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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作湘煤集团南阳矿业有限公司前进煤矿-250水平中央水泵无人职守远程控制系统设计方案湖南星奥信息技术有限公司2011-05-13目 录1.概述31.1系统参数31.2所有权信息32.系统建设目标32.1用户需求分析42.2系统功能及特点43.系统设计原则和依据53.1设计依据53.2设计原则53.3引用标准64.系统总体设计64.1控制方式74.2控制对象84.3控制功能及要求95.主要设备技术参数165.1控制分站175.2传感器175.3上位机226.技术支持与服务236.1保障机制236.2咨询服务236.3故障响应246.4备品备件24
2、6.5系统升级246.6保修服务246.7人员培训247项目实施方案摘要及起止时间278.设备清单271. 概述矿井排水系统承担着排出井下涌水的重要任务，是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。排水设备一般功率大，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，可依据水仓水位起停水泵，提高水泵有效利用率，大大降低生产成本；可减少看护人员，相应减少工资投入，并可充实设备维
3、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；可以保证安全生产，改善工作环境，提高劳动生产率；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；通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。1.1系统参数 前进煤矿-250水平中央水泵房由4台型号为D450-60/84*3型水泵组成，功率355KW，电压为6KV，水泵流量450立方米/小时，水泵扬程为175.1米，排水管路为二趟，内水仓容量为733立方米，外水仓容量为1102立方米。1.2所有权信息本技术方案的所有权归属山湖南星奥信息技术有限公司，如
4、果没有征求卖方的同意和允许，不得复制、发表和提供给其他任何人或单位。2. 系统建设目标1、节省传输通道（光纤、通讯设备等）的重复投资费用和维护费用；节省数据库、组态软件、软件开发等重复投资费用；搭建传输平台、数据平台和监控平台，一次投资，长期受益；2、在地面集中监测监控，井下减员，减少井下人员伤亡的可能性；改善工作环境，提高安全系数，保障职工人身安全；数据共享，报警联动，减少由于矿井灾难所造成的损失；3、实现无人值守和定期巡检，有效降低人员成本；实现设备自动控制，减少工人劳动强度；减少岗位用工，提高全员效率；4、减少人工操作失误，延长设备使用寿命；提高对设备的故障分析和判断能力，减少停机事故；
5、加强对运输的调度和管理，提高运输能力；5、为矿井自动化系统提供一个高速、安全、可靠的管理平台；提高整体集成水平，发挥自动化系统的综合管理效益；实现煤矿管控一体化，提高煤矿的安全生产管理调度水平。2.1用户需求分析煤矿井下水泵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 ,一般设置多台多级离心水泵 ,一组工作、一组备用 ,并设置了用于轮换检修的水泵。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。另外，对于水泵启动前吸水管路的充水（抽真空）、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。
6、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。2.2系统功能及特点1、实时在线监测水仓水位，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，发出声光信号，自动停泵；2、实时在线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，根据涌水量情况自动确定开启水泵台数。系统应具有以水仓水位为主，结合分时计
7、费和避峰填谷原则，确定开停水泵时间。同时根据水位控制原则自动实现水泵的轮换工作；5、具有远程、就地启动、停止功能；6、可现场、远程编程，完善修改系统功能；7、水泵房现场以计算机图形界面结合现场操作，最大程度简化操作与状态显示；8、集中控制器采用三菱公司的FX2N系列PLC及先进的过程控制软件，实现井下排水监控系统的最优控制策略；9、井下排水监控系统的报警，信息显示，报表统计处理能够全部融入整个矿井监控系统的数据系统；10、具备完善的系统保护功能；11、控制系统可以通过以太网接入矿井工业以太干网，实现水泵监控子系统与全矿井的自动化监控系统信息共享；12、具有较强的兼容性和扩展性，为下一步综合自动
8、化集中控制做好扩展接口；13、具有实时现场工况监控功能，并能将现场运行状况图像保存，可随时查看各时间段设备的运行状况3. 系统设计原则和依据3.1设计依据（1）设计方案根据前进煤矿安全生产泵房自动化监控实际要求而做出。（2）系统设备符合前进煤矿生产环境条件，符合煤矿安全规程相关要求。3.2设计原则（1）、安全可靠性1）、拥有远端控制及就地控制两种控制方式，当集中控制柜与远端监控平台通讯中断时，自动转入就地控制方式。就地控制方式又可分为就地集中控制及就地手动控制。2）、全方位监控电机、水泵、启动柜、真空系统等各环节，对系统出现的异常能够提前给出预警。3）、严格规范地按照规定的程序对水泵进行自动启
9、、停。4）、选用可靠的控制原器件，水泵房控制核心选用三菱公司的可编程控制器FX2N系列，继电原件选用国产名牌的器件。（2）、先进性1）、由于采用了光纤环网通讯传输技术使得数据传输更加快捷、可靠。2）、采用了组态软件控制编程技术，不仅使可靠性大为提高而且使程序更加具有通用性，也使系统的二次开发及扩容变得更加规范、容易。3）、本系统遵循矿井综合监控系统标准子系统接口规范使得该系统可以非常容易地并入矿井综合监控系统中，与其它子系统实现数据的共享。该控制系统是由地面操作员站、水泵控制分站二部分组成。控制系统对泵房内排水泵、射流系统、抽真空系统、管道电动阀门和水泵轴震动等装置实施了自动控制及运行参数自动
10、检测，通过检测水仓水位、电机电流、电机电压、闸阀开启度、流量、真空度等参数，控制水泵工作。控制系统面板上设有液晶触摸屏，就地实时以图形、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、电机工作电流、电机温度、水泵温度、排水管流量、水泵真空度等参数。通讯管理机将各种数据信息传送到地面生产调度中心和生产设备控制中心，地面操作员站进行实时监测监控及报警显示、故障历史查询、模拟量曲线显示和报表打印。该系统具有运行可靠、操作方便 、自动化程度高等特点。视频监控系统将现场运行工况以录像的形式发送并保存到上位机，在上位机上以四画面的形式显示各设备的运行状况及吸水井液位变化。3.3引用
11、标准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爆炸性环境用防爆电气设备通用要求 GB 3836.1-83矿用一般型电气设备 GB 12173-90煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求 MT 209-90工业自动化仪表工程施工及验收规范 GBJ 93-86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 50055-934. 系统总体设计煤矿排水系统承担排出井下全部涌水的重要任务,是保证矿井安全生产的关键环节,其各种设备的可靠运行,关系到整个矿井的安全,能否达到经济合理运行,关系到矿井的经济效益。因此,应用
12、现代自动化控制技术,实现煤矿排水系统的自动化控制,保证煤矿安全可靠、经济合理尤为3.1 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、电磁阀等执行器的开启与关闭。PLC模拟模块通过传感器采集现场压力、流量、电压、电流等信号，并显示在上位机上，系统主要包括控制柜、配电柜、传感器和执行器等四部分。 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。触摸屏的作
13、用是就地实时以图形、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、电机工作电流、电机温度、水泵温度、排水管流量、水泵真空度等参数。2、配电柜（根据现场实际的选配部分）：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、电动球阀等的配电回路。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：包括多功能控制阀、电动球阀等。5、视频监控系统：包括摄像头、数字硬盘录像机、光纤、光端机、终端盒等4.1控制方式为了满足日常运行、
14、检修、故障处理等需要，具备两种控制模式：就地、远程。操作人员可采用不同方式控制各水泵的启动和停止：1) 就地控制就地控制主要分为就地半自动控制与手动控制。就地半自动控制：半自动控制主要是指操作人员在井下值班室通过控制柜上的触摸屏，实现一键启停水泵。当与地面通讯故障或者日常检修故障处理时，操作人员可选择就地控制状态。2) 远程控制远程控制主要分为远程半自动控制与远程全自动控制。半自动控制是指操作人员只需在地面控制中心操作鼠标键盘，一键启停水泵，以及故障解除等。并且通过计算机语音系统发布报警提示。全自动控制是指系统根据水位高低（用户可以设置高低水位）实现自动开停水泵，具有避峰填谷（时间段可设置）、
15、自动轮换、超限报警等功能。3) 控制方式变换远程和就地选择：可以通过就地控制柜上的远程就地选择开关，来切换远程控制或就地控制。自动和手动选择：可以通过就地控制柜上的自动手动选择开关，来切换自动控制或手动控制。当需要远程和就地半自动控制时，自动手动选择开关需打到自动状态；当需要手动控制时（PLC只监视不控制），屏蔽PLC的输出点，操作员通过水泵原有自带控制系统控制。远控的两种方式可以通过上位机选择。4.2控制对象（1） 水泵系统 图4-1 水泵控制系统图（2）水泵配电控制柜：控制系统就地显示控制可采用液晶触摸屏完成，可显示水泵电机的电压，电流以及功率因数；通过指示灯显示水泵及附属设备的工作状态；水泵的开停及附属设备开停控制，能对水泵进行就地控制，可作为水泵的操作柜。显示屏具有RS485通讯接口，通过以太网或工业总线接口与上级监控系统完成通讯，实现远距离
