1系统组成及其主要功能
高压电机智能控制系统如1所示。系统主要包括监控计算机、PLC （可编程控制器）、高压电机综合保护及起动器、现场按钮箱、微机综合保护器及水位传感器等部分，可以同时对多台排水泵高压电机实现远程图像监视、数据设置和智能控制，并具有自动报警、自动切换、运行数据记录等功能；系统设有现场手动、计算机手动和计算机自动三种操作方式；以节约能源原则确定多台水泵的运行时间，达到节能目的；对电机、线路进行短路、过载、过流、断相、漏电等全方位的保护。PLC微处理器和传感器作为系统的重要组成部分，从而赋予了系统以智能。
2控制系统设计方案
2. 1电机启动
电机一次回路采用高压真空断路器或真空接触器。由于真空开关适应频繁操作，因此可用于较频繁操作的矿井排水工程，避免了少油断路器须经常维护的缺点，大大减少了设备的维修费用和检修工时。对真空断路器或真空接触器分合闸所造成的过电压，可通过柜内的压敏电阻进行抑制，当柜外高压系统停电时，柜内设有储能装置，使断路能可靠地分闸。
绕线异步电机采用转子串接液体电阻起动。起动转矩大；可根据负载不同起动，电流限制在0. 8 51. 25倍额定电流之间，起动电流较小；起动过程功率因数高，可实现电机无级平滑起动，在电压较低的场合下也可正常起动；管理费用低，可靠性高，对电网冲击小；有利于保护电机和减少线损及电机功耗，具有一定的节能效果。
液体电阻箱内有连接电机三相转子绕组的静极和可升降的动极，它们均浸在液体中，三相间用复合材料绝缘桶进行绝缘。液体电阻起动器通过电机带动升降机，使动、静极之间的距离由大变化到小，调节电阻值由大到小。当起动完毕后，通过高压接触器短接开关，将液体电阻切除，电机进入全速运行。调整液体电阻起动器溶液的质量浓度，可改变电机转子电路的电阻值，满足不同的起动要求。液体电阻起动器适用于各种不同电压、电流和大中功率的绕线式电机。
设计中选择液体电阻启动器作为水泵高压电机的起动装置。在被控电动机的串子回路中串入三相液体电阻，液阻随电动机的起动而自动投入，阻值在预定的时间内无级减小，接近于零时，闭合旁路接触器（或真空开关）自动切除，从而使电动机的端电压逐步升高，转矩逐步增加，平滑无冲击软起动。
主回路中的真空断路器（高压接触器）、母线系统等均安装在封闭式五防柜中。柜内控制回路的直流电源由控制变压器二次交流电整流后获得，无须接入外电源。
主开关柜及电阻起动器柜均采用适合煤矿环境的正压防爆或其他防爆措施。
2. 2电机保护
继电保护设计是泵站电气二次设计的重要组成部分，关系到泵站的安全运行及泵站的自动化水平。电磁式继电保护作为传统的保护手段，至今发挥着重要作用，但存在着诸如保护回路元件多、设计复杂、精度不高、维护工作量大、继电器不能在线整定调试、不具备记忆和存储功能、不利于事故检查和事故分析等问题。泵站的正常运行不但需要继电保护能够正确的动作，而且还需要知道继电保护动作时电气设备运行状况以及各种电参数等。近年来微电子技术的高速发展，高性能、低价值的CPU及外围器件的出现，加之成熟的制造工艺，以单片机技术为核心的微机综合保护技术的不断成熟，在完成继电保护功能之外，还有较多的能力去处理传统上由另外一些装置完成的功能或者去实现过去没有实现的功能。
高压电机的微机综合保护装置集微电机、单片机、数字信号处理、网络通讯和液晶显示等技术于一体，通过对电机及线路的电流、电压以及断路器状态等信号进行实时高速采集、处理、传输，实现电动机和线路的保护、控制、数据监测、计量、信号传输等功能。线路的电流和电压信号通过CT和PT的二次侧传至保护装置的模拟/数字量转换接口，经采样并转换为数字信号，由CPU进行高速运算，进行判断和处理，输出的控制信号经隔离放大后可以分断真空断路器，实现电机和线路保护；多种测量数据可以显示在液晶屏上，并可用通迅口传输给计算机。继电保护的各种参数都可以根据电机及线路规格灵活设定。
2. 3计算机控制
传统的电机控制系统体积庞大，包含大量的电气元件，如时间继电器和中间继电器等。触点多、布线多、控制线路繁琐复杂，因而可靠性差，发生故障时查找不方便。可编程控制器是以微机技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，是为取代传统的继电接触式控制系统和其他顺序控制器而设计的。 PLC把继电器控制的优点与计算机的功能齐全、灵活性、通用性相结合，用计算机编程软件逻辑代替继电器接线逻辑的通用性自动控制设备，具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点，是一种较理想的新型工业控制装置。
本控制系统是以计算机和PLC为核心的SCADA监控系统。通过检测元件及各种传感器将现场工况、设备运行状态及电路状态等转换为电信号输入PLC，模拟量信号由PLC进行AD转换； PLC根据现场信号和操作员指令，进行逻辑连锁控制并输出开关量信号，经放大后控制真空断路器、接触器的投运和分断以及启动电阻的接入和切换。
PLC通过数字通讯接口将PLC的状态及现场、设备及电路的各种数据实时传送给计算机，计算机将各种数据以图形、动画方式直观地显示出来，同时将现场信号与设定值进行比较，实现自动报警。计算机还可实现所有数据的自动记录、存储，操作指令的输入和各种参数的设定；有关排水泵的所有操作均可以通过计算机鼠标轻松地实现。
2. 4操作方式
本控制系统设有三种操作方式：现场手动、计算机手动和计算机自动。
（ 1）现场手动方式。通过设在现场控制箱上的操作按钮，人工启动和停止水泵。只有硬接线方式的逻辑连锁起作用，微机综合保护装置对线路和电机的保护依然有效， PLC和计算机可以显示水泵和电机的运行状态、报警和数据记录，但不能对其进行控制和操作。这种方式设备层的操作，可以用于设备调试以及控制万一发生系统故障的情况。
（ 2）计算机手动方式。通过计算机鼠标单台操作水泵的启动和停止。所有硬接线方式的逻辑连锁和PLC中这台设备自身的逻辑连锁开始起作用，但水泵的运行与水位的高低和运行时间长短之间的连锁不起作用。这种方式主要用于设备的调试或人工干预的短期作业。
（ 3）计算机自动方式。操作员输入有关参数和指令后，水泵的控制完全由计算机自动地根据水位、水位变化趋势、每台水泵状况及累积运行时间，自动地确定投入几台水泵、哪台水泵运行及什么时候停止运行。 1台水泵运行中出现故障停机，另1台自动启动。每台水泵的本次运行时间及累计运行时间会被记录下来，当需要启动水泵时，计算机自动地首先启动运行时间短的水泵；当多台水泵运行时，会根据需要自动地先停止运行时间长的水泵。当矿井涌水量较大，水位达到报警低位时，启动1台水泵；水位达到高位时，启动2台水泵；一旦达到警戒水位时， 3台水泵全部投入运行。当涌水量开始下降，水位低于高位时，停止1台水泵；当水位低于低位时，再停止1台水泵。
3控制系统重要设备选型
（1）计算机。计算机采用研华工控机。基本配置为CPU PVI2. 8 G 256 M 60 G 17显示器，IPC610机箱。
工控机配1块CP5611通讯卡，以PROFIBUS DP方式与PLC通讯。
（ 2）可变程控制器。 PLC选用西门子公司的S7 300模块化可编程控制器， S7 300可扩展性强，网络功能强，具有多种功能模块，是一种性价比高、质量可靠的系统。具有的特点：模块化微型PLC系统，满足中、小规模的性能要求；各种性能的模块可以满足和适应自动化控制任务；简单实用的分布式结构和多界面网络能力应用十分灵活；方便用户和简易的无风扇设计；当控制任务增加时，可自由扩展；大量的集成功能使可变程控制器功能非常强劲。PLC的CPU选用S7300 CPU3152DP，具有一个内置的M PI接口和一个PROFIBUS DP接口。数字量输入及输出模块选用DC24V32点输入模块。模拟量输入模块选用8点4 20 mA输入。
（3）组态软件。工控组态软件WinCC6. 0是一个集成的人机界面（ HM I）系统和监控管理系统，是西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司强大软件功能的产物， WinCC是视窗控制中心（ Windows Control Center）的简称。它包括图形设计器、报警记录、标记记录、报告设计器、全局脚本、控制中心、用户管理等功能，可以进行高性能的过程耦合、快速的画面更新以及可靠的数据管理。
该软件操作方便，结构清晰，而且采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠；能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利地生成各种报表；具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能；既保证运行系统的高效运行，也可扩大系统的规模。
（ 4）超声波液位计。采用西门子公司的Probe BERO M 18一体式超声波液位计，可以连续测量水位的变化，量程可方便地调节。
这种液位计集传感器和电子单元于一体，能有效地测量敞开或密闭容器中的液位。 Probe易于安装和维护，其特有的专利声智能技术能可靠地处理回波。
超声波液位计利用脉冲传播到被测物并返回的时间经温度补偿后被转换成距离，用于显示、mA输出及继电器的动作。
（ 5）电机控制柜。电机控制柜主回路选用KKFZ 6起动柜，适用于煤矿爆炸性危险环境。主回路元件采用VD4真空断路器。启动装置选用GSDQ水电阻启动柜。电机电路如图2所示。
（ 6）微机综合保护装置。采用阿继电器的WDH 8/ 1型微机式电动机综合保护装置，适用于3 kV， 6 kV， 10 kV的各种系统（中性点、小电流、直接接地系统） ，作为大中型同步和异步电动机（数百千瓦以上）内部故障、过负荷等的保护，具有如下功能：
短路保护（正序速断保护） ；过负荷保护（过热跳闸、过热报警、热积累记忆功能） ；不平衡保护（负序过流保护，可选择定时限或反时限） ；接地保护（零序过流保护，出口可整定跳闸或发信号，可选择定时限或反时限） ；启动时间过长保护；堵转保护；低电压保护；电流纵差保护；CT断线告警；外部其他保护接口；显示实时电流电压值或热积累值；断电不丢失的9次动作记录及信号记忆功能；电源消失告警输出接点；通讯功能。
微机综合保护装置采用封闭、小巧、加强型、嵌入式机箱，插拔结构，抗强振动、强干扰设计，特别适应于恶劣环境，适合于开关柜上运行；硬件以高可靠性十六位工业级单片机为主体，所有元器件选用工业级低功耗芯片，集成度高，整机硬件无可调试环节，具有高稳定性、高可靠性；采用触摸按键，液晶显示器构成人机会话接口，所有操作均有菜单提示，工况显示直观，调试维护方便。
4结论
（ 1）煤矿泵房高压电机智能控制应用系统的设计着重从智能自动控制和电路保护两方面入手，对现有的高压电机控制设备进行改进、完善。改进后的系统据有较高的安全性、可靠性和节能性，自动化程度高，适用于煤炭及其他企业高压电动机的起动控制。
（ 2）系统采用模块化结构，具有通用性，可根据配置的水泵台数，扩充输入、输出点数量，软件及监控画面仅需要作小量更改。
（ 3）可以设多个监控点，在多处通过计算机监控水泵的运行。系统具有仿真功能，可以根据涌水参数及水泵参数进行匹配性的仿真检验。
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