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1、 井下泵房自动控制系统井下泵房自动控制系统 技技 术术 方方 案案 泵房无人值守系统 目目 录录 一.一. 概述概述 .3 1. 重要性.3 2. 现场情况.4 二.二. 设计依据与选型原则设计依据与选型原则.4 1. 设计依据.4 2. 选型原则.5 三.三. 系统组成及工作原理系统组成及工作原理.6 1. 系统组成.8 2. 工作原理.9 四.四. 系统功能及特点系统功能及特点 .12 1. 系统功能.12 1.1 工作方式.12 1.2 功能.16 2. 系统特点.21 五.五. 系统改造方案系统改造方案 .22 泵房无人值守系统 一. 概述 1. 重要性 矿井局部排水系统承担着排出井下
2、部分涌水的重要任务， 是保证矿井安全生产的关键环节。排水系统各种设备能否安全、可靠、有效的运行，关系到整个矿井的生产与安全。 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， 以使设备在无人职守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。 排水设备一般功率大，
3、耗电量多，传统排水只能靠人工手动控制泵的起停，无法利用排水设备与仓容，科学、合理的调度排水量与排水时间。因而传统的矿井排水方式普遍存在能耗大、效率低、生产成本高的缺点。 基于以上原因实现矿井排水自动化控制和地面远程监控： 第一可依据水仓水位起停水泵，提高水泵有效利用率，大大降低泵房无人值守系统 生产成本。 第二可减少看护人员，相应减少工资投入，并可充实设备维护检修队伍，提高维护质量，减少事故发生，变事故发生后的被动检修为主动的定期检修，提高设备的使用率。 第三可以保证安全生产，改善工作环境，提高劳动生产率。 第四可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。 第五通
4、过调整开停时间避开电力负荷高峰期，有效地削峰填谷，节约电费开支。 2. 现场情况 1、泵房水平为-331m，井口标高为622 米。 2、总排水管路有 2 条，DN：250*65。 3、 共 3 台功率为 450KW的水泵。 供电电压为 6KV， 流量为 280m3/h。 4、引水方式为真空泵和射流，真空泵功率：7.5KW。 5、安有矿井综合自动化环网接点，支持工业以太网。 二. 设计依据与选型原则 1. 设计依据 煤矿安全规程 ； 煤矿设计规范 ； 爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求GB 3836.4-83； 泵房无人值守系统 工业自动化仪表工程施工及验收规范 GBJ 93-
5、86； 工业企业通信设计规范 GBJ 42-81； 通用用电设备配电设计规范 GB 50055-93； 爆炸性环境用防爆电气设备通用要求 GB 3836.1-83； 煤矿通信、 检测、 控制用电工电子产品通用技术要求 MT 209-90； 远程终端通用技术条件GB/T13729-1992； 矿用一般型电气设备GB/2173-1990； 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性GB/T13926.24-1992； 煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求MT/T1008-2006； 煤矿安全监控系统通用技术要求AQ6201-2006； 煤矿监控系统主要性能测试方法MT/T772-1998。 2. 选型原则
6、 ? 符合煤矿安全规程第四百四十四条“井下电器设备选用规定” 。所有设备最低配置为“矿用一般型”设备，优先选用本安型设备和防爆设备。符合煤矿安全规程第四百四十四条“井下电器设备选用规定” 。所有设备最低配置为“矿用一般型”设备，优先选用本安型设备和防爆设备。 ? 符合煤安监技装字符合煤安监技装字2001109 号“关于公布执行安全标志管理的煤矿矿用产品目录（第一批）的通知” 、所有设备应有“安标” 。号“关于公布执行安全标志管理的煤矿矿用产品目录（第一批）的通知” 、所有设备应有“安标” 。 ? 选用可靠性高、智能型、先进性、可扩展型、兼容性强的设备。选用可靠性高、智能型、先进性、可扩展型、兼
7、容性强的设备。 ? 选用布线简单的设备。选用布线简单的设备。 ? 系统所选设备在工作安全可靠、 实用的前提下， 还要充分考虑技术的先进性。系统所选设备在工作安全可靠、 实用的前提下， 还要充分考虑技术的先进性。 ? 系统的硬件设计要充分考虑到将来扩充的需要， 控制器的选用要留有足够的余量。系统的硬件设计要充分考虑到将来扩充的需要， 控制器的选用要留有足够的余量。 ? 系统的网络接口要配置完善， 为将来集成其他采区泵房子系统或接入矿井信系统的网络接口要配置完善， 为将来集成其他采区泵房子系统或接入矿井信泵房无人值守系统 息化系统预留接口。息化系统预留接口。 三. 系统组成及工作原理 系统组成示意
8、图 1. 系统组成 本控制系统以 PLC 作为控制核心,触摸屏为显示和主要操作设备，通过 PLC 检测水泵设备和传感器等的信号，控制水泵、真空泵等设备和电动阀门、电磁阀等执行器。系统主要包括控制柜、配电柜、传感器和执行器等四部分。系统示意图如下图 1。 图 1 控制系统示意图 （1）控制柜：为矿用一般型柜体，主要由 PLC、触摸屏、中间继电器、信号变送器、以太网络交换机、开关电源、按钮和指示灯等元器件组成，具备信号采集、变换、处理、输出、显示、保护、故障报警和通讯等多种功能。 泵房无人值守系统 （2）配电柜：主要由断路器、接触器、热继电器等元器件组成，是电动阀门、真空泵、电磁阀等的配电回路。
9、（3）传感器：主要包括超声波液位计、超声波流量计、负压变送器、 压力变送器、 电机绕组及轴承温度传感器、 水泵轴承温度传感器、电机电压及电流互感器、阀门位置行程开关和过转矩行程开关等。 （4）执行器：包括电动闸阀、电磁阀等。 2. 工作原理 在泵房设一台控制柜，控制柜采用 PLC（S7300）控制，通讯协议支持 TCP/IP 协议，实现无缝接入矿现有综合自动化环网内。 地面画面组态需采用组态软件进行组态显示， 有整个泵房的总体运行画面，有单个水泵的运行画面，有历史曲线、报警记录、参数设置、 状态查看、 操作帮助信息、 水泵运行统计等画面， 要求画面友好，便于操作。 数据自动采集主要由 PLC
10、实现，PLC 模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，将水位变化信号进行转换处理，计算出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，控制排水泵的启停。电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，超限报警，以避免水泵和电机损坏。PLC 的数字量输入模块将各种开关量信号采集到 PLC 中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停。 系统自动控制过程示意图如下: 当水位上升时，水位传感器将信号传至起动器，由模块将信号转泵房无人值守系统 变为模块别的数字信号后，送至 CPU。CPU 对水位做出判断，超过规定水位，先后发出打开气路电磁阀指令
11、、水路电磁阀指令和电动闸阀指令，完成一台水泵的启动过程。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。 上述由采集模块采集的数据， 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（具有控制权限） ，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。 泵房无人值守系统 系统应用软件框图系统应用软件框图 泵房无人值守系统 四. 系统功能及特点 （7） （6） （4） （8） （2） （3） （5） 水 仓 水 位信息 控制器 主泵
12、电机开 关主泵 电机 自动闸阀 打开闸阀排水 水泵抽真空 系统 （1） 系统功能示意图 1. 系统功能 1.1 工作方式 单台水泵自动启动的过程为：启动抽真空系统、检测真空度、启泵、检测水泵出水口压力、打开水泵出水口电动阀。 停机过程则为先关水泵出口电动阀 ,后通过启动柜停止水泵。 泵房无人值守系统 a) 运行前状态检测 开泵前必须检查待开水泵的高压柜及电机综保的供电是否正常。待开水泵的各种显示是否正常，水仓水位显示是否正常，且应无故障显示。 b) 启动 系统根据水仓水位、速度的情况启动水泵： ? 自动 将工作方式选择开关打在“自动”位置； 当水仓水位高于上限水位时，计算机将自动选定射流管路和
13、待开水泵，按照所设定的运行程序，自动启动待开水泵。 ? 半自动 工作方式选择开关打在“半自动”位置； 选定排水管路； 选定待开水泵，并确定射流管路； 按下待开水泵的启动按钮，计算机将按照所设定的运行程序，自动启动待开水泵。 ? 检修 工作方式选择开关打在“检修”位置； 此方式远程启动不起作用； 控制方式见“手动” 。 ? 手动 工作方式选择开关打在“检修”位置； 泵房无人值守系统 选定排水管路，打开管路闸阀； 选定待开水泵，并确定射流管路； 开启射流； 观察真空表，确认泵体内已充水(否则不能进行下一步操作)； 启动电机； 打开所启动水泵的出水口电动闸阀，并观察电机、水泵运转情况是否正常； 关闭射流。 c) 运行 ? 水泵在运行期间，应经常进行以下观测，发现问题及时采取措施： -电压不得超过额定值的正负 5，电流不得超过额定值； -观察压力、真空和流量指
