本實(shí)用新型涉及一種排水控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于RS485總線的帶泵效控制的礦山排水系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通過自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和更加智能的液位監(jiān)測(cè)裝置的安裝，可以利用先進(jìn)的 PLC 技術(shù)和礦井用電的峰谷時(shí)段相結(jié)合起來，達(dá)到“避風(fēng)就谷”的自動(dòng)控制效果。據(jù)可靠數(shù)據(jù)顯示，我國煤炭的開采過程都是伴有大量積水排出井底的浩大的工程的，排水對(duì)一個(gè)礦井來說對(duì)其的開支也是一筆非常巨大的開銷。提升礦井排水自動(dòng)化、智能化水平，追求節(jié)能降耗是本課題研究的重點(diǎn)。煤炭生產(chǎn)對(duì)我國來說是十分重要的資源產(chǎn)業(yè)之一，礦井井下排水能否及時(shí)把積水排除關(guān)系著整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)。所以對(duì)整套排水系統(tǒng)有著很高的要求，要有高可靠性、高效率，并且要操作簡(jiǎn)便、能解放勞動(dòng)力。行業(yè)自動(dòng)化、智能化不僅僅是礦山行業(yè)的趨勢(shì)，也是目前各生產(chǎn)行業(yè)大環(huán)境下的必然趨勢(shì)。

礦井井下排水系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化研究對(duì)礦井生產(chǎn)來說是具有十分重要的意義的。目前我國已有一部分礦井采用了自動(dòng)化排水系統(tǒng)，但是自動(dòng)化程度比較低、不夠完善。排水用電基本上占全礦用電總量的 20%左右，是用電量非常大的一套系統(tǒng)，因此怎么樣能夠既能保證正常給礦井及時(shí)排水又能節(jié)省用電也是需要解決的一個(gè)非常重要的問題。對(duì)于傳統(tǒng)的礦山排水系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)方法有：模擬式，以單片機(jī)為核心的智能排水系統(tǒng)，基于計(jì)算機(jī)的智能排水系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在工作的時(shí)候，基本不考慮水泵的工作效率，其運(yùn)行成本高，此外，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，布線復(fù)雜，實(shí)施起來比較困難，基本不具備可擴(kuò)展性。在很多情況下，需要一種布線簡(jiǎn)單，操作方便直觀，運(yùn)行成本低廉的排水控制系統(tǒng)，對(duì)礦井水位進(jìn)行調(diào)節(jié)。

ADC數(shù)字采樣技術(shù)：ADC技術(shù)（電壓采樣技術(shù)），對(duì)于大多數(shù)電子測(cè)量儀器來說都是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電壓量來進(jìn)行測(cè)量的，ADC技術(shù)就是對(duì)得到的電壓或者電流進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)﹄妷翰蓸硬⑥D(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

數(shù)字總線技術(shù)：采用RS485作為通訊的手段，極大的簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有通信線與電源線兩個(gè)部分構(gòu)成，布線簡(jiǎn)單，方便。此外，從通訊距離上講，模擬信號(hào)隨著通信距離的增加，信號(hào)會(huì)大幅度衰減，在采用上述的ADC數(shù)字采樣技術(shù)后，將模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，通過數(shù)字總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)RS485的通信。該技術(shù)不僅確保了數(shù)據(jù)的可靠性，而且通信距離增加。泵效控制技術(shù)：采用多級(jí)響應(yīng)控制技術(shù)，在確保礦井安全的前提下，對(duì)于礦井的水流流量和電機(jī)工作所耗費(fèi)的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保系統(tǒng)工作在最優(yōu)的工作效率之下。

變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)：對(duì)于三相交流電機(jī)，可采用改變電源頻率的方法對(duì)電機(jī)的工作情況進(jìn)行控制。在排水系統(tǒng)中，根據(jù)當(dāng)前水位的情況，采用變頻器對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)水泵的無極變速，確保水泵工作在最優(yōu)情況之下。

目前，礦山排水系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法主要有：

模擬式排水控制系統(tǒng)：

模擬式排水控制系統(tǒng)采用的是模擬電路作為主體，通過對(duì)當(dāng)前水位進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量，采用人工干預(yù)或者簡(jiǎn)單的線性比較的方法來確定是否開啟電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。

基于單片機(jī)的智能排水控制系統(tǒng)

基于單片機(jī)的智能排水控制系統(tǒng)是采用了單片機(jī)作為控制核心，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的一個(gè)過程，一般采用的是模擬式直接輸入，或者重新設(shè)計(jì)相應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換電路，從而達(dá)到控制的目的。

傳統(tǒng)的礦井排水系統(tǒng)存在操作不方便，不能直觀的反應(yīng)問題，布線復(fù)雜等一系列問題，而這些問題給系統(tǒng)的施工方以及現(xiàn)場(chǎng)的管理人員帶來了或多或少的不便。一般礦山排水系統(tǒng)，基本不考慮能耗的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就在于提供一種解決上述問題，即具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展能力，也具有節(jié)約能耗的功能，利于推廣的基于RS485總線的帶泵效控制的礦山排水系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是這樣的：一種基于RS485總線的帶泵效控制的礦山排水系統(tǒng)，包括水倉，所述水倉內(nèi)設(shè)有數(shù)組水泵單元，所述水泵單元包括由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的水泵、進(jìn)水管和出水管，所述電動(dòng)機(jī)連接有一變頻器，所述進(jìn)水管上設(shè)有止回閥，出水管上設(shè)有電磁閥，每組水泵單元的出水管，分別連通第一排水管和第二排水管，所述第一排水管和第二排水管末端分別設(shè)有一排水閘閥；

還包括信號(hào)采集單元、RS485模塊和一PLC，所述信號(hào)采集單元包括設(shè)置在水倉內(nèi)的壓力傳感器、第一排水管和第二排水管末端的流量傳感器、水泵和電動(dòng)機(jī)的變頻器上的功率傳感器，各傳感器通過RS485模塊與PLC連接，所述RS485模塊還與變頻器的控制端連接；所述PLC還與電磁閥連接。

作為優(yōu)選：所述PLC的串口還連接有一觸摸屏。

作為優(yōu)選：所述水泵單元為三組。

本實(shí)用新型中，水泵單元為多組，可根據(jù)實(shí)際情況運(yùn)行，而壓力傳感器能獲取對(duì)礦井中的水位進(jìn)行檢測(cè)，將水壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行采集，可以獲得該礦井中水位的高低；

所述流量傳感器能獲取第一排水管和第二排水管上的流量信號(hào)，而功率傳感器用于獲取工作中的水泵和變頻器的有功功率信號(hào)，這些信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過RS485模塊發(fā)送給PLC，PLC經(jīng)過簡(jiǎn)單的處理和計(jì)算，發(fā)出控制信號(hào)直接控制電磁閥的開關(guān)，以及通過RS485模塊發(fā)送控制信號(hào)給變頻器，從而控制水泵的泵效。達(dá)到本實(shí)用新型泵效控制的目的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、布線簡(jiǎn)單。相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬式電路來說，采用RS485作為通訊總線，能夠盡量減少布線的數(shù)量，因此，該儀器的一次安裝實(shí)現(xiàn)方便，二次改裝時(shí)成本低廉，有利于系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。

2、控制精度高。由于方案中均采用數(shù)字信號(hào)作為數(shù)據(jù)傳遞的方法，相比較于模擬型號(hào)而言，數(shù)字信號(hào)不容易隨著線纜的長度不同而發(fā)生衰減，具有極好的穩(wěn)定性。

3、操作簡(jiǎn)便，顯示直觀。相較于傳統(tǒng)礦井排水系統(tǒng)，高精度小電容測(cè)量方案該方案毋需繁瑣的調(diào)整操作。

4、功耗低。該控制系統(tǒng)根據(jù)礦井中的水位，采用合理的控制手段，確保系統(tǒng)工作在最有頻率下，確保儀器整體的功耗最低。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型電路原理圖。

圖中：1、水倉；2、水泵；3、止回閥；4、電動(dòng)機(jī)；5、電磁閥；6、第一排水管；7、第二排水管；8、排水閘閥。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：參見圖1和圖2，一種基于RS485總線的帶泵效控制的礦山排水系統(tǒng)，包括水倉1，所述水倉1內(nèi)設(shè)有數(shù)組水泵2單元，所述水泵2單元包括由電動(dòng)機(jī)4驅(qū)動(dòng)的水泵2、進(jìn)水管和出水管，所述電動(dòng)機(jī)4連接有一變頻器，所述進(jìn)水管上設(shè)有止回閥3，出水管上設(shè)有電磁閥5，每組水泵2單元的出水管，分別連通第一排水管6和第二排水管7，所述第一排水管6和第二排水管7末端分別設(shè)有一排水閘閥8；

還包括信號(hào)采集單元、RS485模塊和一PLC，所述信號(hào)采集單元包括設(shè)置在水倉1內(nèi)的壓力傳感器、第一排水管6和第二排水管7末端的流量傳感器、水泵2和電動(dòng)機(jī)4的變頻器上的功率傳感器，各傳感器通過RS485模塊與PLC連接，所述RS485模塊還與變頻器的控制端連接；所述PLC還與電磁閥5連接。

本實(shí)施例中，所述PLC的串口還連接有一觸摸屏，所述水泵2單元為三組。

水泵2單元為多組，可根據(jù)實(shí)際情況運(yùn)行，而壓力傳感器用于獲取礦井內(nèi)水倉1的水位，將水壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行采集，可以獲得該礦井中水位的高低，所述流量傳感器能獲取第一排水管6和第二排水管7上的流量信號(hào)，功率傳感器用于獲取工作中的水泵2和變頻器的有功功率信號(hào)。

這些信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過RS485模塊發(fā)送給PLC，PLC經(jīng)過簡(jiǎn)單的處理和計(jì)算，發(fā)出控制信號(hào)直接控制電磁閥5的開關(guān)，以及通過RS485模塊發(fā)送控制信號(hào)給變頻器，從而控制水泵2的泵效。

本實(shí)用新型中，采用壓力傳感器對(duì)礦井中的水位進(jìn)行檢測(cè)，也就是水倉1內(nèi)的水位，將水壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過放大處理后，其電壓值輸出在0~10V，該電壓值正好與水位的高度成正比，通過這個(gè)電壓或者電流信號(hào)的采集，可以獲得該礦井中水位的高低，然后轉(zhuǎn)變?yōu)?85差分?jǐn)?shù)字信號(hào)，傳遞給PLC，而PLC根據(jù)功率、流量的關(guān)系，控制水泵2的工作，從而達(dá)到泵效優(yōu)化的目的。

泵效具體的優(yōu)化，可利用本實(shí)用新型結(jié)合簡(jiǎn)單軟件實(shí)現(xiàn)，例如，根據(jù)水位對(duì)響應(yīng)系統(tǒng)分級(jí)，什么水位對(duì)應(yīng)什么級(jí)別，什么級(jí)別應(yīng)啟用幾套水泵2單元，而水泵2單元中水泵2、變頻器的功率與水泵2的流量為多少，才能達(dá)到最優(yōu)效果，保證系統(tǒng)工作在最有效的頻率下，確保儀器整體的功耗最低。