导语：排水系统担负着地下涌水外排的重要任务，是矿井安全生产的主要设施之一。本期转化果平台推荐的《煤矿井下作业点排水集控系统》，监测控制功能齐全，能够实现无人值守泵站群集控运行，避峰填谷，节能降耗，降低矿井排水系统运行费用，提高矿井自动化水平，保障正常安全生产。
某煤矿井下各盘区、工作面皮带巷和回风巷存在众多排水点，目前巷道已经有超过50处水仓及排水点，排水管线长达10公里。这些排水点分布零散、距离较远，日常操作及维护全靠安排巡检人员徒步往返巡视，不但费时分费力，而且造成设备故障率高，设施维护和人工费用非常高。后续随着工作面不断延伸，排水点的不断增加，问题会越来越明显。
针对这些问题，技术人员研究了煤矿井下作业点排水集控系统。
1.系统组成
煤矿井下作业点排水集控系统包括远程控制装置和若干个排水机组。
远程控制装置包括工控机、环网交换机和水泵控制主站；排水机组包括水泵电机、泵体和单片机控制器。
工控机为触摸屏设置于地面调度室中，实现对该系统及相关设备的远程监测和控制。
单片机控制器采用型号为KXH的本安型控制器，替代传统的PLC控制，其性能更优、处理速度更快；每台单片机控制器中独立配置CPU，可独立完成自动控制；单片机控制器上能够手动和自动控制单台排水机组的运行。
水泵电机的一侧皆设置摄像头，与单片机控制器电性连接，用于实时监控单台排水机组的运行工况。
泵体的端部安装有闸阀，配备的传感器与单片机控制器电性连接，安装位置更科学、数据更准确。
2.技术方案
环网交换机通过远程WEB与水泵控制主站无线连接，系统通过自动监测排水设施的多项参数，以组态软件直观准确地显示系统工作状态以及各项参数，并以此建立数学模型，控制排水机组轮流工作，合理调度多台排水机组运行，达到避峰填谷及节能的目的；同时，系统通过光纤环网，实现多排水系统无人值守泵站群控运行，降低矿井排水系统运行人工费用，提高矿井生产的安全系数。
3.工作原理
安装50套KXH24型单片机控制器（每台水泵电机配置一个），每个排水点的单片机控制器均通过环网交换机实现环网连接，融合在一起，并能够手动和自动控制单台泵组运行。KXH24型单片机控制器能够接入泵组的电流、电压、电泵轴承温度、电泵振动、流量、正压、负压、电动闸阀、排气阀、补水阀、水仓液位等参数，并将参数上传到地面调度室的工控机中进行显示。在每台泵体和支管中间安装一台闸阀（止回阀），平时运行过程中闸阀处于常开状态，只有检修或此排水点不再利用时阀门处于关闭状态。将水泵控制主站的电流、电压数据接入到该系统，工控机安装上位机及软件开发，远程维护平台及手机APP开发。每个排水点安装投入式液位传感器和浮球液位传感器各一台，实现远程水位监测。每个主管路配置一台流量传感器，有效监测水泵运行流量。流量传感器安装在主管出口，安装位置更科学、数据更准确，传输信号为4-20mA。每台水泵分别安装一台正压传感器，在排水泵出水口出配置一台压力传感器，用来检测水泵压力，传输信号为4-20mA。
4.系统保护功能
（1）液位保护：两台液位传感器，监控液位变化，当两台液位计差值较大时，会发出报警，系统自动切换至正常液位计，同时，系统会根据水仓水位变化，建立数学模式，计算出水仓水位变化率，当水仓水位上升变化异常时，系统会发出报警，并根据设置，自动启动泵组排水。
（2）电气保护：系统可通过通讯方式将启动柜的电流、功率、电压信号及相应的故障信号送入水泵自动化系统，系统可及时分析启动柜状况，及时进行相关保护。
（3）缺水保护：水泵启动后在正常运行过程中，如电流、流量、压力达不到设定值时，系统会自动停止当前泵组，根据程序判断自动转换启动下一台排水机组工作。
（4）预警保护：报警信息分为状态切换、报警及严重故障三种等级。
状态切换是指排水机组的运行信号，阀门的全开、全关信号，就地柜的就地远程信号，系统工作模式等信号的切换记录。
报警指的是非致命性故障或不致影响系统运行的报警，例如系统检测的参数与正常运行的标准值有偏差，但还没有达到报警的阈值时系统会发出一般性预警。
严重故障信息指的是系统检测到已经影响系统正常运行的故障信息，包括电机电流、水仓水位、出水管压力和流量、电机故障、闸阀故障，并同时在调度室设有声光报警，让调度室人员能够及时发现故障。
5.系统特点
（1）地面控制中心：设置地面调度室，在工控机中配置上位机服务软件，需开发上位机组态画面，通过上位机实现对该系统及相关设备的远程监测和控制，形成以“集中控制为主，远程监测为辅”的控制模式，实现排水点的无人值守。
（2）工业以太网传输：设置网络化架构，在工控机、水泵控制主站以及单片机控制器之间均配备工业以太网通讯接口，通过环网交换机将以太网接入矿井工业以太网，将每台排水机组的监测信息传输至地面控制中心，实现数据共享。
（3）泵房控制系统：工作面小水泵排水自动控制系统解决了目前工作面排水需要井下工作人员手动操作，地面工作人员无法监测工作面涌水量及工作面水仓水位等信息，无法实现工作面排水自动控制问题。本系统采用型号为KXH24的本安型控制器，替代传统的PLC控制，其性能更优、处理速度更快，每台单片机控制器中独立配置CPU，可独立完成自动控制，本安型控制器之间通讯，无论中间任何一台设备出现问题，都不会影响其他排水机组的数据采集与运行。该通讯方式具有扩展性，可无线扩展。
（4）集控组网系统：具有良好的开放性和可扩展性，系统的软、硬件留有充足的扩展余量，控制器的I/O接口设计有不少于20%的备用量，以保证将来的技术和产品升级；硬件留有备用容量和网络接口，以便实现系统扩展和接入全矿井综合自动化平台，通过自动化控制，提高工作效率。
（5）控制方式：系统具有自动/手动控制/一键启动三种工作模式。
系统流程示意图
1.工控机，2.环网交换机，4.水泵控制主站
远程控制装置结构示意图
3.摄像头，5.单片机控制器，6.水泵电机，7.泵体，8.闸阀，9.传感器
排水机组结构示意图
本系统可自动监测多项参数，直观准确地反映系统工作状态以及各项参数，控制排水机组轮流工作，合理调度多台排水机组运行，提升矿井自动化水平，节能降耗，降低人工费用，保障矿井安全生产。适用于排水点数量多、分布零散、距离较远的排水系统。
