1、引言
　　
　　礦井涌水由井下排水系統排至地面，其能否有效、可靠地運行，關系到整個礦井的安危。我國礦井排水系統普遍采用人工操作，存在著勞動強度大、啟停時間長、效率低等諸多不適應現代化礦井管理的問題。對此，本系統以安全生產、節能降耗為控制目標，設計了煤礦多水平排水綜合自動化控制系統，可以有效簡化操作、提高系統可靠性、降低設備故障率，有效降低噸水排出費用，節約能源。
　　
　　2、綜合自動化控制系統的組成
　　
　　2.1硬件組成
　　
　　系統硬件結構采用三級網絡體系（現場層、控制層和管理層）來實現排水系統的自動化控制。兩層排水控制分系統采用相同硬件配置，整個系統布置結構如圖1所示。
　　
　　（1）現場層結構
　　
　　中央泵房和二水平的現場層主要利用遠程i/o實現，一臺就地箱控制一臺水泵。就地箱內安裝有et200m模塊化dp從站，并擴展數字量輸入輸出和模擬量輸入模塊。就地箱內模塊主要用來輸入球閥、閘閥等到位信號，輸出球閥，閘閥，合閘等控制信號，以及采集壓力、負壓、吸水井液位、水泵和電機的軸溫等模擬量信號。
　　
　　（2）控制層結構
　　
　　每個水平的控制層即利用西門子觸摸屏來實現對這一水平多臺水泵的集中控制，PLC選用cpu315-2dp模塊，cp340串口通訊模塊、cp342-5通信模塊、cp343-1以太網模塊。其中cpu模塊的mpi接口與施耐德的觸摸屏連接，dp接口與多臺就地箱連接實現Profibus-dp現場總線。利用串口通訊rs485接口與水泵啟動柜的綜保通訊，采集水泵電機電流、電壓、功率等重要數據。利用cp343-1模塊與上位機實現工業以太網，把現場實時數據傳送到地面。系統設立兩個水平的控制分站，要實現整個排水系統的統一調度和管理，兩個水平的控制分站之間需要交換必要的監測、控制信息。考慮到工業控制系統的可靠性，選擇基于cp342-5通信模塊的profibus-fdl通信和基于西門子mpi接口的mpi通信互為備用。
　　
　　（3）管理層結構
　　
　　管理層由上位機來完成，遠程計算機設置在地面集中控制室，利用intouch組態軟件和plc之間通過以太網進行通訊。上位機利用其opc客戶端驅動程序opclink建立和opcscout的連接，根據定義實時地從其中取得所需數據，放入自己的數據庫中。本系統中，plc控制柜與調度中心控制室相距較遠，而且現場干擾又比較嚴重，所以對通信系統的抗干擾性能要求比較高。考慮到以上兩點，本系統采用了以太網與光纖傳輸技術實現各分系統控制plc與調度中心監控終端之間的通信。
　　
　　2.2軟件組成
　　
　　軟件部分有plc程序、西門子觸摸屏程序以及上位機intouch的監控程序。這里主要介紹遠程監控及管理軟件設計。系統中各層控制分系統的plc控制柜是其當地集控中心，一方面起著就地集中監控的作用，一方面承擔與遠程監控計算機通信以實現遠程集控的任務。系統中各分系統plc與遠程監控計算機之間的通信采用工業以太網的方式，這里著重介紹遠程監控計算機與plc的數據交換的實現及監控軟件的開發。
　　
　　根據排水自動控制系統的實際需要，按照面向對象的設計方法，用通用化的組態軟件建立實時數據庫用于實時過程數據的存儲和處理；設計親切友好的人機操作界面，在實時數據庫系統的支持下使操作人員能夠非常方便地對系統設備進行監控；為用戶提供時間段的歷史數據和趨勢查詢以及報表輸出；提供過程數據的動態報警提示等。選用了上應用較為廣泛的intouch組態軟件。遠程監控計算機的監控系統是在采用opc和通用組態軟件的基礎上實現的開放式體系結構的監控軟件。（排水控制系統結構圖見圖1）
　　
　　intouch由一系列組件組成，包括可視化、獲取數據。歷史趨勢、報表和分析等工具。intouch可與其它wonderware軟件產品集成，有很大的靈活性。intouch提供的繪圖工具可生成各種各樣的矢量圖形和文本。標記名瀏覽器讓使用者從任何的factorysuite應用程序和任何其它支持intouch標記名字典接口的標記名來源。intouch賦予使用者對包括activex、opc、wonderware的suiink以及標準dde等所有工具的運用能力。尤其是wonderware及其合作廠商提供范圍廣泛的i/oserver，可供數以百計的zui常見的控制裝置使用，所有的i/oserver都提供dde和wonderware的suiink通信協議。intouch還支持分布式告警和分布式歷史趨勢。
　　
　　使用組態軟件開發用戶應用程序一般按照以下步驟進行：
　　
　　（1）根據工藝過程繪制、設計圖形界面；
　　
　　（2）建立數據庫；
　　
　　（3）將圖形對象與實時數據庫變量建立動畫連接；
　　
　　（4）運行和調試。
　　
　　系統的遠程監控計算機監控軟件就是通過按照上述步驟在intouch的基礎上進行二次開發實現的，實現了系統要求的所有功能。包括：現場數據采集和顯示；事故順序記錄；畫面調用與顯示；數據報表及打印功能；數據庫管理和查詢；事故自動報警；安全保護等。圖2所示為本系統監控系統軟件的體系結構圖。
　　
　　除了具備監測、監控功能外，將intouch工控組態軟件與用c#語言自主研發的管理軟件配合使用，通過解決intouch組態軟件數據庫與自主開發軟件的數據庫實時通訊的問題，具備強大的管理功能，在人員權限管理的基礎上納入了設備參數管理、設備檢修管理、設備故障管理（分析、處理預案），以設備基本信息及實際運行參數為管理依據，根據設備運行情況給出檢修維護方案（閘閥、泵體、管路等定期維護設備），根據故障信息給出處理預案（閥門故障、泵體故障等）。
　　
　　3、系統應用效果及特點
　　
　　3.1控制功能實現
　　
　　各項控制功能的順利實現是自動控制系統的首要目標，現場調試過程采取了分步調試的方式逐步實現系統的所有設計控制功能。
　　
　　（1）就地控制的實現
　　
　　對現場水泵機組逐臺進行電控改造，滿足電控要求后即接入控制柜進行就地控制的調試，實現執行機構的一對一控制。圖3為每臺水泵的就地控制箱。
　　
　　（2）井下觸摸屏集控
　　
　　就地控制實現后將現場傳感器采集數據及執行機構的控制變量納入半自動控制邏輯，并于觸摸屏監控軟件進行組態連接，實現井下觸摸屏集控，操作員在觸摸屏實施就地集中監測監控，監控界面如圖4所示。　　
　　（3）遠程集控
　　
　　井下集控實現后在PLC控制軟件中并入遠程控制點，遠程監控終端通過opc下發控制指令實現遠程控制，同時現場監測數據通過opc上傳至遠程監控終端的實時數據庫，遠程監控界面如圖5所示。　　
　　3.2控制系統特點
　　
　　本系統綜合應用plc、遠程i/o、現場總線、智能傳感器、計算機監控、以太網通信等技術，構建了完善的遠程監控軟件，軟件具有良好的開放性和擴展性，并利用實時數據庫的動態數據與歷史數據庫的靜態數據相結合實現礦井排水設備的遠程輔助管理。實現了對煤礦井下兩個水平排水系統的統一集中監測監控，具有無人值守功能，大大提高了煤礦井下排水系統的自動化程度及安全運轉水平。
　　
　　4、結束語
　　
　　本文針對煤礦井下多水平排水系統的特點，結合前*的工業控制技術，研究和開發了一套煤礦井下多水平排水自動化控制系統。在實際的運行中，還有一點不足。下一步我們將根據多水平排水系統的實際特點采取*控制與模糊控制相結合的優化排水控制策略，實現了以噸水排水費用zui低為目標的多水平排水智能控制。