基于分布式控制的煤矿多级排水监控系统

•152•ELECTRONICSWORLD・技术交流基于分布式控制的煤矿多级排水监控系统天地（常州）自动化股份有限公司蒋伟【摘要】介绍了一种基于分布式控制的煤矿多级排水监控系统，给出系统架构、控制原理。该系统已在某些矿山得到应用，结果表明其明显提升了多级泵房排水控制水平，运行效率高，取得了良好效果。【关键词】分布式控制；多级排水；监控系统0引言排水系统是煤矿生产的重要保障，它是矿井安全生产必不可少的一项重要装置，这就要求排水装置必须能够安全可靠地运行[1]。有些煤矿采用多水平开采，在各个水平都有排水泵房，采用多水平联合排水，这种排水方式和一般的直排方式相比具有更高的控制难度，容易造成邻级泵房的空吸或者淹巷，给煤矿生产带来不安全隐患。针对这种现象，笔者设计了一套基于分布式控制的多级排水监控系统，在原有的排水系统基础上，实现各级泵房之间的信息共享，采用更加智能的控制策略，减少排水系统操作人员工作量，降低劳动强度，结合各水平水仓水位变化充分提高矿井排水系统效率，使水泵排水系统能够安全可靠、节能高效、经济合理的优化运行。1分布式系统简介分布式控制系统(distributedcontrolsystems，简称DCS)，又称为分散控制系统，分散型控制系统，集散控制系统。其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便，分布式控制系统具有可靠性高、开放性好、应用灵活、易于维护、方便协调、控制功能齐全等优势。煤矿井下的分散型控制系统是以控制分站为基础，以危险分散控制，操作和管理集中为特性的新型控制系统。它摆脱了传统点对点连接的束缚，打破了控制系统在空间位置上的限制，拓宽了控制活动的场所，降低了系统连接的复杂性，减少系统的重量和体积，能够增强系统的灵活性和可靠性[2]。图1控制系统架构示意图2系统组成2.1系统架构系统基本架构如图1所示，主控器放置在集中控制室中，负责整个系统若干个泵房的的排水管理和调度任务。每个水平排水泵房设置控制机，分别完成各个相关工艺设备的集中控制任务。系统控制采用三层网络结构体系，即信息层、控制层、设备层。信息层在控制室组成局域网，监控主机通过以太网卡与各泵房PLC主机连接数据交换。控制层通过PLC实现集中控制室对各系统设备的集中监测控制。设备层各参控设备通过控制电缆与本地IO模块连接实现各离散信号及模拟信号的监控。2.2各水平控制站组成各个水平设置独立的控制站如图2所示，控制站中已PLC可编程控制器为核心，包含排水相关的传感器、控制器、保护器等，每个控制站可以单独控制本级泵房中的所有排水设备，同时将重要的系统信息（如水仓水位、涌水量、排水能力）上传到主控器，为主控器协调运行各级水平的控制设备提供判断依据。图2各水平控制站示意图3联合排水控制逻辑为了达到协调各水平泵房联合运行的目标，系统在联合排水的运行逻辑上做了针对性的设计。首先，制定排水控制基本策略表，判断本水平的当前水位状态，结合相邻上水平和下水平的水位状态，做出判断。例如，在本水平高水位时，上水平在高水位，下水平在低水位时，应当增加本水平、上水平排水能力，同时减少下水平排水能力。其次，基本策略表中存在不能直接给出判断的情况，如本水平和相邻水平都是高水位状态，这时需要根据其他因素进行综合风险评估，例如各水平的水位相对偏差程度、涌水量变化、排水能力、发生涌水后产生的影响等综合考虑，确定当前的排水策略。再次，在已有的策略基础上，系统借助于神经网络训练学习算法，对排水策略进行建模。神经网络灵活性很大，适合处理非线性、没有特定规律的复杂问题，在优化、信号处理与模式识别、智能控制、故障诊断等许多领域都有着广泛的应用前景[3]。通过不断的（下转第168页）万方数据•168•ELECTRONICSWORLD・技术交流-40-20020406080100120T/℃0.840.860.820.880.900.92Vref/VP1:(29.00,0.87)P2:(-40.00,0.87)dx:69.00dy:4.12ms:59.74uttP1:(28.61,0.81)P2:(-40.00,0.81)dx:66.80dy:3.90ms:58.31uP1:(28.61,0.92)P2:(-40.00,0.92)dx:68.16dy:4.10ms:60.09ussff图5不同工艺角下基准电压vref温度特性曲线（2）在不同的电源电压下：基准电压vref温度特性曲线-40-20020406080100120T/℃0.8650.870.875Vref/V1V1.2V1.4V1.6V1.8V2.0V2.2V2.4V2.6V2.8VVDD=3V图6在不同的电源电压下：基准电压vref温度特性曲线仿真结果表明：在-40℃-125℃范围内，1-2.4V工作电压下温度系数TC基本稳定在22-