北宿煤礦泵房遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、目 錄 1 概述.3 1.1 可靠性.3 1.2 安全性.4 1.3 經(jīng)濟(jì)性.4 1.4 擴(kuò)展性.4 1.5 操作性.4 1.6 主要特點(diǎn).4 2 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定.5 3 基本參數(shù)及結(jié)構(gòu).6 3.1 泵房主排水目前概況.6 3.2 泵房排水系統(tǒng)適用環(huán)境.6 3.3 基本結(jié)構(gòu).7 4 系統(tǒng)概況.7 4.1 設(shè)備管理.7 4.2 現(xiàn)有工作方式.8 5 技術(shù)要求.10 5.1 基本要求.10 5.2 系統(tǒng)功能.11 6 系統(tǒng)設(shè)備組成.13 6.1 可編程控制箱: .13 6.2 就地控制箱.14 6.3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及檢測(cè)部分.14 6.4 主要傳感器.14 6.5 上位機(jī)及軟件部分.17 6.5.1 組態(tài)

2、軟件.18 6.5.2 編程軟件.18 6.6 系統(tǒng)可靠性.18 6.7 設(shè)備改造.18 6.7 plc 點(diǎn)位表.19 7 控制模式.19 7.1 自動(dòng)工作方式.19 7.2 自動(dòng)工作方式.21 7.3 自動(dòng)控制功能.21 7.4 手動(dòng)控制功能.22 7.5 單機(jī)自動(dòng)控制.22 7.6 就地手動(dòng)控制.22 7.7 現(xiàn)場(chǎng)編程.22 7.8 組網(wǎng)功能.22 7.9 水泵運(yùn)行計(jì)量/時(shí)間/運(yùn)行統(tǒng)計(jì) .22 7.10 實(shí)時(shí)報(bào)警/報(bào)警記錄 .23 8 控制主站.23 8.1 plc 配置及功能特點(diǎn).23 8.2 控制站特點(diǎn).24 8.3 監(jiān)控系統(tǒng)具有的功能.25 8.4 主要監(jiān)控設(shè)備.26 8.5 控制主

3、站工作環(huán)節(jié).27 8.5.1 自動(dòng)注水環(huán)節(jié).27 8.5.2 閘閥操縱環(huán)節(jié).27 8.5.3 水位自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié).28 8.5.4 參數(shù)傳示環(huán)節(jié).28 8.5.5 故障保護(hù)環(huán)節(jié).28 8.5.6 電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制環(huán)節(jié).29 9 網(wǎng)絡(luò).29 9.1 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制網(wǎng)絡(luò).29 9.2 分站間數(shù)據(jù)交換.29 9.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò).29 10 管理系統(tǒng).30 10.1 綜合管理功能.30 10.2 控制策略.30 10.3 系統(tǒng)可靠性保障.30 11 網(wǎng)絡(luò).31 12 擴(kuò)展功能.31 13 設(shè)備清單.32 14 示意圖.32 1 概述概述 煤礦井下排水泵房是煤礦生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，實(shí)現(xiàn)井下泵房的遠(yuǎn)程控制與監(jiān)

4、 測(cè)，是綜合自動(dòng)化建設(shè)的重要組成部分。目前,在礦井泵房的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 ,一般 設(shè)置多臺(tái)多級(jí)水泵。這些水泵電壓高、功率大、運(yùn)行工況復(fù)雜，人工很難做到實(shí)時(shí) 監(jiān)控。此外，對(duì)于水倉水位監(jiān)測(cè)、泵房內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行與管理等工作 ,普遍采用人工操 作方式。傳統(tǒng)模式操作過程繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、人為因素多、啟泵時(shí)間長、自動(dòng)化 程度低，已不能適應(yīng)現(xiàn)代化礦井管理的要求，因此，有必要使泵房水泵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 控制。 煤礦中央水泵房自動(dòng)化設(shè)計(jì)是以系統(tǒng)安全、可靠、先進(jìn)為設(shè)計(jì)原則，實(shí)現(xiàn)在安 全生產(chǎn)指揮調(diào)度中心對(duì)泵房內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和控制，從而做到泵房無人值 守、設(shè)備安全可靠運(yùn)行。 目前，在礦井中央泵房的主排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)

5、礦井涌水量和有關(guān)規(guī)定，一 般設(shè)置多臺(tái)多級(jí)離心水泵，一組工作、一組備用，另外，還要設(shè)置用于輪換檢修的 水泵。這些水泵電壓高、功率大、啟動(dòng)復(fù)雜。出于同樣考慮，多敷設(shè)兩條或兩條以 上排水管路。對(duì)于水泵啟動(dòng)前吸水管路的充水，通常采用抽真空吸水的方法來完成。 至于這些泵房內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行與管理以及水倉水位的觀察，普遍采用人工操作方式。 該方式操作過程繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、水泵啟動(dòng)時(shí)間長、自動(dòng)化程度低、不適應(yīng)現(xiàn)代 化礦井管理，因此，有必要對(duì)中央泵房水泵進(jìn)行自動(dòng)化改造。 1.1 可靠性可靠性 集控系統(tǒng)充分考慮到井下實(shí)際工況，選用了先進(jìn)的技術(shù)、成熟的設(shè)備和傳感器。 主控站和分站核心部分采用德國西門子公司的西門子公司的

6、 plc 300 系列產(chǎn)品系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品多年成 功應(yīng)用于煤礦井下，目前我國煤礦絕大部分提升機(jī)電控、皮帶機(jī)集控、水泵集控等 等，都采用西門子公司產(chǎn)品。控制網(wǎng)絡(luò)采用光纖傳輸光纖傳輸，具有穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)，抗 干擾能力強(qiáng)。在控制網(wǎng)絡(luò)癱瘓時(shí)，具有井下集控和就地控制方式的應(yīng)急措施。 因故障查找或處理故障原因，需臨時(shí)啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，能將不必要的保護(hù)信號(hào)通過 上位機(jī)臨時(shí)屏蔽臨時(shí)屏蔽，一切正常后恢復(fù)。 1.2 安全性安全性 所用設(shè)備完全滿足最新版煤礦安全規(guī)程（2010 版）的要求，井下控制設(shè)備 采用隔爆型或本安型。水泵配置各種按安全規(guī)程規(guī)定的傳感器，并設(shè)有起動(dòng)時(shí)語音 預(yù)告、故障報(bào)警，配置電鈴打點(diǎn)信號(hào)。 1.3

7、經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性 在滿足系統(tǒng)要求的情況下，采用性價(jià)比高的設(shè)備，達(dá)到降低成本的目的。 1.4 擴(kuò)展性擴(kuò)展性 考慮到將來系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，可方便的將未來的輸煤設(shè)備融入到現(xiàn)行系統(tǒng)中來， 并可擴(kuò)展對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的監(jiān)控。所有主站和分站采用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸，可以 任意接入井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)（1000m 網(wǎng)）。 1.5 操作性操作性 本集控以集中控制操作為主，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)排水系統(tǒng)的運(yùn)行控制和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。既 可遠(yuǎn)程集中控制，也可就地集中控制和單臺(tái)設(shè)備就地控制。 1.6 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn) （1）plc 控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可按程序模塊分段調(diào)試，分段運(yùn)行。該 程序結(jié)構(gòu)具 有清晰、簡捷、易懂，便于模擬調(diào)試，運(yùn)行速度快

8、等特點(diǎn)。 （2）系統(tǒng)根據(jù)水位和壓力控制原則，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)水泵的輪換工作，延長了水泵的使 用壽命。 （3）系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷和供電部門所規(guī)定的平段、谷段、峰段，以“避峰填谷”原 則確定開、停水泵時(shí)間，從而合理地利用電網(wǎng)信息，提高礦井的電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。 （4）plc 自動(dòng)檢測(cè)水位信號(hào)，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而 判斷礦井的涌水量，自動(dòng)投入和退出水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，合理地調(diào)度水泵運(yùn)行。 （5）在顯示屏上動(dòng)態(tài)監(jiān)控水泵及其附屬設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)顯示水位、壓力、 溫 度、電流、電壓等參數(shù)，超限報(bào)警，故障畫面自動(dòng)彈出，故障點(diǎn)自動(dòng)閃爍。具有 故障記錄， 歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。 （6）系統(tǒng)具有通訊接口功能，

9、plc 地面監(jiān)測(cè)監(jiān)控主機(jī)通訊，傳送數(shù)據(jù)，交 換信 息，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控功能。 （7）系統(tǒng)保護(hù)功能有以下幾種。 超溫保護(hù)：水泵長期運(yùn)行，當(dāng)軸承溫度或定子溫度超出允許值時(shí)，通過溫度保 護(hù)裝置及 plc 實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警。 電動(dòng)機(jī)故障：利用 plc 及觸摸屏監(jiān)視水泵電機(jī)過電流、漏電、低電壓等電氣故 障，并參與 控制。 電動(dòng)閘閥故障：由電動(dòng)機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電機(jī)的過載、短路、漏電、斷相等故障， 并參與水 泵的聯(lián)鎖控制。 （8）運(yùn)行操作方式：遠(yuǎn)程控制、就地自動(dòng)控制、就地手動(dòng)控制、啟動(dòng)柜面板控制， 選擇 4 種操作方式之一。 （9）水泵運(yùn)行計(jì)量/時(shí)間/運(yùn)行統(tǒng)計(jì)：在地面控制站上應(yīng)可分別對(duì)每臺(tái)水泵的運(yùn)行 電耗、工作時(shí)間等

10、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便于管理人員及時(shí)掌握每臺(tái)水泵的工況。 （10）具有打印功能：實(shí)時(shí)或按時(shí)間段打印相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)（如運(yùn)行時(shí)間、 電機(jī)電流等）和運(yùn)行狀態(tài)（如開停狀態(tài)、故障類型、故障發(fā)生時(shí)間等） 。主要數(shù)據(jù)保 存至少三年，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，滿足報(bào)表統(tǒng)計(jì)、曲線圖、柱狀圖顯示并能打印 輸出。 2 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定 本技術(shù)規(guī)格中使用的標(biāo)準(zhǔn)如下。但不限于此： 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求 ；gb3836.14-2000 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備本質(zhì)安全型電路和電氣設(shè)備 ； 煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范 相關(guān)制造廠商技術(shù)資料； 煤礦安全規(guī)程 （2010 版） ； 電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件gb4796 電力裝置的繼電

11、保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范gb20062 爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范gb50058 低壓電器電控設(shè)備gb4720-84 電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施式及驗(yàn)收規(guī)范gb50171-92 低壓開關(guān)和控制設(shè)備的外殼防護(hù)等級(jí)iec144 可編程儀器的數(shù)字接口ansi488 3 基本參數(shù)基本參數(shù)及結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu) 3.1 泵房主排水目前概況泵房主排水目前概況 北宿煤礦目前井下有 4 個(gè)排水泵房，這次需要改造的是一水平-220 排水泵房。 泵房設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如下： (1) 三臺(tái)多級(jí)離心泵 規(guī)格型號(hào)：200d43*9 揚(yáng)程 387m 流量 288m3/h (2) 三臺(tái)隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī) 電機(jī)型號(hào)：

12、jr 440kw 2975r/min 電壓 6000v (3) 配套三臺(tái)高壓真空開關(guān)柜 電機(jī)型號(hào)：kgs1-08d 10kv 50hz (4) 礦井最大涌水量 90 m3/h 礦井正常涌水量 81 m3/h (5) 礦井水倉深度 4.6m 水倉容量 3700m3 (6) 三臺(tái)手動(dòng)閘閥 (7) 排水閘閥 6 個(gè) 手動(dòng)球閥 12 個(gè) 3.2 泵房排水系統(tǒng)適用環(huán)境泵房排水系統(tǒng)適用環(huán)境 海拔高度不大于 1200m； 工作溫度 060 存儲(chǔ)溫度 -4085 工作濕度 595% 工作環(huán)境 無滴水及震動(dòng) 保護(hù)等級(jí) ip54（不低于） 防爆類型 礦用一般型 環(huán)境溫度 -5+40； 3.3 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 排

13、水裝置有水泵,電動(dòng)機(jī),進(jìn)水管,排水管,閥門和其他附件組成。從能量觀點(diǎn)出發(fā),可 將裝置分成兩部分:泵機(jī)組-由水泵和電動(dòng)機(jī)組成。其中水泵的作用是把機(jī)械能傳遞給 水,使水獲得能量，電動(dòng)機(jī)則把電能轉(zhuǎn)換為拖動(dòng)水泵的機(jī)械能,依次泵機(jī)組起著能量轉(zhuǎn) 化的作用；另一部分是管路-由進(jìn)水管,排水管和管路上各種閥門管件組成,水在管中 流動(dòng)時(shí)消耗的能量用于克服阻力損失和提高自身的位能。后者是排水裝置的最終任務(wù)。 e-1 v-6 v-8 11 12 4 5 3 13 1 2 9 10 6 7 8 圖 3.2 15電動(dòng)球閥；6電動(dòng)閘閥和逆止閥；7泵體；8 超聲流量計(jì)； 9壓力傳感器；10負(fù)壓傳感器；1112真空泵；13射流

14、閥。 4 系統(tǒng)概況系統(tǒng)概況 4.1 設(shè)備管理設(shè)備管理 近幾年以來，隨著礦井的開拓和采區(qū)的延伸，主要水泵設(shè)備管理越來越成為礦 井大型設(shè)備管理的難點(diǎn)： 1）每個(gè)水平排水泵房均設(shè)專人專崗，水泵操作采用工人手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大， 企業(yè)達(dá)不到減員增效的目的，而且人為因素的可靠性差； 2）水泵工作狀態(tài)由人為因素控制，設(shè)備磨損狀態(tài)、工作時(shí)間、機(jī)械狀態(tài)很難掌 握； 3）對(duì)水泵及電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)缺少監(jiān)測(cè)，不能實(shí)現(xiàn)水泵系統(tǒng)的故障判別和報(bào)警， 不利于水泵系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行；設(shè)備檢查檢修管理依靠人為感知和經(jīng)驗(yàn)判斷，人 為因素較大，標(biāo)準(zhǔn)性差，設(shè)備檢查檢修滯后于生產(chǎn)需要； 4）礦井涌水量由人為歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可靠性差；

15、5）地面調(diào)度不能及時(shí)清楚地了解水位變化及水泵的運(yùn)行情況，難以實(shí)現(xiàn)科學(xué)調(diào) 度，造成系統(tǒng)能耗高，效率低，水泵系統(tǒng)運(yùn)行成本費(fèi)用高。尤其是多水平水泵分散 獨(dú)立控制模式下，對(duì)于多水平水泵同時(shí)向地面排水以及水泵聯(lián)合排水的可預(yù)知性差， 造成了礦井排水費(fèi)用猛增； 因此，當(dāng)前的多水平水泵排水系統(tǒng)狀況與國家倡導(dǎo)的提高礦井綜合自動(dòng)化水平 和節(jié)能減排的社會(huì)大環(huán)境遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能相適應(yīng)。故實(shí)施礦井井下多水平優(yōu)化排水、實(shí)現(xiàn) 井下多水平排水自動(dòng)化控制與管理，成為我們研究的一個(gè)迫在眉捷的課題。 4.2 現(xiàn)有工作方式現(xiàn)有工作方式 目前泵房為手動(dòng)操作方式，值班人員根據(jù)水倉水位，決定泵的啟停。對(duì)設(shè)備運(yùn) 行狀況的監(jiān)測(cè)，全靠值班人員的巡檢來完

16、成。目前泵房內(nèi)沒有配置用于檢測(cè)的傳感 器及其它裝置。 水泵的工作流程為： 一、開泵前的準(zhǔn)備工作： 1、 開泵前必須檢測(cè)待開水泵的防爆電動(dòng)閥門控制箱，防爆控制按鈕的供電是否正 常。 2、 開水泵進(jìn)行起動(dòng)前的檢查： （1）軸承潤滑油油量是否適當(dāng)，油質(zhì)是否潔凈。 （2） 防護(hù)罩、進(jìn)出水管路、聯(lián)軸器的連接螺栓及軸向間隙是否妥當(dāng)，接地裝置 是否完整，各部螺栓是否齊全、緊固。 （3）盤根松緊適度，盤車 23 轉(zhuǎn)，檢查水泵轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活。 （4）水倉水位處于高水位。 二、起動(dòng)： 1、將隔爆高壓真空磁力起動(dòng)器面板上的選擇開關(guān)打在“遠(yuǎn)控”位置； 2、選定排水管路； 3、打開出水管路電動(dòng)閥門； 4、觀察真空表，真空

17、度應(yīng)小于0.05mpa,并確認(rèn)吸水管路及水泵充滿水（否則不得 進(jìn)行下一步操作） ； 5、按雙聯(lián)控制按鈕的“啟動(dòng)”按鈕，起動(dòng)電機(jī)； 6、打開起動(dòng)水泵的出水口電動(dòng)閥門； 三、運(yùn)行： 1、水泵在運(yùn)行期間，操作人員應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行以下巡視，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施： （1）電壓不得超過額定值的5，電流不得超過額定值。 （2）觀察壓力表、真空表的變化情況。 （3）觀察水倉水位的變化情況。 （4）電機(jī)和水泵有無異響和異狀。 （5）檢查進(jìn)出水管路、泵體、閘門、盤根、密封等有無漏水現(xiàn)象。 （6）常檢查滑動(dòng)軸承、油環(huán)是否轉(zhuǎn)動(dòng)，能否帶上油來，以防止軸瓦因缺油而燒壞。 2、水泵正常運(yùn)行的標(biāo)志： （1）流量大于 155m3/h

18、； （2）電流大于 30a； （3）出水口壓力大于 2kpa； （4）真空度小于0.05mpa； （5）電壓 6kv5。 3、水泵在運(yùn)行期間出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)緊急停泵： （1）水泵不上水； （2）水泵或電機(jī)有異響和異狀； （3）電機(jī)或電氣設(shè)備冒煙； （4）泵體嚴(yán)重漏水； （5）平衡水失常。 四、正常停泵 1、關(guān)閉出水管路電動(dòng)閥門； 2、關(guān)閉水泵出水口電動(dòng)閥門，嚴(yán)禁閥門在開通位置停機(jī)； 3、待兩閥門有一個(gè)關(guān)閉到位后，按雙聯(lián)控制按紐的“停止”按紐，水泵電動(dòng)機(jī)停運(yùn)。 五、故障停泵： （1）水泵在“自動(dòng)”工作方式下運(yùn)行時(shí)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，計(jì)算機(jī)將按照所設(shè)定的停 泵程序自動(dòng)停止運(yùn)行水泵。 （2）水泵在

19、“檢修”工作方式下運(yùn)行時(shí)，當(dāng)發(fā)生故障需要停泵時(shí)，應(yīng)按下列順序操 作： 同時(shí)關(guān)閉管路和水泵出水口的電動(dòng)閘閥，嚴(yán)禁閥門在開通位置停機(jī)； 待閥門關(guān)閉到位后，停電動(dòng)機(jī)； 不論水泵在哪一種工作方式下運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生故障需要緊急停泵時(shí)，司機(jī)可按下 “急停”按鈕(帶機(jī)械自鎖)。 故障排除：按“故障復(fù)位”按紐，使系統(tǒng)恢復(fù)正常。 5 技術(shù)要求技術(shù)要求 5.1 基本要求基本要求 1、每臺(tái)水泵應(yīng)具備三種操作方式：就地手動(dòng)、集中手動(dòng)和遠(yuǎn)方集 中方式，三種方式均可對(duì)水泵實(shí)現(xiàn)啟/停操作，且相互閉鎖。 2、能根據(jù)水倉水位變化自動(dòng)控制排水泵啟停。 3、能控制各泵輪流工作,使每臺(tái)磨損程度均等。 4、能根據(jù)水倉水位、供電峰谷段時(shí)間劃

20、分等情況,合理調(diào)度水泵運(yùn) 行，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。 5、能檢測(cè)水泵及其電機(jī)的工作參數(shù)。如:水泵流量、壓力、軸溫、水倉水位、 電機(jī)溫度、電機(jī)啟動(dòng)與工作電流等。 6、具有故障報(bào)警、自動(dòng)保護(hù)等功能。 7、泵房的監(jiān)測(cè)、控制信號(hào)都能夠遠(yuǎn)傳至地面，并與地面監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。并將信號(hào)送 礦調(diào)度室。 8、地面監(jiān)控主機(jī)采用高性能工控機(jī)和國外著名組態(tài)軟件 ifix；能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,操 作記錄及故障情況的報(bào)表生成、存儲(chǔ)、打印及顯示。 5.2 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能 1、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)水倉水位，當(dāng)水位達(dá)到上限時(shí)能夠報(bào)警，自動(dòng)開啟水泵；當(dāng)水位達(dá) 到下限時(shí)，發(fā)出聲光信號(hào)，自動(dòng)停泵。 2、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)水泵各工況參數(shù)，包括水位、流量、電壓、電

21、流、壓力、功率、溫 度、真空度、閘閥開啟度等。 3、具有數(shù)據(jù)分析功能，對(duì)水的效率、電耗、工況點(diǎn)等進(jìn)行分析，確保經(jīng)濟(jì)運(yùn)行； 4、當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，能夠及時(shí)報(bào)警，并能夠自動(dòng)開啟備用水泵，不能滿足排水能 力時(shí)，根據(jù)涌水量情況自動(dòng)確定開啟水泵臺(tái)數(shù)。系統(tǒng)應(yīng)具有以水倉水位為主，結(jié)合 分時(shí)計(jì)費(fèi)和避峰填谷原則，確定開停水泵時(shí)間。同時(shí)根據(jù)水位控制原則自動(dòng)實(shí)現(xiàn)水 泵的輪換工作。 5、具有遠(yuǎn)程、就地啟動(dòng)、停止功能。 6、可現(xiàn)場(chǎng)、遠(yuǎn)程編程，完善修改系統(tǒng)功能。 7、水泵房現(xiàn)場(chǎng)以計(jì)算機(jī)圖形界面結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作，最大程度簡化操作與狀態(tài)顯示。 8、集中控制器采用 siemens 公司的 s7-300 系列 plc 及先進(jìn)的過程控

22、制軟件，實(shí)現(xiàn) 井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的最優(yōu)控制策略。 9、井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警，信息顯示，報(bào)表統(tǒng)計(jì)處理能夠全部融入整個(gè)礦井監(jiān)控 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。 10、具備完善的系統(tǒng)保護(hù)功能。 11、控制系統(tǒng)可以通過以太網(wǎng)接入礦井工業(yè)以太干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦 井的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)信息共享。 12、具有較強(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性，為下一步綜合自動(dòng)化集中控制做好擴(kuò)展接。； 13、水泵監(jiān)控子系統(tǒng)需滿足以下三種工作方式： 自動(dòng)：自動(dòng)控制下，控制室控制所有設(shè)備，并顯示各水泵及閘閥工作狀況和各種 故障顯示。plc 采集各種信號(hào)。集中控制室按照工藝流程及 plc 閉鎖程序順序 控制水泵及閘閥的開啟。由超聲液位傳感器連續(xù)檢測(cè)水

23、倉水位，根據(jù)吸水井的水 位及其他因素，合理調(diào)度自動(dòng)開停水泵及其閥門，在正常水位時(shí)，各臺(tái)水泵能自 動(dòng)輪換工作，最大涌水及突出涌水時(shí)，自動(dòng)投入必要數(shù)量的水泵運(yùn)行。此方式下 可實(shí)現(xiàn)無人值守。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，能夠及時(shí)報(bào)警，并能夠自動(dòng)開啟備用水泵。 根據(jù)水泵使用臺(tái)數(shù)和水位變化率的情況可判斷礦井涌水情況，從而確定水泵增加 臺(tái)數(shù)。 手動(dòng)：操作工人根據(jù)水倉顯示水位，人工手動(dòng)開停水泵及確定開泵臺(tái)數(shù)，電機(jī)及 其閥門的開、停由 plc 自動(dòng)執(zhí)行，即 plc 完成單臺(tái)水泵抽真空、啟泵、開啟電 動(dòng)閘閥等自動(dòng)控制，并完成運(yùn)行停止； 檢修：可操作任一水泵電機(jī)，閘閥，電磁閥的開關(guān)。相互動(dòng)作互不閉鎖。 14、水泵控制系統(tǒng)控制

24、過程需滿足以下六個(gè)工作環(huán)節(jié)： 自動(dòng)注水環(huán)節(jié)：排水泵的灌注引水方式采用射流泵或抽真空泵，以 2 趟排水管路 水壓力為能源。由真空表監(jiān)測(cè)真空度。 閘閥操作環(huán)節(jié)：本系統(tǒng)水泵的閘閥為電動(dòng)閥門。電動(dòng)閥門可采用手動(dòng)/電動(dòng)兩種 方式控制，在電動(dòng)狀態(tài)下，通過 plc 對(duì)閥門進(jìn)行集中控制和監(jiān)視；在手動(dòng)控制 方式下，可在閥體上對(duì)各閥操作。 水位自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)：水位自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)水位的高低自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)出開、 停水泵命令。本系統(tǒng)采用超聲波液位傳感器。 參數(shù)傳示環(huán)節(jié)：在控制柜的液晶顯示器上可模擬顯示水倉水位、水泵壓力及電動(dòng) 機(jī)、電磁閥和液壓閘閥的各種工作狀態(tài)。所有的檢測(cè)參數(shù)及工作狀態(tài)均可由井下 plc 通過傳輸網(wǎng)

25、絡(luò)傳送給地面計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)分析處理，在顯示器上模擬顯示， 并做出曲線、報(bào)表，以利于地面管理人員作出正確判斷，向井下程控器發(fā)出控制 命令。 故障保護(hù)環(huán)節(jié)：電動(dòng)機(jī)故障：plc 監(jiān)視水泵電機(jī)欠壓、過流、短路等故障，由開 關(guān)柜提供保護(hù)并參與控制。 閘閥故障：由各閘閥廠家提供故障型號(hào)并參與控制。 電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制環(huán)節(jié)：該環(huán)節(jié)是排水設(shè)備綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，根 據(jù)水位情況自動(dòng)開停水泵。 另外，為了防止因備用泵長期不用而使電機(jī)受潮或有其它故障而未被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)緊 急情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全，系統(tǒng)按“輪換工作制”來控制，以 達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理。系統(tǒng)根據(jù)水泵的開啟次數(shù)自動(dòng)按一定順序輪換

26、開啟 水泵。當(dāng)某臺(tái)或其所屬閥門故障或檢修時(shí)，該泵退出輪換，其余各泵仍按輪換工 作制運(yùn)行。 6 系統(tǒng)設(shè)備組成系統(tǒng)設(shè)備組成 排水泵房設(shè)備組成要求監(jiān)控裝置包括：控制柜（箱） 、配電柜、就地控制箱、傳 感器等。 6.1 可編程控制箱可編程控制箱: 含控制箱、觸摸屏、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、電源、輸入、輸出模塊、等元器件， 判斷發(fā)出各種控制信號(hào)，監(jiān)控水泵的運(yùn)行工況。實(shí)現(xiàn)水泵房的無人值守、遠(yuǎn)程 監(jiān)控，plc 的輸出信號(hào)應(yīng)用中間繼電器隔離； plc 的 i/o 接口應(yīng)有不少于 20%的備用量； 控制箱為防爆型，plc 選用 siemens 公司的 s7-300 系列 plc。顯示器尺寸 10 英寸?？刂乒駪?yīng)外形美

27、觀、裝配牢固、分區(qū)明顯、維護(hù)方便。 控制柜可通過以太網(wǎng)模塊接入工業(yè)以太干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦井的 監(jiān)控系統(tǒng)信息共享。 （1）主要功能和特點(diǎn)：）主要功能和特點(diǎn)： 1、可以采集或接入各種參數(shù)、保護(hù)信號(hào)（開關(guān)量和模擬量） ，并具有擴(kuò)展性。 2、可以方便定義和修改所有被測(cè)模擬參數(shù)的報(bào)警值、保護(hù)動(dòng)作值。 3、實(shí)現(xiàn)多路控制輸出，啟動(dòng)或停止有關(guān)設(shè)施（有的輸出帶延時(shí)，且延時(shí)時(shí)間可調(diào)） 。 4、實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)的就地顯示，并可上傳地面中心站。 5、實(shí)現(xiàn)故障位置、原因、類型等的就地顯示，并可上傳地面中心站。 6、具有檢修時(shí)的安全閉鎖功能。 7、具有運(yùn)行方式選擇及防止非規(guī)定操作人員隨意操作的保護(hù)

28、措施。 8、與地面斷開后系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行在就地或自動(dòng)方式下。 9、控制裝置可接收各類傳感器信號(hào)。 10、提供電流和溫度的時(shí)實(shí)監(jiān)測(cè)。 11、具有以太網(wǎng)接口功能。 （2） 主要核心元件主要核心元件 序號(hào)序號(hào)名稱名稱規(guī)格和型號(hào)規(guī)格和型號(hào) 單單 位位 數(shù)量數(shù)量生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家 1ps 10a 電源個(gè)1德國西門子 2530mm 導(dǎo)軌條1德國西門子 3cpu315-2dp個(gè)1德國西門子 4存儲(chǔ)卡 2m個(gè)1德國西門子 5cp343 以太網(wǎng)模塊個(gè)1德國西門子 632 點(diǎn) di個(gè)1德國西門子 732 點(diǎn) do個(gè)1德國西門子 88 點(diǎn) ai個(gè)3德國西門子 940 針端子個(gè)2德國西門子 1020 針端子個(gè)3德國西門

29、子 6.2 就地控制箱就地控制箱 含西門子 200 系列 plc，中間繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、指示燈、端子排和導(dǎo) 線等元器件； 作為閘閥和水泵的就地單臺(tái)起停、方式轉(zhuǎn)換使用； 6.3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及檢測(cè)部分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及檢測(cè)部分 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及傳感器包括傳感器和電動(dòng)閘閥等組成。 傳感器包括超聲波液位計(jì)、投入式液位計(jì)、負(fù)壓傳感器、正壓傳感器、超聲波 流量計(jì)、電機(jī)溫度傳感器等，所檢測(cè)的參數(shù)主要有：水倉水位、水泵進(jìn)水管真 空度、水泵出水口壓力、排水流量、水泵軸溫、電機(jī)溫度及設(shè)備工作狀態(tài)等。 閘門位置行程開關(guān)、閘門過轉(zhuǎn)矩行程開關(guān)由閘門廠家給出。 6.4 主要傳感器主要傳感器 1、lcz-803 型超聲波流量計(jì)型超聲

30、波流量計(jì) （1）用 途：以“速度差法”為原理，用于測(cè)量圓管內(nèi)流體的流量。它采用先進(jìn)的數(shù) 字電路和糾錯(cuò)技術(shù)，使儀表更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境。計(jì)量準(zhǔn)確，經(jīng)濟(jì)方便，產(chǎn)品 達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、給排水等領(lǐng)域。 （2）技術(shù)特點(diǎn)：多脈沖技術(shù)與獨(dú)特的信號(hào)數(shù)字化處理技術(shù)，增強(qiáng)儀表抗干擾能力， 使儀表測(cè)量信號(hào)更穩(wěn)定、計(jì)量更準(zhǔn)確。高集成度優(yōu)化電路，降低功耗，提高可靠性。 智能化標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，人機(jī)界面友好、多種二次信號(hào)輸出，供用戶任意選擇。多種 傳感器測(cè)流方式，可根據(jù)不同的管路環(huán)境和不同的介質(zhì)溫度選擇最佳方案；外夾式 非接觸管外測(cè)量，安裝方便、快捷；插入式無滴漏帶壓安裝、精度高、免維護(hù)

31、、工 作可靠。便攜式體積小、耗能低、多種記憶功能，最適合沒有交流供電條件的環(huán)境； 管段式小管徑測(cè)量精度可高達(dá) 0.5 級(jí)。 （3）技術(shù)指標(biāo)： 測(cè)量介質(zhì)：水、污水及其它均質(zhì)流體，懸浮物含量小于 10 g/l，粒徑小于 1 mm 測(cè)量管路材質(zhì)：鋼管、鑄鐵管、非金屬管、可焊接或壓接的管材料、可實(shí)現(xiàn)法蘭 連接的管路 測(cè)量管徑：154 000 m。 測(cè)量流速：0.0112 m/s 測(cè)量精度：1.5%。 環(huán)境溫度：主機(jī)10+45； 探 頭：常溫 0+50，高溫 0+150 2、正壓（負(fù)壓）變送器、正壓（負(fù)壓）變送器 gyd 本質(zhì)安全型壓力變送器采用由先進(jìn)的微機(jī)械刻蝕加工工藝制成的擴(kuò)散硅膜片組 成的壓阻式力

32、敏器件為核心器件，用靜電滾壓工藝焊接在玻璃和金屬密封支架上， 再焊 上 316l 不銹鋼隔離膜片，并經(jīng)充硅油作傳壓介質(zhì)，形成完整的基芯組件。由 先進(jìn)的電子放大電路以及溫度補(bǔ)償電路組成的電路板，封裝于不銹鋼外殼內(nèi)，并灌 注 特種硅膠，保證了抗振動(dòng)、抗沖擊和耐環(huán)境腐蝕性能。 環(huán)境溫度：-10+50 相對(duì)濕度：3585% 大氣壓力：86106kpa 測(cè)量范圍：1mpa ； 10mpa 供電電壓：6v.dc24v.dc 輸出信號(hào)：420ma.dc 基本誤差：0.5%f.s. 回程誤差：不大于 0.25%f.s. 重 復(fù) 性：不大于 0.25%f.s. 恒流性能：當(dāng)負(fù)載電阻在 0500 范圍內(nèi)變化時(shí)，輸

33、出值變化量不大于 0.25%f.s. 超 負(fù) 荷：變送 器能承受測(cè)量上限 125的壓力 型號(hào)規(guī)格： 外形尺寸：27x120mm 重 量：0.2kg 3、電流（電壓）變送器、電流（電壓）變送器 電量變送器是一種將被測(cè)電量參數(shù)(如電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)等信 號(hào))轉(zhuǎn)換成直流電流、直流電壓并隔離輸出模擬信號(hào)的裝置。產(chǎn)品符合國標(biāo) gb/t 3850-1998 。電量變送器通用技術(shù)條件 引用標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)則：gb/t 138501998 準(zhǔn) 確 度 等 級(jí)：0.5 級(jí) 工作溫度：-10 55 相 對(duì) 濕 度：93% 貯藏條件：溫度 - 40 70，相對(duì)溫度 2099%，無凝露 特點(diǎn): 采用電磁調(diào)制隔離

34、原理，有效克服直流漂移 線性測(cè)量范圍：0120%標(biāo)稱輸入 din 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝 多種輸出類型任選，多種結(jié)構(gòu)類型任選 smt 貼片生產(chǎn)加工工藝制造 型號(hào)及技術(shù)參： （1）型號(hào)應(yīng)包括：變送器主型號(hào)、輸入/輸出規(guī)格（輸入/輸出范圍值） 、精度等級(jí)等。 例如：te- baa1u-5a/420ma-0.5。 （2）電流變送器：輸入電流值大于 5a 后，交流須外加互感器，直流須外加分流器。 （3）電壓變送器：輸入電壓值大于 500v 后,交流須外加互感器,直流須外加分壓電阻,測(cè) 量范圍可達(dá) 1kv。 技術(shù)參數(shù)： 輸入方式：電磁調(diào)制隔離原理，接線式輸入 測(cè)量范圍：0120%標(biāo)稱輸入 響應(yīng)頻率:直流：030k

35、hz 交流，最高定做 100khz 隔離電壓1.5kvdc ，1 分鐘 輸入阻抗：r=50mv / ix ( ix被測(cè)電流)； 共模抑制比：160db（50hz） 隔離電容:接線輸入產(chǎn)品輸入、輸出間隔離電容：20pf（在 1khz 條件下測(cè)量） ； 過載能力：10 倍標(biāo)稱輸入值，持續(xù) 5 秒； 無故障工作時(shí)間：平均無故障工作時(shí)間3 萬小時(shí)； 額定環(huán)境溫度：0+50； 消耗功率：微功耗。 6.5 上位機(jī)及軟件部分上位機(jī)及軟件部分 工控機(jī)采用研華系統(tǒng) ipc610h 型號(hào)； plc 編程軟件采用西門子公司的 step7 v5.4 sp3； 觸摸屏組態(tài)軟件采用西門子公司的 wincc flexibl

36、e 上位機(jī)組態(tài)軟件采用 ifix4.5； 顯示器選用 22液晶屏。 6.5.1 組態(tài)軟件組態(tài)軟件 采用 ifix4.5 組態(tài)軟件。計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件采用工業(yè)組態(tài)軟件開發(fā)，軟件具備 opc 接口，可以方便接入綜合自動(dòng)化平臺(tái)， plc 控制軟件采用專用軟件開發(fā)，對(duì)設(shè)備進(jìn) 行邏輯控制。所有監(jiān)控程序在地面完成修改無需現(xiàn)場(chǎng)修改。 上位機(jī)組態(tài)軟件選用性能優(yōu)越的工業(yè)組態(tài)軟件，工作于 windows xp sp2 系統(tǒng)平 臺(tái)，實(shí)現(xiàn)圖形監(jiān)控、動(dòng)態(tài)圖形顯示、歷史數(shù)據(jù)采集管理、狀態(tài)趨勢(shì)圖、自診斷、報(bào) 警等諸多功能；并提供多種數(shù)據(jù)接口（odbc、opc、dde）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與傳播。 6.5.2 編程軟件編程軟件 采用西

37、門子 step 7 編程軟件。plc 控制軟件采用專用軟件開發(fā)，對(duì)井下皮帶機(jī) 設(shè)備進(jìn)行邏輯控制。 所有監(jiān)控程序在地面完成修改無需現(xiàn)場(chǎng)修改。 6.6 系統(tǒng)可靠性系統(tǒng)可靠性 上位機(jī)采用雙工控機(jī)熱備的形式。其中一臺(tái)作為主機(jī)，作為操作人員日常工作 中的控制器操作各流程設(shè)備。另一臺(tái)工控機(jī)作為從機(jī)，提供主工控機(jī)的后備控制。 當(dāng)主工控機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)可以將系統(tǒng)的控制操作無擾動(dòng)的切換到從機(jī)，從而保證上位 機(jī)的可靠運(yùn)行。 6.7 設(shè)備改造設(shè)備改造 若要實(shí)現(xiàn)興元煤礦井下中央泵房自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，以滿足自動(dòng)化控制需 對(duì)以下設(shè)備進(jìn)行改造、更換，具體說明如下： 1、出水口閘閥和配水閘閥換成手/自動(dòng)的電動(dòng)閘閥。 2、注水

38、球閥和排氣球閥換成手/自動(dòng)電動(dòng)球閥。 6.7 plc 點(diǎn)位表點(diǎn)位表 序 號(hào) 控 制 與 檢 測(cè) 內(nèi) 容通訊 數(shù)字量 輸入 數(shù)字量 輸出 模擬量 輸入 模擬量 輸出 備 注 1simens_plc 與調(diào)度室通訊1 2電動(dòng)機(jī)定子溫度檢測(cè)313 3電動(dòng)機(jī)軸溫檢測(cè)313 4泵體溫度檢測(cè)313 5各水泵出水水壓檢測(cè)313 位置9346各水泵出水管路電 動(dòng)閘閥啟停934 7總水管電動(dòng)閘閥位置834 8總水管電動(dòng)閘閥啟停424 位置82 選 19出水管路選擇 （控制電動(dòng)閘閥）啟停4 10水倉1 11自控/手動(dòng)3 12網(wǎng)控/就地3 13開停傳感器（運(yùn)行返回）3電機(jī) 小計(jì)：1241712 7 控制模式控制模式

39、7.1 自動(dòng)工作方式自動(dòng)工作方式 系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)控制、就地自動(dòng)控制、就地手動(dòng)控制、啟動(dòng)柜面板控制 4 種操作 方式。故每臺(tái)泵設(shè)置 2 個(gè)選擇開關(guān)進(jìn)行方式選擇，第一個(gè)為手動(dòng)和自動(dòng)選擇，第二 個(gè)為網(wǎng)絡(luò)控制和就地自控選擇。當(dāng)選擇為手動(dòng)操作時(shí)，操作方式和流程與現(xiàn)有規(guī)程 相同；當(dāng)選擇為自動(dòng)操作時(shí)，其操作規(guī)程如下： 一、運(yùn)行前狀態(tài)檢測(cè) 開泵前必須檢查待開水泵的高壓柜、低壓柜及電機(jī)綜保的供電是否正常。待開 水泵的各種顯示是否正常，水倉水位顯示不小于 2 米，且應(yīng)無故障顯示。 二、啟動(dòng)： 系統(tǒng)根據(jù)水倉水位的情況啟動(dòng)水泵，當(dāng)水倉水位高于上限水位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)選 定排水管路、待開水泵，按照泵房水泵運(yùn)行流程圖所設(shè)定的運(yùn)

40、行程序，自動(dòng)啟 動(dòng)待開水泵。其主要步驟為： 1、監(jiān)測(cè)真空表，當(dāng)滿足要求時(shí)可繼續(xù)操作。 2、啟動(dòng)電機(jī) 3、打開所啟動(dòng)水泵的出水口電動(dòng)閘閥，并觀察電機(jī)、水泵運(yùn)轉(zhuǎn)情況是否正常。 三、運(yùn)行 (一) 水泵在運(yùn)行期間，應(yīng)實(shí)時(shí)進(jìn)行以下檢測(cè)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施： 1、電壓不得超過額定值的正負(fù) 5，電流不得超過額定值； 2、檢測(cè)壓力、真空和流量指示的變化情況； 3、檢測(cè)水倉水位的變化情況； 4、電機(jī)和水泵有無異狀； (二) 水泵在運(yùn)行期間出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)緊急停泵： 1、水泵不上水； 2、水泵或電機(jī)超溫； 四、停泵 正常停泵，當(dāng)水倉水位低于下限水位時(shí)(約 2 米)，控制器將按照泵房水泵運(yùn) 行流程圖所設(shè)

41、定的停泵程序自動(dòng)停止運(yùn)行水泵。 需要停泵時(shí)，按照下列順序操作： 1、關(guān)閉出水管路電動(dòng)閘閥； 2、關(guān)閉水泵出水口電動(dòng)閘閥，嚴(yán)禁閥門在開通位置停機(jī)； 3、待閥門關(guān)閉到位后，停電動(dòng)機(jī)。 4、故障停泵。 當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，計(jì)算機(jī)將按照泵房水泵運(yùn)行流程圖中所設(shè)定的停泵程序自 動(dòng)停止運(yùn)行水泵。 7.2 自動(dòng)工作方式自動(dòng)工作方式 plc 自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉 水位的高低、井下用電負(fù)荷的高、低峰和供電部 門所規(guī)定的平段、谷段、峰段供電電價(jià)時(shí)間段等因素，建立數(shù)學(xué)模型，合理調(diào)度水 泵，自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制 3 臺(tái)水泵運(yùn)行。 為了保證井下安全生產(chǎn)，系統(tǒng)可靠運(yùn)行，水位信號(hào)是水泵自動(dòng)化一個(gè)非常重要 的參數(shù)，

42、系統(tǒng)設(shè)置了水位傳感器，水位傳感器設(shè)于水倉的排水配水倉內(nèi)，plc 將接 受到的模擬量水位信號(hào)分成若干個(gè)水位段，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)不同水位段水位的上 升速率，從而判斷礦井的涌水量，同時(shí)檢測(cè)井下供電電流值，計(jì)算用電負(fù)荷率，根 據(jù) 礦井涌水量和用電負(fù)荷，控制在用電低峰時(shí)開啟水泵，用電高峰時(shí)停止水泵運(yùn)行， 以達(dá)到避峰填谷及節(jié)能的目的。 7.3 自動(dòng)控制功能自動(dòng)控制功能 根據(jù)工況設(shè)定，以及時(shí)間、水位、煤礦用電負(fù)荷等參數(shù)自動(dòng)開啟、停止水泵 的運(yùn)轉(zhuǎn)，并能實(shí)現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖啟動(dòng)，對(duì)運(yùn)行中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過接 口向上傳送數(shù)據(jù)。 （1）地面計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)出每天礦井的用電負(fù)荷情況，確定用電高峰、低谷時(shí)間， 并將參數(shù)傳

43、給本機(jī)；或在本機(jī)上根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。 （2） 根據(jù)所監(jiān)測(cè)的水位信號(hào)，設(shè)定出低水位、高水位和上限水位信號(hào)。低水位 時(shí)停泵；高水位時(shí)水泵一臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用、一臺(tái)檢修；上限水位時(shí)二臺(tái)泵運(yùn)行， 另一臺(tái)備用或檢修。 （3）每臺(tái)水泵設(shè)置地面控制、井下控制、自動(dòng)、手動(dòng)和檢修五種工作方式，工 作方式可直接在本機(jī)上設(shè)定或由地面主機(jī)設(shè)定。當(dāng)水位達(dá)到高位或不在高位而處 在用電低谷時(shí)間內(nèi)，將自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行泵，當(dāng)達(dá)到低位或不在高位而處在用電高峰 時(shí)間內(nèi)時(shí)自動(dòng)停泵。當(dāng)水位達(dá)到上限水位時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)“運(yùn)行泵”及“備用泵”，直 到水位低于高位時(shí)停止“備用泵”只運(yùn)行“運(yùn)行泵”， 當(dāng)達(dá)到低位或不在高位而處 在用電高峰時(shí)間內(nèi)時(shí)

44、自動(dòng)停泵。 （4）系統(tǒng)可自動(dòng)或手動(dòng)選擇以實(shí)現(xiàn)備用泵的循環(huán)啟動(dòng)和停止。 （5）將本機(jī)工作方式轉(zhuǎn)為“地面控制”時(shí)，各水泵由地面主機(jī)控制。 （6）當(dāng)運(yùn)行的水泵出現(xiàn)軸承超溫、開關(guān)柜故障、流量不夠時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行，并 提示、報(bào)警。 7.4 手動(dòng)控制功能手動(dòng)控制功能 根據(jù)實(shí)際需要也可以從自動(dòng)控制方式切換到手動(dòng)控制方式。此方式下操作人 員在操作臺(tái)上人工手動(dòng)控制。 7.5 單機(jī)自動(dòng)控制單機(jī)自動(dòng)控制 地面監(jiān)控主機(jī)將工作方式切轉(zhuǎn)到單機(jī)自動(dòng)時(shí)，可在地面監(jiān)控主機(jī)上單獨(dú)控制 系統(tǒng)中的各設(shè)備。 7.6 就地手動(dòng)控制就地手動(dòng)控制 各設(shè)備工作方式打到就地位置時(shí)，可直接在就地控制箱上起停水泵及相應(yīng)的 電動(dòng)閘閥。此方式主要用于設(shè)備

45、檢修時(shí)。 7.7 現(xiàn)場(chǎng)編程現(xiàn)場(chǎng)編程 用戶可在現(xiàn)場(chǎng)通過面板上的鍵盤對(duì)程序或參數(shù)進(jìn)行修改。 7.8 組網(wǎng)功能組網(wǎng)功能 該控制器掛接在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上，通過交換機(jī)可以與全礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)連接。 7.9 水泵運(yùn)行計(jì)量水泵運(yùn)行計(jì)量/時(shí)間時(shí)間/運(yùn)行統(tǒng)計(jì)運(yùn)行統(tǒng)計(jì) 在地面控制站可分別對(duì)每臺(tái)水泵的運(yùn)行電耗、工作時(shí)間等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便于管 理人員及時(shí)掌握每臺(tái)水泵的工況。 7.10 實(shí)時(shí)報(bào)警實(shí)時(shí)報(bào)警/報(bào)警記錄報(bào)警記錄 在現(xiàn)場(chǎng) plc 控制器上可漢字顯示各故障信息并報(bào)警，在地面控制站上可顯 示現(xiàn)場(chǎng)單元當(dāng)前的報(bào)警信息以及保存的報(bào)警記錄。 8 控制主站控制主站 8.1 plc 配置及功能特點(diǎn)配置及功能特點(diǎn) 本系統(tǒng)采用 sieme

46、ns 公司的 s7-300 系列可編程控制器。s7-300 是模塊化 中小型 plc 系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。 模塊化，無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得 s7-300 成 為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。它具有如下 特點(diǎn)： simatic s7-300 的大量功能支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動(dòng)和維護(hù) 。 高速的指令處理 0.60.1ms 的指令處理時(shí)間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng) 用領(lǐng)域。 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 用此功能可以有效地實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算 方便用戶的參數(shù)賦值 一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了

47、入 門和培訓(xùn)的費(fèi)用。 人機(jī)界面 (hmi) 方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在 s7-300 操作系統(tǒng)內(nèi)。因此人機(jī)對(duì)話的 編程要求大大減少。simatic 人機(jī)界面(hmi)從 s7-300 中要求數(shù)據(jù)，s7- 300 按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。s7-300 操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù) 的傳送。 診斷功能 cpu 的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和 特殊系統(tǒng)事件 (例如：超時(shí)，模塊更換，等等)。 口令保護(hù) 多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許 的復(fù)制和修改。 操作方式選擇開關(guān) 操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操 作方式。

48、這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。 - simatic s7-300 具有多種不同的通訊接口： 多種通訊處理器用來連接 as-i 接口、profibus 和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng) 通訊處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通訊系統(tǒng) 多點(diǎn)接口(mpi) 集成在 cpu 中，用于同時(shí)連接編程器、pc 機(jī)、人機(jī)界面 系統(tǒng)及其他 simatic s7/m7/c7 等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 - 這是一個(gè)經(jīng)濟(jì)而有效的解決方案；方便用戶的 step7 的用戶界面提供了 通訊組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。 - cpu 支持下列通訊類型： 過程通訊 通過總線(as-i 或 profi- bus)對(duì) i/o 模塊周期尋址(過程映象交

49、換) 數(shù)據(jù)通訊 在自動(dòng)控制系統(tǒng)之間或人機(jī)界面(hmi)和幾個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù) 通訊會(huì)周期地進(jìn)行或被用戶程序或功能塊調(diào)用。 8.2 控制站特點(diǎn)控制站特點(diǎn) （1）選用先進(jìn)的控制器，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性好，可靠性高，數(shù)據(jù)處理速度快。 （2）可擴(kuò)展性強(qiáng)，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展及管理網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。 （3）維護(hù)方便，運(yùn)行費(fèi)用低。系統(tǒng)擴(kuò)展方便，可隨時(shí)增加節(jié)點(diǎn)。本系統(tǒng)可根據(jù) 生產(chǎn)需要隨時(shí)增加控制接點(diǎn)，控制器和網(wǎng)絡(luò)可靠性高，維護(hù)工作量小。 （4）總結(jié)各礦中央泵房集控系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，特別采取了增加設(shè)備可靠性的措 施。系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，plc 對(duì)軟起動(dòng)裝置、高壓開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行掃描分析，運(yùn)行過 程中對(duì)傳感器監(jiān)控，故障時(shí)報(bào)警。 （5）

50、根據(jù)水位控制原則，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)水泵的輪換工作，大大延長了水泵的壽命； （6）該監(jiān)控裝置可根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷信息，以“移峰填谷”原則確定開、停水泵時(shí)間， 從而提高了礦井的電網(wǎng)質(zhì)量；本監(jiān)控裝置采用超聲水位計(jì)連續(xù)檢測(cè)水倉水位，超 聲水位計(jì)輸出 420ma 信號(hào)送 plc，plc 經(jīng)運(yùn)算判別，自動(dòng)開停水泵。 （7）在正常水位時(shí)，各臺(tái)泵能自動(dòng)輪換工作，在危險(xiǎn)水位時(shí)，自動(dòng)投入必要數(shù) 量的水泵運(yùn)行，并自動(dòng)控制相應(yīng)管路上的閥門。系統(tǒng)以水倉水位為主，結(jié)合分時(shí) 計(jì)費(fèi)和“移峰填谷”原則，確定開停水泵時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)耗目的。 8.3 監(jiān)控系統(tǒng)具有的功能監(jiān)控系統(tǒng)具有的功能 系統(tǒng)由控制部分、檢測(cè)部分、執(zhí)行部分組成。由于系統(tǒng)控

51、制要求復(fù)雜，又考 慮到中央泵房和中央變電所硐室環(huán)境條件，控制部分和控制核心選用高性能可編 程序控器。檢測(cè)部分分為兩部分： 一是模擬量檢測(cè)部分。其主要由水倉水位傳 感變送器、流量傳感變送器、高壓柜綜保單元、壓力變送器、負(fù)壓變送器、溫度 傳感變送器等組成，此部分用于中央泵房主排水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的檢測(cè)。二是開關(guān) 量檢測(cè)部分。將高壓啟動(dòng)柜中的真空斷路器狀態(tài)、電動(dòng)閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、 等開關(guān)量信號(hào)接入 plc，可檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。而執(zhí)行部分則由就地控制箱及所 控制的對(duì)象組成，可完成對(duì)水泵、電動(dòng)閘閥、電磁閥、高壓柜等設(shè)備控制。 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水倉水位，當(dāng)水位達(dá)到上限時(shí)能夠報(bào)警，自動(dòng)開啟水泵；當(dāng)水 位達(dá)到下限時(shí)

52、，發(fā)出聲光信號(hào)，自動(dòng)停泵。 實(shí)施監(jiān)測(cè)水泵各工況參數(shù)，包括水位、流量、電壓、電流、壓力、功率、 溫度、真空度、閘閥開啟度等。 具有數(shù)據(jù)分析功能，對(duì)水泵的效率、電耗、工況點(diǎn)等進(jìn)行分析，確保經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行。 當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，能夠及時(shí)報(bào)警，并能夠自動(dòng)開啟備用水泵，不能滿 中排水能力時(shí)，根據(jù)水量情況自動(dòng)確定開啟水泵臺(tái)數(shù)。 具有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、檢修閉鎖功能。 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程、現(xiàn)場(chǎng)編程、完善修改系統(tǒng)功能。 具備完善的系統(tǒng)保護(hù)功能。 可與電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、煤礦安全生產(chǎn)檢測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)監(jiān)控。 系統(tǒng)應(yīng)具有以水倉水位為主，結(jié)合分時(shí)計(jì)費(fèi)和“避峰填谷”原則，確定開 停水泵時(shí)間。 具有較強(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性。 8.4

53、 主要監(jiān)控設(shè)備主要監(jiān)控設(shè)備 1、井下網(wǎng)絡(luò)控制裝置、井下網(wǎng)絡(luò)控制裝置 該裝置控制核心部分采用德國西門子公司生產(chǎn)的德國西門子公司生產(chǎn)的 s7-300 可編程控制器可編程控制器，其他主 要元件均采用進(jìn)口元件，外型如圖4.6所示。通過控制裝置可以實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的就 地自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制兩種控制方式。 采用就地自動(dòng)控制方式時(shí)，通過就地開?？刂破鞯闹噶钶斎耄詣?dòng)啟動(dòng)或停止各 臺(tái)電機(jī)。采用遠(yuǎn)程自動(dòng)控制方式時(shí)，通過傳輸線路接收控制中心的控制指令，自 動(dòng)啟動(dòng)或停止各臺(tái)電機(jī)。 該裝置可同時(shí)完成多臺(tái)皮帶機(jī)控制、保護(hù)動(dòng)作及相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。 2、kxj-0.5/660 礦用隔爆兼本安型光纖可編程控制箱礦用隔爆兼本安型光

54、纖可編程控制箱 kxj-0.5/660 礦用隔爆兼本安型光纖可編程控制箱可以接入各類傳感器并可由多 臺(tái) kxj-0.5/660 設(shè)備組成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備集中控制，通過程序設(shè)計(jì)的方式， 對(duì)煤礦井下用大、中、小型機(jī)電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程就地控制。 （1）電器參數(shù)）電器參數(shù) 額定電壓：ac660v;輸入視在功率：350va 通訊連接： 協(xié)議：tcp/ip 介質(zhì)：單模光纖 數(shù)量：2 路 波長：1310nm 速率：10/100m bit/s 接口：sc，發(fā)射功率：-10dbm 接收靈敏度：-30 dbm 距離：10km 輸出直流穩(wěn)壓電源（本安）： 數(shù)量：2 路（獨(dú)立） ，工作電壓24v 工作電流500ma

55、，最大短路電流： 40ma 輸入信號(hào)：32 路本安無源接點(diǎn)型開關(guān)量輸入信號(hào) 8 路本安模擬量，信號(hào)范圍 420ma 輸出信號(hào)：15 路非本安觸點(diǎn)輸出，觸點(diǎn)容量：ac220v/5a （2）主要功能和特點(diǎn)：）主要功能和特點(diǎn)： 1、可以采集或接入各種參數(shù)、保護(hù)信號(hào)（開關(guān)量和模擬量） ，并具有擴(kuò)展性。 2、可以方便定義和修改所有被測(cè)模擬參數(shù)的報(bào)警值、保護(hù)動(dòng)作值。 3、實(shí)現(xiàn)多路控制輸出，啟動(dòng)或停止有關(guān)設(shè)施（有的輸出帶延時(shí)，且延時(shí)時(shí)間可調(diào)） 。 4、實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)的就地顯示，并可上傳地面中心站。 5、實(shí)現(xiàn)故障位置、原因、類型等的就地顯示，并可上傳地面中心站。 6、具有檢修時(shí)的安全閉鎖功能。

56、7、具有運(yùn)行方式選擇及防止非規(guī)定操作人員隨意操作的保護(hù)措施。 8、與地面斷開后系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行在就地或自動(dòng)方式下。 9、控制裝置可接收各類傳感器信號(hào)。 10、提供電流和溫度的時(shí)實(shí)監(jiān)測(cè)。 11、具有以太網(wǎng)接口功能。 8.5 控制主站工作環(huán)節(jié)控制主站工作環(huán)節(jié) 監(jiān)控裝置可概括為以下六個(gè)環(huán)節(jié)：自動(dòng)注水環(huán)節(jié)、閘閥操縱環(huán)節(jié)、水位自動(dòng) 監(jiān)控環(huán)節(jié)、參數(shù)傳示環(huán)節(jié)、故障保護(hù)環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制環(huán)節(jié)。 8.5.1 自動(dòng)注水環(huán)節(jié)自動(dòng)注水環(huán)節(jié) 水泵只有在其葉輪完全淹沒于水中的情況下，泵體內(nèi)部才能造成必要的真空 度實(shí)現(xiàn)正常排水。如果真空度不夠，泵內(nèi)有空氣存在，將會(huì)造成不上水和轉(zhuǎn)動(dòng)部 件燒壞等故障。因此，啟動(dòng)前的注水是水

57、泵工作的重要操作項(xiàng)目之一。本方案采 用射流抽真空。由高精度真空傳感器監(jiān)測(cè)真空度，電流、流量作為監(jiān)測(cè)真空度的 后備。 8.5.2 閘閥操縱環(huán)節(jié)閘閥操縱環(huán)節(jié) 為了減小啟動(dòng)功率，水泵操作規(guī)程規(guī)定離心式水泵一定要關(guān)閉出水閘閥啟動(dòng)， 而當(dāng)水泵停車時(shí)，為了避免水錘事故，必須先關(guān)閉閘閥，緩慢減小流速，最后停 車。 當(dāng)泵體內(nèi)充滿水后，以啟動(dòng)和停止 1泵為例，其過程如下：啟動(dòng)時(shí)，先啟 動(dòng) 1電機(jī)，然后打開相應(yīng)電動(dòng)閥（以“輪換工作”原理，根據(jù)上次所使用的管路， 此次換另一趟管路） ，停止時(shí)，先關(guān)電動(dòng)閥，最后停 1電機(jī)。 8.5.3 水位自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)水位自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié) 水位自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)水位的高低自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)

58、出開、停水泵命令。 水位傳感器的可靠性和準(zhǔn)確性直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的工作可靠性。為此選用超 聲波液位傳感器，它具有高精度、非接觸式、非機(jī)械型、維護(hù)方便、安裝容易、 標(biāo)定簡單等許多優(yōu)點(diǎn)。 當(dāng)水位達(dá)到水位 2 時(shí)，若處于低計(jì)費(fèi)時(shí)段，可以立即啟動(dòng)，若處于高計(jì)費(fèi)段， 則暫緩啟動(dòng)。當(dāng)水位繼續(xù)上升至水位 3 時(shí)，則不論電網(wǎng)如何，必須啟動(dòng)水泵。若 水位繼續(xù)上升至水位 4 時(shí)，則表明一臺(tái)水泵的排水量已不足于排除礦井出水，必 須啟動(dòng)第二臺(tái)水泵，兩臺(tái)水泵一齊排水，以礦井的最大排水能力來排除礦井出水。 不論投入幾臺(tái)泵，水位必須下降到水位 1 方可停泵。上述水位 1 至水位 4 均由超 聲液位計(jì)將模擬信號(hào)送入 plc

59、，由 plc 通過軟件標(biāo)定。分時(shí)計(jì)費(fèi)亦由 plc 通過 軟件標(biāo)定。 8.5.4 參數(shù)傳示環(huán)節(jié)參數(shù)傳示環(huán)節(jié) 在主控柜的模擬屏上可模擬顯示水倉水位、水泵流量、水泵壓力及電動(dòng)機(jī)、 電磁閥和電動(dòng)閥的各種工作狀態(tài)。所有的檢測(cè)參數(shù)及工作狀態(tài)均可由井下 plc 通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給地面計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)分析處理，在顯示器上模擬顯示，并 做出曲線、報(bào)表，以利于地面管理人員作出正確判斷，向井下可編程控制器發(fā)出 控制命令。 8.5.5 故障保護(hù)環(huán)節(jié)故障保護(hù)環(huán)節(jié) 水泵電機(jī)容量大，耗電量高，屬一級(jí)負(fù)荷。因此，對(duì)排水設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng) 的安全性、可靠性要求較高。本系統(tǒng)設(shè)有以下幾種保護(hù)： 流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行中，如

60、流量達(dá)不到正常值，通過流量保 護(hù)裝置使本臺(tái)水泵停車，轉(zhuǎn)為啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。 電動(dòng)機(jī)故障：plc 監(jiān)視水泵電機(jī)欠壓、過流、短路等故障，由高壓開關(guān)柜的 綜合保護(hù)器提供，并參與控制。 電動(dòng)閘閥故障：由電動(dòng)機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電機(jī)的主要保護(hù)并參與控制。 8.5.6 電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制環(huán)節(jié)電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制環(huán)節(jié) 該環(huán)節(jié)是排水設(shè)備綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。它由 plc、中間繼電器、 接觸器等組成，以上環(huán)節(jié)最終都要與本環(huán)節(jié)配合，根據(jù)水位情況自動(dòng)開停水泵。 為了防止因備用泵長期不用而使電機(jī)受潮或有其它故障而未被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)緊急 情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全，本環(huán)節(jié)按“輪換工作制”來控制，以 達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)、早