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1、兖州煤业公司北宿煤矿一水平泵房改造接入 技术方案目 录1 概述31.1可靠性31.2安全性41.3经济性41.4扩展性41.5操作性41.6 主要特点42 标准和规定53 基本参数及结构63.1 泵房主排水目前概况63.2 泵房排水系统适用环境63.3 基本结构74 系统概况74.1 设备管理74.2现有工作方式85 技术要求105.1 基本要求105.2 系统功能116 系统设备组成136.1 可编程控制箱:136.2 就地控制箱146.3现场设备及检测部分146.4 主要传感器146.5 上位机及软件部分176.5.1组态软件186.5.2 编程软件186.6系统可靠性186.7 设备改造
2、186.7 PLC点位表197 控制模式197.1自动工作方式197.2自动工作方式217.3自动控制功能217.4手动控制功能227.5单机自动控制227.6就地手动控制227.7现场编程227.8组网功能227.9水泵运行计量/时间/运行统计227.10实时报警/报警记录238 控制主站238.1 PLC配置及功能特点238.2控制站特点248.3 监控系统具有的功能258.4主要监控设备268.5 控制主站工作环节278.5.1自动注水环节278.5.2闸阀操纵环节278.5.3水位自动监控环节288.5.4参数传示环节288.5.5故障保护环节288.5.6电动机的自动控制环节299网
3、络299.1现场级控制网络299.2分站间数据交换299.3远程监控网络2910管理系统3010.1 综合管理功能3010.2 控制策略3010.3 系统可靠性保障3011 网络3112 扩展功能3113 设备清单3214示意图321 概述煤矿井下排水泵房是煤矿生产的主要设备之一，实现井下泵房的远程控制与监测，是综合自动化建设的重要组成部分。目前,在矿井泵房的排水系统设计中 ,一般设置多台多级水泵。这些水泵电压高、功率大、运行工况复杂，人工很难做到实时监控。此外，对于水仓水位监测、泵房内设备的运行与管理等工作 ,普遍采用人工操作方式。传统模式操作过程繁琐、劳动强度大、人为因素多、启泵时间长、自
4、动化程度低，已不能适应现代化矿井管理的要求，因此，有必要使泵房水泵实现自动化控制。煤矿中央水泵房自动化设计是以系统安全、可靠、先进为设计原则，实现在安全生产指挥调度中心对泵房内所有设备进行网络监视和控制，从而做到泵房无人值守、设备安全可靠运行。目前，在矿井中央泵房的主排水系统设计中，根据矿井涌水量和有关规定，一般设置多台多级离心水泵，一组工作、一组备用，另外，还要设置用于轮换检修的水泵。这些水泵电压高、功率大、启动复杂。出于同样考虑，多敷设两条或两条以上排水管路。对于水泵启动前吸水管路的充水，通常采用抽真空吸水的方法来完成。至于这些泵房内设备的运行与管理以及水仓水位的观察，普遍采用人工操作方式
5、。该方式操作过程繁琐、劳动强度大、水泵启动时间长、自动化程度低、不适应现代化矿井管理，因此，有必要对中央泵房水泵进行自动化改造。1.1可靠性集控系统充分考虑到井下实际工况，选用了先进的技术、成熟的设备和传感器。主控站和分站核心部分采用德国西门子公司的PLC 300系列产品。该产品多年成功应用于煤矿井下，目前我国煤矿绝大部分提升机电控、皮带机集控、水泵集控等等，都采用西门子公司产品。控制网络采用光纤传输，具有稳定、可靠的特点，抗干扰能力强。在控制网络瘫痪时，具有井下集控和就地控制方式的应急措施。因故障查找或处理故障原因，需临时启动设备时，能将不必要的保护信号通过上位机临时屏蔽，一切正常后恢复。1
6、.2安全性所用设备完全满足最新版煤矿安全规程（2010版）的要求，井下控制设备采用隔爆型或本安型。水泵配置各种按安全规程规定的传感器，并设有起动时语音预告、故障报警，配置电铃打点信号。1.3经济性在满足系统要求的情况下，采用性价比高的设备，达到降低成本的目的。1.4扩展性考虑到将来系统的可扩展性，可方便的将未来的输煤设备融入到现行系统中来，并可扩展对系统实现更远距离的监控。所有主站和分站采用工业以太网传输，可以任意接入井下工业以太环网（1000M网）。1.5操作性本集控以集中控制操作为主，实现对整个排水系统的运行控制和数据监测。既可远程集中控制，也可就地集中控制和单台设备就地控制。1.6 主要
7、特点（1）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。该程序结构具 有清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。 （2）系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作，延长了水泵的使用寿命。 （3）系统根据电网负荷和供电部门所规定的平段、谷段、峰段，以“避峰填谷”原则确定开、停水泵时间，从而合理地利用电网信息，提高矿井的电网运行质量。（4）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，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。（5）在显示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、压力、温 度、电流、电压
8、等参数，超限报警，故障画面自动弹出，故障点自动闪烁。具有故障记录， 历史数据查询等功能。（6）系统具有通讯接口功能，PLC地面监测监控主机通讯，传送数据，交 换信息，实现遥测遥控功能。（7）系统保护功能有以下几种。超温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC 实现超限报警。电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障，并参与 控制。电动闸阀故障：由电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相等故障，并参与水 泵的联锁控制。（8）运行操作方式：远程控制、就地自动控制、就地手动控制、启动柜面板控制，选择4种操作方式之一。（9）水泵
9、运行计量/时间/运行统计：在地面控制站上应可分别对每台水泵的运行电耗、工作时间等进行统计，便于管理人员及时掌握每台水泵的工况。（10）具有打印功能：实时或按时间段打印相关设备的运行参数（如运行时间、电机电流等）和运行状态（如开停状态、故障类型、故障发生时间等）。主要数据保存至少三年，对数据进行综合处理，满足报表统计、曲线图、柱状图显示并能打印输出。2 标准和规定本技术规格中使用的标准如下。但不限于此： 爆炸性环境用防爆电气设备通用要求；GB3836.14-2000 爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备； 煤炭工业矿井设计规范相关制造厂商技术资料； 煤矿安全规程（2010版）； 电工
10、电子产品环境条件GB4796 电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB20062 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058 低压电器电控设备GB4720-84 电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施式及验收规范GB50171-92 低压开关和控制设备的外壳防护等级IEC144 可编程仪器的数字接口ANSI4883 基本参数及结构3.1 泵房主排水目前概况 北宿煤矿目前井下有4个排水泵房，这次需要改造的是一水平-220排水泵房。泵房设备主要技术参数如下：(1) 三台多级离心泵规格型号：200D43*9 扬程 387m 流量288m3/h (2) 三台隔爆型三相异步电动机电机型号：JR 4
11、40Kw 2975r/min 电压 6000V (3) 配套三台高压真空开关柜 电机型号：KGS1-08D 10KV 50Hz(4) 矿井最大涌水量 90 m3/h 矿井正常涌水量 81 m3/h (5) 矿井水仓深度 4.6m 水仓容量 3700m3(6) 三台手动闸阀(7) 排水闸阀6个 手动球阀12个3.2 泵房排水系统适用环境海拔高度不大于1200m；工作温度 060存储温度 -4085工作湿度 595%工作环境 无滴水及震动保护等级 IP54（不低于）防爆类型 矿用一般型环境温度 -5+40；3.3 基本结构排水装置有水泵,电动机,进水管,排水管,阀门和其他附件组成。从能量观点出发,
12、可将装置分成两部分:泵机组-由水泵和电动机组成。其中水泵的作用是把机械能传递给水,使水获得能量，电动机则把电能转换为拖动水泵的机械能,依次泵机组起着能量转化的作用；另一部分是管路-由进水管,排水管和管路上各种阀门管件组成,水在管中流动时消耗的能量用于克服阻力损失和提高自身的位能。后者是排水装置的最终任务。图3.2 15电动球阀；6电动闸阀和逆止阀；7泵体；8超声流量计；9压力传感器；10负压传感器；1112真空泵；13射流阀。4 系统概况4.1 设备管理近几年以来，随着矿井的开拓和采区的延伸，主要水泵设备管理越来越成为矿井大型设备管理的难点：1）每个水平排水泵房均设专人专岗，水泵操作采用工人手
13、工操作，劳动强度大，企业达不到减员增效的目的，而且人为因素的可靠性差；2）水泵工作状态由人为因素控制，设备磨损状态、工作时间、机械状态很难掌握；3）对水泵及电机的运行参数缺少监测，不能实现水泵系统的故障判别和报警，不利于水泵系统的安全可靠运行；设备检查检修管理依靠人为感知和经验判断，人为因素较大，标准性差，设备检查检修滞后于生产需要；4）矿井涌水量由人为历史数据统计计算，可靠性差；5）地面调度不能及时清楚地了解水位变化及水泵的运行情况，难以实现科学调度，造成系统能耗高，效率低，水泵系统运行成本费用高。尤其是多水平水泵分散独立控制模式下，对于多水平水泵同时向地面排水以及水泵联合排水的可预知性差，
14、造成了矿井排水费用猛增；因此，当前的多水平水泵排水系统状况与国家倡导的提高矿井综合自动化水平和节能减排的社会大环境远远不能相适应。故实施矿井井下多水平优化排水、实现井下多水平排水自动化控制与管理，成为我们研究的一个迫在眉捷的课题。4.2现有工作方式目前泵房为手动操作方式，值班人员根据水仓水位，决定泵的启停。对设备运行状况的监测，全靠值班人员的巡检来完成。目前泵房内没有配置用于检测的传感器及其它装置。水泵的工作流程为：一、开泵前的准备工作：1、 开泵前必须检测待开水泵的防爆电动阀门控制箱，防爆控制按钮的供电是否正常。2、 开水泵进行起动前的检查：（1）轴承润滑油油量是否适当，油质是否洁净。（2） 防护罩、进出水管路、联轴器的连接螺栓及轴向间隙是否妥当，接地装置是否完整，各部螺栓是否齐全、紧固。（3）盘根松紧适度，盘车23转，检查水泵转动是否灵活。（4）水仓水位处于高水位。二、起动：1、将隔爆高压真空磁力起动器面板上的选择开关打在“远控”位置；2、选定排水管路；3、打开出水管路电动阀门； 4、观察真空表，真空度应小于0.05MPa,并确认吸水管路及水泵充满水（否则不得进行下一步操
