通讯模块连接工控机与井下主控制器的光电信号线，用于传递井下检测信号以及井上控制设置信号等；另一组是连接井上手动控制面板与井下执行继电器组的电缆线，用于传递井上手动控制面板到达井下的手动控制信号。整套系统由我公司研发的矿井排水管理系统统一控制。
2．1工控机
系统控制设计选用了研祥工控HX2006-A型工控机为控制主机，该机为模块化结构，由PLC机架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。自动化控制系统根据水仓水位的高低等因素，建立数学模型，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制水泵运行；同时控制信息显示大屏实时显示水位信息与水泵工作状态，产生声光报警信号控制声光报警面板；用户还可通过工控机上系统软件使用鼠标键盘直接控制每一台水泵的开启也停止。
水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，同时水位变化速率也是一个关键参数。系统通过将实时水位与时间比较，判断矿井的涌水量，当涌水量大于某一数值时，同时开启两台排水泵，迅速排水，确保生产安全。
液位的历史记录及水泵的工作记录可选择保存，用于系统分析及相关报表的生成。
2．2井下主控制器
主控制器由主控制模块、通讯模块、控制执行模块、检测模块四部分组成
主控制模块 有决策模式与非决策模式两种工作方式，具体工作模式由上位机对其进行设置。决策模式需要上位机预设其工作参数，此时主控制模块可独立根据水仓水位的高低等因素，建调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制水泵运行；非决策模式时主控制模块将采集的参数传递给上位机，并接受上位机的指令做出水泵的开启与停止动作
通讯模块 见后面“通讯接口”部分
控制执行模块 接受主控制模块的执行信号，该信号为TTL逻辑电平，控制执行模块首先将该逻辑电平信号进行光电隔离，转化为动力控制电平。控制执行模块主要实现强电与若电的分离，杜绝电机启动对数字信号网络的干扰，以提高系统的整体稳定性
检测模块 完成传感器信号放大，A/D转换等，即将检测到的模拟信号数字化，提供给主控制模块
2．3检测传感器
由两部分组成，超声波数字液位传感器与水泵状态传感器。
液位传感器 美国Flowline超声波液位计，本安防爆型：LU20-5001-IS
该液位计为工业和市政需要非接触测量场合而设计。两线制14-28VDC供电，采用了军工技术和工艺，性能可靠。超声波液位传感器的电器部分不必安装在液体中，彻底解决一般传感器的漏水短路，腐蚀， 波浪干扰等普遍的液面检测问题，LU20-5001-IS具体参数：
×非接触、4-20mA输出
×0.16英尺（5cm）到40英尺（1220cm）内准确可靠测量
×具有全范围内自动温度补偿功能
×Digital Infinity表面映像技术，可提供极高的精确性和准确性
×NEMA6坚固外壳PVDF材料的全塑结构
×超低盲区0.16英尺（5cm）
×带有诊断反馈的故障保护智能
×讯号束仅有5cm-8cm，可用于狭小空间
×本安防爆
×CE认证
水泵状态传感器 每台水泵有开关状态与温度两种待测状态。
开关状态 使用光控门检测，直接读取开关信号；
温度传感器 使用美国DALLAS公司的最新单线数字温度传感器DS18B20
它的体积小、适用电压更宽，DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，为测量系统的构建引入全新概念，它的测量温度范围为－55～＋125℃，在－10～＋85℃范围内，精度为±0.5℃，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量
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