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1、煤矿泵房水泵自动化控制设计方案 煤矿泵房水泵自动化监控系统技术方案淮南市润金工矿机电有限公司二零一六年五月35一、方案（一）、 概述随着计算机控制技术的迅猛发展，以微处理器为核心的可编程序控制器控制已逐步取代传统电气控制，普遍应用于各行业的自动化控制领域。煤炭行业也不例外，但目前煤矿井下主排水系统仍多采用传统电气控制，水泵的开停、选择切换均由人工完成，做不到根据水位或其它参数自动开停水泵，这将严重影响到井下主排水泵房的管理水平和经济效益的提高。以微处理器为核心的可编程控制器（PLC）的控制，此种控制应用广泛，性能稳定，具有以下特点：1）现场可编程，可以根据不同的控制对象灵活编程。2）产品货源丰
2、富，可以选择各种不同的PLC产品3）逻辑控制能力强，可满足不同的控制对象。4）组网方便，选择不同的通讯模块可组成各种网络结构。鉴于PLC的先进性和可靠性，我公司对水泵及其附属的抽真空系统与管道电动阀门等装置实施了PLC自动控制及运行参数自动检测，动态显示，并将数据传送到地面生产调度中心，进行实时监测和报警显示。系统通过检测水仓水位和其它参数，控制水泵轮流工作与适时启动备用泵，合理调度多台水泵运行。系统通过触摸屏，以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、电机运行电压、电流、功率、电机温度、轴承温度、水泵轴承温度、排水管流量等参数，并通过通讯模块与综合监测监
3、控主机实行数据交换。本系统具有运行可靠、操作方便 、自动化程度高等特点，并可节省水泵的运行费用。（二）、改造原则及目的系统由控制部分、检测部分、执行部分组成。由于系统控制要求复杂，又考虑到中央泵房和中央变电所硐室环境条件，控制部分和控制核心选用高性能可编程序控器。检测部分分为两部分：一是模拟量检测部分。其主要由水仓水位传感变送器、流量传感变送器、高压柜综保单元、压力变送器、负压变送器、温度传感变送器等组成，此部分用于中央泵房主排水系统运行参数的检测。二是开关量检测部分。将高压启动柜中的真空断路器状态、电动阀的工作状态与启闭位置、等开关量信号接入PLC，可检测系统运行状态。而执行部分则由就地控制
4、箱及所控制的对象组成，可完成对水泵、电动闸阀、电动阀、高压柜等设备控制。改造原则：本次改造本着技术先进、安全可靠、实用合理、维护方便、节能高效、经济合理的原则。改造目的：1、实现在地面集控室对井下排水点控制、监测、调度等功能；在调度中心监测或监视水仓水位、压力、各关键点温度等参数，显示水泵运行的电流、电压、功率等参数及水泵运行状况；2、在集控室可启动或停止水泵的运行，开、关闸阀；实现单台水泵控制和多台水泵智能优化控制，根据水位高低自动停止或投入备用泵台数，提高水泵有效利用率，降低成本，节能增效。3、实现设备的遥控、遥调功能。4、减少看护人员，并充实设备维护检修队伍，提高维护质量，减少事故发生，
5、变发生事故后的被动检修为主动的定期检修，提高设备的使用率，实现减人增效。5、保证煤矿安全生产，改善工作环境，提高生产率。6、有效的保护水泵电机等设备，延长使用寿命，减少事故停机时间，提高排水能力。7、有效的提高突、透水事故的应急处理能力，防止灾害的发生。(三)、方案概述建立独立的地面监控室，初步形成自动化监控平台。在井下排水点建立自动化监控子系统，接入新设水平基站，信号通过以太网传输到地面监控室，通过上位机实现对井下各设备自动化监测、监控。主要功能：1、实时监测水仓水位，当水位达到上限时能够报警，自动开启水泵；当水位达到下限时，自动关闭水泵。2、实施监测水泵各工况参数，包括水位、流量、电压、电
6、流、压力、功率、温度、真空度、闸阀开启度等。3、具有数据分析功能，对水泵的效率、电耗、工况点等进行分析，确保经济运行。4、当水泵出现故障时，能够及时报警，并能够自动开启备用水泵，不能满足排水能力时，根据水量情况自动确定开启水泵台数。5、 实现远程编程、现场编程、完善修改系统功能。6、 地面集控室能远程开、停水泵，实现泵房的无人值守。 （四）、系统功能及特点：（一） PLC控制程序采用模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。该程序具有结构清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。（二） PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入
7、和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。 （三）系统具有通讯接口功能，PLC可同时与操作屏及地面监测监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现水泵自动监控功能。(四)在操作屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、电流等参数，超限报警，故障点自动闪烁。具有故障记录，支持历史数据查询等功能。(五)其它要求：就地手动工作方式：各水泵的启停控制均有就地开关柜人工操作按钮进行，在PLC控制柜上不能开启水泵，只保留在触摸屏控制水泵外围设备（如电动闸阀、电动阀、真空泵等）开启、关闭（停止）的按钮。 集中控制工作方式：根据水位等参数，人工选择需要开启的水泵和数量，按操作面板上的相应按钮，即可实
8、现单台或多台泵的开启、停止等操作，实现水泵的一键开启或停止。远程控制工作方式：在地面计算机监控画面上，在有一定的授权权限条件下，根据水仓水位情况，通过计算机鼠标来控制相应水泵的启停。系统在正常运行过程中，不管工作在何种工作方式，均可实时将中央泵房、泵房现场的各种运行参数、设备状态通过通讯网络传到地面监控计算机。(五)、系统实施方案设计一套排水自动监控系统，该系统主、从站之间通过485总线形式通讯，从站通过485总线与上位机通讯，来读取数据。该系统可以通过以太网和地面调度中心通讯实现数据共享，可以通过MPI总线形式与泵房内就地操作屏通讯实时显示数据并可对系统进行运行控制。具体方案：1、设备现状共
9、有H排水泵 3台，配用防爆电动机。额定电压660V，一台工作、一台检修二台备用，真空泵两台，用于启动引水，一用一备。启动装置采用QBZ隔爆开关。设两个水仓，四个吸水井互相贯通。2、硬件改造（1）每台水泵配备一台控制主机，用于传感器采集信号控制单台水泵开停，显示信息。再安装一台10.2触摸屏的PLC主站，用于排水自动化控制子系统和变电所自动化子系统接入。（2）系统传输。对排水处水泵及水泵管道电动阀门等装置实施PLC自动控制及运行参数自动检测，动态就地显示，并将数据传送到地面监控室，进行实时监测及报警显示、故障历史查询、模拟量曲线显示和报表打印。信号采用总线传输方式，排水自动化控制系统信号可接入全
10、矿控制基站，通过485传输到地面监控室，实现地面监控。3、软件方面的安装调试1）自动控制方式 根据工况设定，以及时间、水位、煤矿用电负荷等参数自动开启、停止水泵的运转，对运行中的各种参数进行实时监控。通过接口向上传送数据，对全矿井涌水量进行监测，根据全矿井供电负荷调整要求，按预定的工作程序进行定期排水，实现矿井排水优化控制。并根据水仓水位情况自动控制排水泵的开停。2）半自动控制方式此种方式下，操作人员可在PLC主站上实现一键开泵，程序自动执行启泵的全过程，可大大减轻工人的劳动强度，提高操作的可靠性。3）就地控制方式各设备工作方式打到就地位置时，可直接在每台水泵的控制主机上人工手动控制。此方式主
11、要用于设备检修时。（六）、系统优越性1、先进性：系统为当今工业控制系统的领先产品，地面控制主站采用计算机进行优化控制，水泵控制分站为国内领先的本质安全型控制器。系统可对整个控制过程进行集中监控，能实时采集和显示现场各生产环节设备的运行状态，具备数据处理及与全矿井综合控制系统联网功能。2、可靠性：总线具有自诊断功能和故障处理能力，保证系统的可靠运行。系统软件接口均采用国际标准OPC接口，稳定性高连接方便。3、可扩展性：系统的软硬件留有充足的扩展余量，以保证将来的技术和产品升级。4、易操作性：用户无须进行任何编程，只需按照系统提示进行相应操作即可。5、总线各设备采用接插电缆连接，易于安装和拆卸。6
12、、选择的计算机和系统软件留有备用容量和网络接口，可以方便地实现系统扩展（如增加其他保护装置等）和接入全矿井综合自动化平台。（七）、软件系统1、软件组态基于亚控组态软件的设计与实现，主要包括以下几个步骤：画面创建、动画连接、I/O设备设置、创建实时数据库、数据连接。2、画面创建根据系统的特点，设计了实时控制主画面、系统结构原理画面、实时曲线画面、历史曲线画面和历史报表画面。系统的控制原理以及数据的传输方向，可以更好地了解监控系统的控制流程。实时曲线画面和历史曲线画面用于显示被测量、被控量以及设定值的实时与历史变化趋势。实时曲线画面和历史曲线画面用于显示被测量、被监控量。该系统宜于被操作人员很好的
13、掌握和使用。历史报表画面提供了一种浏览和打印历史数据的工具，还可以利用亚控软件子图中的ODBC把历史报表中的数据导入到Excel文件中，进行对数据的离线分析研究。3、画面连接动画连接是指画面中图形对象与变量或表达式的对应关系。建立连接后，在监控系统运行时，根据变数据变化、图形对象改变其颜色、大小等外观，文本会进行动态刷新。这样就可以将现场真实的数据反映到计算机的监控画面中，从而达到监控的目的。4、I/O设备设置I/O设备设置是指对包括应用程序的“软件设备”和现场数据交换的硬件设备在内的广义上I/O设备驱动程序进行配置，使其与组态软件建立通讯，构成一个完整的系统。在被监控系统中，对数据采集模块进
14、行了设备名称的定义、地址的分配、通信方式的选定等操作。5、创建实时数据库实时数据库（DB）是整个监控系统的核心。它负责整个系统的实时数据处理和历史数据的存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理，完成与过程数据采集的双向数据通信。在该系统中，经过创建点参数、定义I/O设备、数据连接等几个步骤便可以完成数据的创建。（八）、系统设备管理功能 1、基本参数显示、修改。设备运行时，水位、压力、流量、泵效、温度等模拟量参数阀值的自动调整和远程整定。（1）报警参数记录。（2）参数报警限设定。（3）报警允许设定。（4）报警越限声音和颜色提示。2、检修计划安排每个设备都有各自的检修周期，以固定时间段检
15、修设备会造成检修浪费或者是检修不及时导致系统停止运行。本系统可以依据设备的检修特性，自动调整各主要设备的检修时间间隔，实现最优检修安排。（1）主设备起停次数统计（2）设备检修时间提醒3、设备使用信息管理提供主设备检修记录、更换记录、使用时间、设备购买时间、地点、售后服务情况等信息以及备件情况，方便设备维护。4、设备自检功能主要设备提供自检功能，上位机程序对设备故障进行报警。设备的主要故障类型实现报警提示，帮助运行人员诊断设备故障。5、故障诊断功能系统提供故障诊断功能，通过实时监测排水压力、真空负压、排水流量、电压和电流参数的变化实现对水泵不上水、压力不足、排水效率降低、启动负荷大、轴承过热等故障的诊断，降低系统故障时间。6、水泵故障记录记录故障类型、故障时间、故障参数。7、故障预案处理报告依据实时监测参数提供水泵故障预案处理报告，方便运行人员及时维修。8、水泵运行记录实时监测水泵电气参数、各传感器参数等实现排水时间、水泵功率、扬程等监测9、水泵性能评估通过排水泵运行时间、耗电量和排水量统计，绘制水泵效率曲线，如果效率曲线发生变化时及时更改水泵参数，实现最优控制，并给出相应的评估报告。（九）、上位机组态软件介绍工控组态软
