煤矿水泵房自动化系统
发布时间：2015-07-05 点击次数：次
1、
项目现状
***煤矿建有中央水泵房。采用集中排水系统，矿井水流入位于副斜井井底车场附近的井下中央主副水仓，再由井下中央水泵房排水设备通过两趟排水管路经管子
道，沿副斜井井筒敷设至地面井下水处理站调节池。***煤矿井下中央水泵房有3台MD280-43×6型耐磨多级离心水泵，扬程为280米，3台电机型号
为YB-450M2-4型，功率为350KW，3台水泵，1台工作，1台备用，1台检修。水泵房同中央变电所在一起，水泵电机由设于中央变电所内的高压隔
爆型真空配电装置供电和控制，电源电压10KV。水泵控制在排水泵现场有控制按钮，实现水泵的启停控制。现所有水泵都没有实现地面集中控制排水。水泵房设
有2个水仓，一个主水仓，一个副水仓，仓深约6米。现要求对中央泵房的3台水泵电机，以及配套使用的电动闸阀、电动球阀实现自动化控制。同时设置水位、压
力、流量传感器实时监测运行数据，辅助配合视频监控水泵运行环境状况。 2、设计依据 1 《煤矿安全规程》和《煤矿设计规范》 2
《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 3 《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》GB
3836.1-83 4 《矿用一般型电气设备》GB 12173-90 5 《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》MT 209-90
3、系统实现目标和功能
系统设计以系统安全、可靠、先进为原则，系统实现在安全生产指挥调度中心对井下排水系统泵房的所有设备进行网络监视和控制，做到泵房无人值守、设备安全可
靠运行。 目标：
将PLC控制系统、计算机网络通信技术和排水控制系统结合，实现***煤矿井下中央泵房排水泵的远程集中控制、自动化排水，保证系统技术方面的先进性。
自动排水系统运行的连续性和可靠性，系统连续可靠运转时间达到360天/年以上。
系统立足建设无人值守泵房的总目标，同时提高节能效率和管理水平，减少操作人员和工人的劳动强度，为矿井生产综合自动化打下良好基础。
实现地面对主排水系统设备的多点位信息传输和集中监测监控。具有在线监测、分析及完善的保护和报警功能。
调度中心计算机可以对排水系统的运行管理、事故跟踪与处理、打印各种运转日志报表。
采用国际流行的组态软件，动态画面美观，修改灵活，数据保存时间长。历史数据可以长期保存（3~5年）。
排水系统自身具备标准的以太网接口，提供标准TCP/IP协议。便于综合自动化系统集成。 功能：
1)根据水位的高低自动准确发出开、停主排水泵命令。水位传感器的可靠性和准确性直接影响整个控制系统的工作可靠性。
2)监控水仓水位、流量、压力及电动机、电磁阀和电动阀的各种工作状态。所有的检测参数及工作状态均可由井下PLC传送给井上调度中心，在显示器上模拟显
示，并做出曲线、报表。
3)流量保护：当主排水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置，使本台主排水泵自动停车，自动转换启动另一台备用主排水泵。
4)电动机故障保护：利用PLC监视主排水泵电机过电流、漏电、低电压、故障，并参与控制。
5)电动闸阀保护：利用电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相故障，并与主排水泵联锁控制。
系统还具有报警功能，在井下主排水泵房，通过报警器电铃报警，或通过工业以太环网在井下指定地点报警，同时在井上监控中心上位机动态画面报警。
4、系统技术要求 ***煤矿井下排水系统是综合自动化系统的一个组成部分，信号传输和控制系统框架应满足信息化的整体设计，具体要求为：
1、实现井下排水泵房无人值守自动控制运行。 2、具备远程测控功能。
3、系统具备网络控制、就地自动控制、就地手动控制几种操作方式。工作模式的转换由现场就地操作箱的选择按钮实现。
4、在水仓水位满足条件的前提下，系统能按避峰填谷的原则自动运行 5、水泵的启停控制；按连续运转的时间长短控制倒机运行。
6、按操作规程要求的顺序进行水泵的启动和停止操作。 7、整个系统做到可靠运行、维护方便、修改灵活。 5、 系统设计方案 5.1 系统结构
***煤矿井下主排水系统泵房监控站系统主要由三部分组成： 1、地面自动化控制中心
监控调度中心上位机组态监控站设置在调度中心，通过组态监控站对井下泵房相关设备进行集控和监测。主要设备、设施包括研华工控机1台、22’显示器1台。
2、先进的工业以太网结构 调度中心与井下泵房监控系统分站通过工业以太网进行数据传输，实现泵房相关设备的实时控制及信号采集。 3、泵房监控单元
井下监控单元由井下矿用隔爆兼本安型KJ164-F监控分站及信号采集装置、传感器等组成，KJ164-F监控分站作为井下控制部分的通信核心，完成分站
监控信息与地面控制中心管控服务器的监控信息交互传递。
中央泵房水泵电机配置高压隔爆型真空配电装置，现已有手动操作的电控系统，实现自动控制需再增设控制单元。系统设计在中央泵房内设置矿用本安型就地操作台
1台，设置KJ164-F矿用隔爆兼本安型监控分站1台，通过矿用阻燃双绞线接入中央变电所的工业以太环网交换机。 5.2系统结构拓扑图（略）
5.3系统设计
目前***煤矿井下中央泵房设有3台水泵，没有配备电动闸阀。使用模式均为1运行1台备用1台检修。3台水泵共用2路水管出水，水泵控制由高压真空开关装
置控制。 1、在水泵引水管增加真空度监测表，带输出远传功能。 2、在水泵出水管闸阀下方增加水泵出水口压力表、带输出远传功能。
3、电压电流数据采集由水泵电机高压真空配电装置的综合保护器或电压、电流变送器提供。综合保护器提供数据，直接通过高压真空配电装置微机综合保护器远传
数据接口与接口转换装置实现，由微机综合保护器厂家提供通讯协议。电压，电流变送器采集通过上传到PLC控制器实现。
4、在吸水井上方安装水位传感器，监测水位。 5、每台水泵增加表面温度监测传感器，监测水泵运行时的温度。
6、上水管路选择的手动闸阀更换为电动闸阀，满足远程集控要求。 7、出水口的手动闸阀更换为电动闸阀，满足远程自动化控制要求。
8、上水管路增加流量传感器，实时监测上水的流量。 9、注水排真空的手动阀门更换为电动球阀，满足远程集控要求。
10、在水泵吸水管上安装断水保护器，监测注水是否完成。 11、在出水管水泵排气口手动阀更换为电动球阀，满足远程集控要求。
12、水泵房内设置1台水泵就地操作台，完成就地的手动控制及模式转换及状态指示。 5.3.1工作方式
系统具备远程控制、就地自动控制、就地手动控制操作方式。每台泵设置选择开关进行就地、远程、自动方式选择。
在起动水泵前，首先选定上水管路，打开相应的闸阀，接着打开出气管路阀门，再打开注水管路阀门对水泵灌水排真空，等到出气管有大量水流出后关闭出气管路阀
门，关闭注水管路阀门，启动水泵电机，打开出水口闸阀，水泵进入正常运行状态。 5.5、系统软件功能
系统软件实现自动采集水泵的各种运行参数；根据水仓水位、生产工作制及负荷情况控制水泵自动工作。根据监测到的信号判断水泵的工作情况，故障时能及时发出
报警信号，并根据工作类型停泵；可自动、手动控制水泵的启停及电动闸阀的开、关。在地面调度中心上位机可完成对水泵控制的各种操作。系统能与矿井综合自动
化系统无缝连接，实现数据的共享。
系统设自动、手动操作控制方式，在自动控制中可实现无人值守全自动运行或在上位机上通过鼠标键盘完成操作，在手动控制中可实现自动控制故障或退出集控时在
水泵房就地操作台上操作。 具体表现以下几个方面： 1、自动控制功能
系统根据工况设定，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、并能实现泵阀的联锁起动，对运行中的各种参数进行实时控制。 1）
地面管控服务器统计每天矿井的用电负荷情况，确定用电高峰、低谷时间，并将参数传给本系统PLC控制器；或在本机上根据统计出的时间进行设定。 2）
根据所监测的水位信号，设定出低水位、高水位和上限水位信号。 3）
每台水泵设置运行、备用和检修三种工作方式，该方式可以在本机上设定或地面主机设定。当水位达到高位或不在高位而处在用电低谷时间内，将自动启动运行泵。
当水位达到高位或不在高位而处在用电高峰时间时自动停泵。当水位到上限水位时，启动运行泵及备用泵，直到水位低于高位时停止“备用泵”只运行“运行泵”，
当达到低位或不在高位而处于用电高峰时间内时自动停泵。 4） 系统可自动或手动选择以实现备用泵的循环启动和停止。 5）
当运行的水泵出现轴承超温、开关柜故障、流量不够时自动停止运行，并提示、报警。 2、手动控制功能
根据实际需要也可以从自动控制方式切换到手动控制方式。系统采用手动操作时，由工作人员根据生产需要以及设备状况操作控制箱上的按钮完成设备的启动、停
止。 3、单机自动控制
地面监控主机将工作方式切转到单机自动时，可在地面监控主机上单独控制系统中的各设备。此时各分站仍处于自动状态，当保护信号动作时仍报警停机。
4、就地紧停功能 不论在何种控制方式下，均可通过紧停按钮来停止运行该设备。 5、水泵运行计量/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。 6、图形曲线显示
在地面控制站上可实时显示各设备运行图。并提供开放式的图形制作软件，用户可随心所欲描绘各种动态图形、静态图形，同时支持多种图形格式，图形画面具有链
接功能，可以很方面地切换其它画面显示。可显示实时曲线，可显示年、月、日各时间段的历史曲线和具体数据表。 7、实时报警/报警记录
在现场PLC控制器上可汉字显示各故障信息并报警，在地面控制站上可显示现场单元当前的报警信息以及保存的报警记录。
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