煤矿泵房水泵自动化设计实施方案本

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1、煤矿泵房水泵自动化监控系统技术方案零一一年八月远控终端I就地箱控制柜水泵机组、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）产品货源丰富，可以选择各种不同的PL

2、C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控主机实行数据

3、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碉室环境条 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

4、控制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、流量、压力、真 空度、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、遥测、遥信、遥调功能。4、减少看护人员，并充实

5、设备维护检修队伍，提高维 护质量，减少事故发生，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（三卜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

6、、实施监测水泵各工况参数，包括水位、流量、电压、电流、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、当水泵由现故障时，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、可与电力监测系统、煤矿安全生产检测系统联网，实现远程检测监控。7、系统应具有以水仓水位为主，结合分时计费和“避峰填谷”原则，确定开停水泵时间。8、 地面集控室能远程开、停水泵，实现泵房的无人值守。系统结构图K X a（四）、系统功能及特点：（一）PLC控制程序采用

7、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，自动投入和退 由水泵运行台数，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）系统保护功能有以下几种：流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达

8、不到正常 值实现报警，具有通过流量保护装置使本台水泵停止运行， 自动转换为启动另一台水泵的功能。电动闸阀故障：由闸阀的限位、开度指示检测故障，并参与 水泵的联锁控制。（六）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

9、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。（五卜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 prof-bus 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、设备现状共有H排水泵4台，配用防爆电动机。额定电压6KV , 一台工作、一台检修二台备用，真空泵两台，用于启动引

10、水， 一用一备。启动装置采用高压电抗式软启动系统。设两个水仓，四 个吸水井互相贯通。2、硬件改造(1)配备电控高压配电装置。泵房内设水平基站一台， 用于排水自动化控制子系统和变电所自动化子系统接入，安 装PLC就地控制箱。(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矿控制基站， 通过光缆传输到地面监控室，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

11、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控制柜上实现一键开泵，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，可直接在开关柜上人 工手动控制。此方式主要用于设备检修时。（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

12、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、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

13、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ODB

14、C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

15、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。