[摘要]本文叙述了一种利用微型计算机（单片机）对煤矿井下主排水泵的自动控制，该系统可以定时控制水泵的启动和关闭，采集水泵系统运行参数，自动切换故障机组，具有声光报警，打印输出，计量电量，水量，工作时间及其累积汇总功能。吸收二氧化硫
[关键字]水泵 单片机 自动控制
0 前言
煤炭产业是我国的支柱产业之一，在国民经济中占有重要的位置。在煤炭企业发展的同时，煤矿安全问题日益突出。作为煤炭生产中的主要工作系统之一，煤矿井下排水问题在煤矿安全问题中占有举足轻重的地位，矿井涌水如果不能及时排除，将极大地威胁煤炭生产和井下工作人员的生命安全。
1 系统监测对象，要求和功能
1.1 系统检测对象
系统监测的对象是5台D250-60×9水泵及其套电机。吸水管独立，排水管公用，工作电压6KV。要求监测主排水泵及其配套电机的主要工作性能参数，温度，流量，电流，水位等。
1.2 系统的主要功能
（1）实时监测各水泵的流量，入口的真空度，出口压力。（2）实时监测各电动机输入功率，电流和电压。（3）实时监测吸水井的水位，超时报警。（4）输出每班和每月的报表。（5）满足水泵性能测定要求，自动输出性能测试报告以及有关曲线。（6）实现与上位机通讯和计算机联网。
1.3 主要技术指标
工作电压为127V±10%，测量精度满足GB3216—86，防暴等级为KY，通讯距离为5～10km。一般煤矿主排水泵为异步拖动，同步转速均为1500 r/min，工作转速稳定，为节省系统投资可不设定转速监测，也可以根据具体情况在上述主要功能的基础上扩展。
2 系统的组成和工作原理
2.1 系统的组成
水泵控制系统分为井上和井下两个主要部分，采用微机和单片机来实现分布式实时控制。上位机是设在中央变电所主控制室的80846DX4-S微型机，下位机是设在井下中央泵房的单片机MCS-51，两者通过调制解调器及数据线来实现数据传送。 2.2 采集重构上位机的结构组成
上位机的作用是接收并储存下位机发来的数据，输出各种报表及汇总数据，并向单片机发出各种控制命令，实现远程控制，单片机的作用是完成水泵的定时启动，低水位停机，测控水泵及电机的轴承温度，填料温度，定子温度，监视电压，电流，功率等参数，并接收上位机发来的控制信息，自动切换故障机组，对现场进行实时控制。上位机配打印机，软盘驱动器，显示器和调整解调器电机线圈绕线机MODEM。
2.3 下位机的结构组成
下位机由压电陶瓷驱动电源MCS-51系列8031单片机构成，应用8255A作并行I/O扩展借口芯片，应用EPROM2764固化主控程序，应用6116作为RAM程序数据存储芯片。水位，电量，温度和
流量等参数通过相应的传感器经过放大滤波，多路开关和采样保持器送入数模转换器ADC0809。系统有56路模拟量输入信号，每个泵有9个参数（3个电量，6个温度）2个水位和三个流量参数。由于ADC0809只有8位模拟量输入引脚，所以A/D转换板上采用了7个ADC0809及其译码电路。由于ADC0809具有数据锁存功能，其输出端口可直接与数据总线相连。
2.4 原理概述
执行机构，电磁阀，真空开关，电动阀门等开关量信号的输出，输入均通过光电藕荷器隔离后送出。用“0”“1”代表每个执行机构的开关状态。单片机补充输出的开关量用以控制继电器，接触器等执行机构动作。
显示面板有16个LED数码管组成。分别显示泵号，故障号，水仓号，水位值及其它的运行参数。显示面板有4个警报灯，指示欠压，过负荷，水位超越和温度越限。数据通讯采用半双工方式，通过RS-232标准接口与调制截调器相连，数据传输率为300BPS。
3 控制系统软件设计与程序流程
3.1 控制软件的组成
井下泵房微机控制系统的软件是由两个部分组成的。其一是上位机程序，其二是单片机控制程序。上位机程序包括系统命令程序和数据处理程序，系统命令程序是向单片机发送控制命令，打印运行记录和汇总，查看数据等；数据处理程序负责建立数据文件，打印故障状态，打印运行日志，并存储一定时间内的运行参数。
单片机的程序采用模块式结构，包括主程序，子程序和中断服务器程序等。主程序的作用是对系统进行初始化，测量各种参数和控制系统运转。子程序主要分为数据采集，标度变换，故障处理，数据传送和显示子程序。中断服务程序主要有时钟服务程序等
3.2 井下泵房微机控制系统程序流程
无线发射电路3.2.1 控制系统的程序流程
（1）开机后系统首先检测水位，①如水位高于危险水位，则优先启动水泵；②如果水位低于危险水位时候，就要看是否达到启动水泵的时间；③如果时间已达到，还要检测电网的负荷情况。若电网负荷不高，立即启动水泵进行排水。④在启动水泵时间也还没达到的情
况下，若上位机输入启动命令，且电网负荷不高，也立即启动水泵。⑤如水位高于危险水位，则优先启动水泵。在启动条件满足后，打开电磁阀，启动井下主排水泵进行排水。如果某台水泵因为检修或者故障，则系统自动跳过该台水泵，启动另一台可以正常运行的水泵。
（2）CPU在输出打开电磁阀的指令后，水泵的射流系统开始抽真空，系统判断是否达到真空度，真空信号由电接触点真空度表读出。按照规定水泵应在300S内完成启动，因此达到真空度的同时，还有一定的时间限制，该时间定为255S。若在255S内有真空度信号，则合上真空开关电磁阀门，开启电动阀门。电动阀门启动开启10s后，系统置水泵为运转状态，开始测量机组的运行参数和压力。如果水泵不能上水，说明此时压力降低，当压力低于3.9MPa时，系统自动停止水泵运行。
3.2.2 系统的记录功能
各个执行机构动作后，都有一个相应的表示设备状态的开关量信号返回。在某一执行机构动作后，便检查该执行机构的返回信号。如果没有返回信号，说明此机构已出现问题，就换另一机构启动，并显示故障位置，使已经动作的个执行机构恢复初始状态，置该机组为
故障机组，进入检修封锁状态，并由上位机打印出故障现象。水泵运行后，系统便检测电压，电流，功率，电机定子，轴承的温度，泵体的填料以及其他参数，并送达到LED数码显示管，每点显示2s。所有点的物理量参数都通过传感器转换成0～防臭鞋垫5V直流电压，输入到ADC0809模拟量通道，并由A/D转换器转换成数字量。系统对每一次采样数据都同前几次的值相加，并取其平均值进行滤波处理，该值即为本次采样的有效值，进行标度变换后再转换成物理量。
4 井下的自动排水系统对矿井的意义
①节省传输线路铺设和维护费用；②提高对设备的故障分析和判断能力，减少停机事故；③加强对辅助运输的调度与管理，提高运输能力；④减少人工操作失误，增强操作系统得可靠性，延长设备使用寿命；⑤搭建传输平台、数据平台和监控平台，一次投资，长期受益；⑥在地面集中监测监控，井下减员增效，减少井下人员伤亡的可能性；⑦集中监测、监控，实现无人值守、定期巡检，有效降低生产成本；⑧提高整体集成水平，发挥自动化系统的综合效益；⑨实现煤矿管控一体化，提高煤矿的安全生产调度水平。
5 小结
在我国煤炭企业中，深井大涌水量的的矿井占有相当大的比例，煤矿井下排水设备是煤矿安全生产的关键设备，也是煤炭生产的主要能耗设备。有效地控制排水系统，使其高效低耗、经济可靠地运行对煤矿安全生产具有十分重要的意义。
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