煤矿水泵自动控制系统解决方案
一、 概述
煤矿水泵自动控制系统是根据煤矿矿井的实际情况，在原来的设
施基础上进行自动化改造，以使设备在无人干涉的情况下自动运行和
自我诊断的一套系统。通过工业计算机的决策控制，对设备的运行状
态、运行过程进行自动检测、自动控制，使设备达到最佳工作状态，
从而达到有效地节约能源、降低劳动强度、降低运行成本和延长设备
使用寿命等目的。系统综合了工业控制技术和现代软件技术，保证了
系统的稳定性和可靠性，并可与全煤矿自动化系统进行联网，作为全
煤矿自动化系统的一个子系统。
二、 系统功能和特点
1、 无需人为干预，由工业计算机控制，根据水位自动启、停
水泵，自动实现水泵的轮换工作，做出合理调度；
2、 系统具有过载、欠压、泄漏、超温、轴温等保护功能，当
出现以上状况或电机出现故障，系统自动停止该水泵的工
作，同时启用备用水泵；
3、 现场控制中心将采集的数据和调度策略传至地面指挥中
心，使地面指挥中心同步显示水泵运行工况，地面指挥中
心可以发出指令给现场控制中心，实现远端指挥；
4、 通过摄像机将水泵工况画面传输到现场控制中心和地面
指挥中心，使现场控制中心和地面指挥中心能够直观的看
到水泵现场的具体情况；
5、 本系统保留了设备原先手动控制方式，手动控制具有优先
控制权，保证了即使系统出现故障，也可以在手动控制下
实现水泵的正常工作；
6、 系统的实时性好，对各设备的运行工况能够实时监测、实
时控制；
7、 可以随时查询、打印实时趋势及任意时间段的历史趋势；
8、 人机界面显示的内容丰富、形象、直观，操作简单、易懂；
9、 软件中嵌入了大量的控制策略，可以根据实际情况做出不
同的决策，大大提高了系统的自动化程度和智能程度；
10、 根据不同时期的具体情况，可以对软件的运行参数进行调
整，以适应复杂的情况，提高了系统的适应性；
11、 系统能够进行远距离监控，并可无限扩展；
12、 软件对操作权限进行了划分，不同的值班人员具有不同的
操作权限，并能够对值班人员进行考勤。
三、 系统组成
整个系统由数据采集与检测、现场监测与控制、远端监控指挥三
部分组成。
1、 数据采集与检测。数据采集由DCS模块完成，模块检测
传感器状态，并将数据通过通讯模块传送至控制计算机。
主要采集的模拟量数据有：水位、主电机电流、水泵轴温、
电机绕组温度、电机轴温、排水管流量、真空度等；数字
量数据有：启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器状
态、真空泵工作状态、电动阀门状态、水泵出水口压力等。
2、 现场监测与控制。现场监测与控制部分由控制计算机、管
理控制软件、手动集中操作面板组成。控制计算机和管理
控制软件组成自动监控系统，负责将模块传输来的数据整
理分析，根据控制策略做出决策，并将数据记录存储。手
动集中操作面板与自动监控系统平行实现控制功能，直接
操作启动柜。
3、 远端监控指挥。远端监控指挥部分由计算机、管理软件、
网络传输部分组成，通过计算机网络，同步显示现场工况。
远端监控具有开放的接口，可以扩展功能或接入其他系
统。
系统组成示意图：
井下
光纤交换机
光纤交换机
光纤
工业计算机工业计算机工业计算机
工业计算机
RS-485
I/O模块
I/O模块
I/O模块
打印机
打印机
摄像机
摄像机
摄像机摄像机摄像机
工业计算机
泵组泵组泵组泵组泵组
四、 工作原理
当小井水位上升时，水位传感器将信号传至DCS柜，由模块将
信号转变为计算机可识别的数字信号后，送至控制计算机。控制计算
机对水位做出判断，超过规定水位，先后发出打开真空泵阀门指令和
打开真空泵指令至DCS柜，由DCS柜操纵水泵启动柜先打开真空泵
阀门后打开真空泵。同时真空传感器将真空度通过DCS柜传至计算
机，计算机判断真空度达到一定程度后，顺序发出关闭真空泵阀门、
关闭真空泵、启动主电机指令，DCS柜收到上述指令后操纵启动柜
完成相应动作。类似的，压力传感器或转速互感器将数据经DCS柜
传到控制计算机，计算机根据预设条件打开排水电动阀门。以上流程
完成一台水泵的启动过程。同时控制计算机不停的检测水位信号，如
果水位上升较快或水位达到另一规定的数值时，启动另一台水泵，直
到水位符合预设的要求。在启用水泵时选择空闲时间最长的一组，实
现水泵的合理调度。
在泵的运转过程中，电流互感器、温度传感器等设备将数据经
DCS柜转换传至控制计算机，从而对水泵的运行工况进行监控。如
果发现水泵运转异常（水泵轴承、电机轴承、定子温度超过设定温度、
管路出现漏水、过载等等），控制计算机发出一系列指令经DCS柜停
止水泵运转，同时启动备用水泵。在此过程中，计算机通过流量计、
电流互感器等设备将流量、电流、扬程等数据发出，计算机记录下这
些数据，供以后查询，并计算有效功率。
当小井水位降低到规定位置时，水位传感器将数据传至DCS柜，
DCS柜转换数据后传至控制计算机，控制计算机收到数据后做出判
断。控制计算机首先发出水泵出口的电动阀门的指令，同时检测流量，
当流量接近为零时，控制计算机再发出关闭主电机的指令从而关闭主
电机，完成关闭过程。
上述由控制计算机采集到的数据，通过光纤传至远端地面控制计
算机上，远端计算机同步显示水泵的运行工况。需要远端控制中心控
制时，远端计算机将指令通过光纤发送到现场计算机，由现场计算机
控制相应的设备完成预定动作。因此现场计算机比远端计算机有更高
的控制权。设备发生故障时可以在现场控制中心的控制面板上直接手
动操纵水泵的启停。
工作流程示意图：
五、 管理控制软件介绍
1、 软件运行环境：基于PC的工业控制计算机，奔腾133MHz
以上CPU、128MB以上内存，Microsoft Windows 2000及
以上版本操作系统。
2、 软件主界面：
从软件界面上显示的内容丰富，可以直观的看到各个水泵
的运行工况，水位的高低，观察到近期内水位走势，通过
水位的曲线图能够提前分析出水位变化，起到预警的作
用。
3、 软件用Visual C++开发，快速、稳定，控制功能强；软件
根据不同的环境和实际情况，采用不同的控制策略，具有
无可比拟的灵活和智能优势。
六、 现场视频监控
本系统除通过数据监控设备运行情况外，还可通过视频摄像机实
时观察到现场画面，两方面结合可取得如同工作人员亲临现场操作一
样的效果。
视频监控界面：
数字监控系统(JDVR)可集音视频数据实时采集与压缩、联动报
警、辅助设备控制、网络远程控制等于一体，数据压缩采用H.264算
法，声音与画质非常清晰、可将现场情况录制在硬盘中，以便于在需
要的情况下回查。
视频监控部分的主要特点.
稳定性高：系统各功能模块互不干扰，协同工作，即便在突然断
电的情况下亦也不会造成原有数据丢失，重新启动后会按照原配置信
息继续运行。
图像画质清晰：可采用Half-D1格式进行压缩存储，使得不论本
地还是远程均可以得到清晰的画质。
运行速度快：独特的线程处理技术使得系统在具有了高稳定性的
同时仍然保证了系统的流畅运行，相比同类产品，本系统可运行于更
低配置。
支持移动侦测、支持预置点设置和联动报警，（如瓦斯探测器）。
支持16路报警输入和输出，无需报警主机，报警输出支持声卡
报警和PC喇叭报警。
支持16路视频实时预览与压缩，支持16路音频输入。音视频实
时压缩和复合通过硬件完成，不占用CPU资源。
支持远程网络传输与控制。
全中文图形界面，操作直观，设置方便。
灵活的画面分割设置，支持11种画面分割模式，支持视频画面
的随意组合。
支持所有状态的自动记忆功能。
主要技术指标
系统支持16路视频输入、16路音频输入、16路报警输入、16
路报警输出。
视频压缩比特率、图像压缩质量灵活可调，录像文件每小时
40-160M。
支持独立的音频监听功能，监听、录音效果佳。
支持移动侦测功能，每通道可独立设置8个侦测区域。
支持无视频信号侦测与报警。
支持预览抓图与回放抓图功能。
录像回放支持单画面、四画面同时回放，录像文件可自动删除也
支持日志记录的查询、打印，支持系统信息查看。
支持用户管理与锁定功能。
七、 系统主要设备
按照一个泵组列出主要部分如下：
温度传感器
水位传感器（液位计）
流量计
真空传感器
压力传感器
电流互感器
摄像机
数据采集模块系统（包括模拟量采集模块、数字量采集模块、
控制模块）
RS-485/RS-232转换模块
工业控制计算机
视频监控主机（可选）
UPS
电磁继电器
控制面板
线缆
光缆
光纤收发器
交换机
24伏电源
打印机
操作台