恒昌煤业-450泵房自动控制方案.docVIP

临沂恒昌煤业水泵房无人值守系统临沂恒昌煤业有限公司-450泵房排水自动控制初 设 方 案济南维利安科贸有限公司2010年11月前 言本方案设计过程中始终遵循系统应具备可靠性、先进性、稳定性、实用性原则，满足现代化矿井对安全、生产、调度的需要，最终为安全生产、调度指挥、科学管理提供可靠的手段。本系统主要从系统的可靠性、实用性、节约成本上考虑，贵矿可根据此方案提合理晔建议，以便更符合贵方的实际情况。目 录一.概述41.重要性42.现场情况4二.设计依据与选型原则51.设计依据52.选型原则5三.系统组成及软件61.系统功能81.1工作方式81.2功 能102.系统特点15四.改造部分17五.线路敷设18六.系统主要模块配置18七.服务198.1安装服务198.2保质期内服务198.3保质期后的服务208.4培训20附件：恒昌煤业公司中央泵房自动化排水装置设备清单22一. 概述1. 重要性矿井排水系统承担着排出井下涌水的重要任务，是保证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。矿用自动排水装置是根据煤矿井下的实际情况，在原来的设施基础上进行自动化改造，以使设备在无人职守的情况下自动运行和自我诊断的一套系统。通过工业计算机的决策控制，对设备的运行状态、运行过程进行自动检测、自动控制，使设备达到最佳工作状态，从而达到有效地节约能源、降低劳动强度、降低运行成本和延长设备使用寿命等目的。系统综合了工业控制技术和现代软件技术，保证了系统的稳定性和可靠性，并可与全煤矿综合自动化系统进行联网，作为全煤矿自动化系统的一个子系统。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：第一：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。第二：可减少看护人员，相应减少工资投入，并可充实设备维护检修队伍，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。第三：可以保证安全生产，改善工作环境，提高劳动生产率。第四：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。第五：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。2. 现场情况目前 恒昌煤业中央泵房与中央变电所相连。目前已有4台水泵型号D500A-57X10，4台高压真空配电装置。中央泵房内建有1个水仓。使用模式均为二主一备一检修。4台水泵共用2路水管出水，就地可提供电压等级380V，目前使用就地控制箱进行操作。中央泵房内有一台KJJ266型网络交换机，本次水泵集控系统的核心设备-隔爆兼本安型控制箱可直接接入此交换机。依据（鲁煤安管【2008】63号文“关于受地表水害、底板承压水水害威胁严重矿井建立远程监控集控系统的通知” ）的要求。准备将现有的手动控制改造升级为自动控制。二. 设计依据与选型原则1. 设计依据GB 3836.1-2000爆炸性环境用防爆电气设备通用要求；GB 3836.4-2000爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求；GBJ 93-86工业自动化仪表工程施工及验收规范；GBJ 42-81工业企业通信设计规范；GB 50055-93通用用电设备配电设计规范；MT 209-90煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求；GB/T13729-1992远程终端通用技术条件；GB/2173-1990矿用一般型电气设备；MT/T1008-2006煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求；AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求；MT/T772-1998煤矿监控系统主要性能测试方法。2. 选型原则2.1符合煤矿安全规程第四百四十四条“井下电器设备选用规定”。所有设备选用本安型设备和防爆设备。2.2符合煤安监技装字2001109号“关于公布执行安全标志管理的煤矿矿用产品目录（第一批）的通知”、所有设备应有“安标”。2.3选用可靠性高、智能型、先进性、可扩展型、兼容性强的设备。2.4选用布线简单的设备。2.5系统所选设备在工作安全可靠、实用的前提下，还要充分考虑技术的先进性。2.6系统的硬件设计要充分考虑到将来扩充的需要，控制器的选用要留有足够的余量。2.7系统的网络接口要配置完善，为将来集成其他采区泵房子系统或接入矿井信息化系统预留接口。三. 系统组成及软件图1 控制系统流程图23济南维利安科贸有限公司1. 系统功能1.1 工作方式单台水泵自动启动的过程为：启动抽真空系统、检测真空度、启泵、检测水泵出水口压力、打开水泵出水口电动闸阀。停机过程则为先关水泵出口电动闸阀 ,后通过启动柜停止水泵。a) 运行前状态检测开泵前必须检查待开水泵的高压柜及电机综保的供电是否正常。待开水泵的各种显示是否正常，水仓水位显示是否正常，且应无故障显示。b) 启动系统根据水仓水位、速度的情况启动水泵： 自动 将工作方式选择开关打在“自动”位置； 当水仓水位高于上限水位时，计算机将自动选定射流管路和待开水泵，按照所设定的运行程序，自动启动待开水泵。 半自动 工作方式选择开关打在“半自动”位置； 选定排水管路； 选定待开水泵，并确定射流管路； 按下待开水泵的启动按钮，计算机将按照所设定的运行程序，自动启动待开水泵。 检修工作方式选择开关打在“检修”位置；此方式远程启动不起作用；控制方式见“手动”。 手动 工作方式选择开关打在“检修”位置； 选定排水管路，打开管路闸阀； 选定待开水泵，并确定射流管路； 开启射流； 观察真空表，确认泵体内已充水(否则不能进行下一步操作)； 启动电机； 打开所启动水泵的出水口电动闸阀，并观察电机、水泵运转情况是否正常； 关闭射流。c) 运行 水泵在运行期间，应经常进行以下观测，发现问题及时采取措施：-电压不得超过额定值的正负5，电流不得超过额定值；-观察压力、真空和流量指示的变化情况；-观察模拟量的显示和水仓水位的变化情况；-电机和水泵有无异状；-检查进、出水管路，泵体、闸门、盘根密封等有无漏水现象。 水泵在运行期间出现下列情况之一时，应紧急停：-水泵不上水；-水泵或电机有异状；-电机或电气设备冒火和冒烟；-泵体严重漏水；-平衡水失常；d) 正常停泵与启动相对应，正常停泵方式也有三种：a) 自动：水泵在“自动”工作方式下运行，当水仓水位低于下限水位时，计算机将按照所设定的停泵程序自动停止运行水泵。b) 半自动：水泵在“半自动”工作方式下运行，需要停泵时，司机应按下“停止”按钮，计算机也将按照所设定的停泵程序自动停止运行水泵。c) 水泵在“检修”工作方式下运行，需要停泵时，司机应按照下列顺序操作：-关闭出水管路电动闸阀；-关闭水泵出水口电动闸阀，严禁阀门在开通位置停机；-待阀门关闭到位后，停电动机。e) 故障停泵-水泵在“自动”和“半自动”工作方式下运行，当发生故障时，计算机将按照所设定的停泵程序自动停止运行水泵。-水泵在“检修”工作方式下运行，当发生故障需要停泵时，应按下列顺序操作： 同时关闭管路和水泵出水口的电动闸阀，严禁阀门在开通位置停机； 待阀门关闭到位后，停电动机； 不论水泵在哪一种工作方式下运行，当发生故障需要紧急停泵时，司机可按下“急停”按钮(带机械自锁)。-故障停泵后，查明故障原因，立即向有关领导汇报。-按下“故障复位”按钮，使系统恢复正常，为启动备用水泵做好准备。1.2 功能具有远程启动、停止、复位和测试功能，并可进行地面远程编程、故障（保护）屏蔽及控制方式转换；具有 “自动”、“手动”、“检修”、“远程”四种工作方式，工作方式可直接在井下控制柜上设定或由地面主机设定。图3 上位机系统图1、自动：1）由液位传感器连续监测水仓水位，根据水仓和吸水井的水位，自动开停水泵及其阀门，在正常水位时，各水泵自动轮换工作，在危险水位时，自动投入必要数量的水泵。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。低水位时停泵；高水位时水泵一台运行、二台备用、一台检修；上限水位时二或三台泵运行，另一台备用或检修。（可根据井下实际情况自由设定）3）可根据工况设定，以及时间、水位、煤矿用电负荷等参数，根据避峰填谷的原则自动开启、停止水泵的运转，并能实现泵阀的联锁启动，对运行中的各种参数进行实时监控。图3 上位机系统单泵查看图4）当运行的水泵出现轴承超温（先报警，后报故障）、开关柜故障、流量不够或压力突然降低时自动停止运行，并提示、报警。通过接口向上传送数据。5）自动开泵时严格按开泵顺序开泵，各步骤之间有闭锁。2、就地：操作人员根据水仓显示水位，人工手动开停水泵及确定开泵台数，电机及其阀门的开、停由PLC自动执行。可现场就地或地面监控中心就地完成，对运行中的各种参数进行实时监测，通过接口向上传送数据。图4 下位机触摸屏自动控制界面3、检修：维修人员用操作按钮可操作任一水泵电机、电动闸阀、电磁阀的开关，解除相互闭锁关系。图5 下位机触摸屏检修界面图4、远程：由地面监控中心进行控制水泵的启停，确定开泵台数，可以一键完成任一水泵的启动（停止），包括各抽真空、启动（停止）电机、开启（关闭）电动闸阀等，也可以由地面监控中心分别控制电机及其阀门的开、停。 首先选择“远程控制”，该状态下可以进行“手动”和“自动”状态的控制。然后进入“参数设置”画面，根据画面显示进行不同设置，一定要保证闸阀开度不为0，然后选择“循环开泵”，（选择循环开泵时，最好先选择一个，然后确定，再选择另一个，要保证选择开泵时的时间不在“水泵开泵时间设置”时间段内。）当系统状态在“自动状态”下，操作员可以进入单台泵界面下，进行“一键启动”或“一键停止”；当在“手动状态”下可以控制单台水泵的各种阀门，以及“一键启动”或“一键停止”。5、网络功能：在地面机电监控中心设置上位机，将现场设备运行状态、故障状态、传感器信号等传输到上位机，并与矿综合自动化系统进行信息集成。6、具有故障自诊断功能：可准确判断故障类型、位置并能进行图像和语音提示及打印输出，故障自动切换时间小于20秒。7、实时报警/报警记录：当被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后，可在地面上位机也可发出语音、文字告警提示，并进行声、光、语音报警。并实时保存以上信息。每一步操作都有语音提示，现场有开泵预警时间20秒左右（配置相应的预警设备）。图6 历史记录8、图形曲线显示：在地面上位机上实时显示各设备运行状态图。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。9、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）。主要数据保存至少一个月，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。10、组网功能：该系统挂接在中央变电所的网络节点上，通过网络节点与全矿综合自动化系统连接。11、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。12、审计功能：系统能够自动将使用人的登陆信息、操作设备信息记录到数据库中，实现日后审计的功能。2. 系统特点1) 系统具有闭锁性开关，无论在设备检修还是人员检查时，只需按下开关，无论采用哪种方式的操作都不能开机，确保现场人员不受伤害。2) 无需人为干预，由下位机自动控制，根据水位自动启、停水泵，自动实现水泵的轮换工作，做出合理调度；3) 本系统保留了设备原先手动控制方式，手动控制具有优先控制权，保证了即使系统出现故障，也可以在手动控制下实现水泵的正常工作；4) 系统的实时性好，对各设备的运行工况能够实时监测、实时控制；5) 可以随时查询、打印实时趋势及任意时间段的历史趋势；6) 人机界面显示的内容丰富、形象、直观，操作简单、易懂；7) 软件中嵌入了大量的控制策略，可以根据实际情况做出不同的决策，大大提高了系统的自动化程度和智能程度；8) 根据不同时期的具体情况，可以对软件的运行参数进行调整，以适应复杂的情况，提高了系统的适应性；9) 系统能够进行远距离监控，并可无限扩展。3.系统优势：3.1证件齐全：整个排水系统及各个关联组件皆有安标证。3.2系统核心设备PLC控制箱性能稳定可靠：3.2.1完善的通讯功能：与矿井工业以太环网通讯完成上位机下位机之间的通讯（RJ45），与多级离心泵、潜水泵的防爆及一般型控制柜（启动柜）通讯（RJ45、RS485）实现电流、电压、有功功率、无功功率、电量、运行状态等参数的采集。3.2.2 PLC控制箱的内部配置：西门子S71200，10寸液晶触摸屏、本安电源2个，4小时备用电池，安全隔离栅，H3C光纤双冗余工业环网交换机。闸门及真空泵电控保护装置。3.12.3多媒体效果：配置防爆音箱，每操作一步都有语音预告和提示。四. 改造部分1、央泵房内安装一台隔爆兼本安型PLC控制柜，用来采集各种传感器及电动阀门的数据以传送至地面控制中心，2、在每台水泵出水管路上增加电动闸阀执行机构与电动闸阀用电动机（矿用隔爆型）。3、原有的射流抽真空机构保留，分别加入球阀（射流管路与抽真空管路）。增加管道压力传感器，真空度（负压）传感器。6、电流数据采集需要在每个水泵电机配电柜增加电压和电流变送器。7、加配套的水位、压力、温度等传感器。主要采集元器件组成序号名称型号数量单位1水位传感器1台2压力传感器GPD2003台3负压传感器GPD80G3台4阀门电动装置ZB45-243台5电动球阀5台PLC控制点数统计根据主要输入输出设备，统计控制点数如下：序号控制点名称控制点类型DIDOAIAO1电动闸阀开到位32电动闸阀关到位35打开电动闸阀36关闭电动闸阀37打开电磁阀68电动闸阀返回39水仓水位210气口真空度311水口压力3五. 线路敷设1 所有布线全部穿金属管。2 减少明线的敷设，尽量将线缆敷设至电缆沟内。3 电力电缆和信号电缆不应配置在同一层支架上，动力线与通讯信号线分开，减少干扰。4 电缆沿桥架或电缆沟敷设时，应单层布置，排列整齐，不应交叉，每隔1m用绑带扎牢。在电缆终端头、拐弯处、夹层内等地方，电缆上应装设标志牌。5 电缆敷设完毕后，应及时清除杂物，盖好盖板。6 系统所有设备确保安全接地。六. 系统主要模块配置（1）CPU模块：选用CPU 315-2DP。主要技术参数：128kB RAM，需要MMC最大8MB，输入电源24VDC，内置MPI、Profibus主/从接口各1个，最大可扩展3个机架，每机架模块数量最多8个。（2）DI模块：选用SM 321。主要技术参数：输入点数32点，负载电压24VDC，通道之间电气隔离，外接非屏蔽电缆长度非屏蔽不大于600m、屏蔽电缆长度不大于1000m。（3）DO模块：选用SM322。主要技术参数：输出点数32点，负载电压24VDC，通道之间电气隔离，输出短路电子式保护，开关频率阻性负载情况不大于100Hz、感性负载情况不大于0.5Hz，外接非屏蔽电缆长度不大于600m、屏蔽电缆长度不大于1000m。（4）AI模块：选用SM331。主要技术参数：输入点数8点，负载电压24VDC，9/12/14位分辨率，通道之间电气隔离，可组态输入，输入信号形式可以是电压、电流、电阻、热电阻、热电偶等，支持诊断信息读取。七. 服务系统的技术支持、安装调试、售后服务由济南维利安科贸有限公司全面承担。贵方给予布线，接电等方面的配合。济南维利安科贸有限公司是综合性开发、生产单位，是集科研开发、生产经营、工程安装为一体的高新技术企业。在煤矿自动化、信息化领域，大屏幕领域有着丰富的工程经验，公司数十人的专业工程技术队伍、科学的客户管理体系（CRM），充足的备品备件保证了随时向用户提供快捷专业的服务。8.1安装服务 济南维利安科贸有限公司一向重视工程管理，将工程质量视为企业生存之根本。济南维利安科贸有限公司对每一个工程项目都实行全过程的专业化管理。对于每个中标项目，公司将指定一位专职项目经理，他（她）将负责本项目的全过程，其中主要包括：合同谈判、制定工作进度表和工程实施计划书，组织和协调项目工程组的工作、与买方的项目负责人联络、定期向买方口头或书面汇报工程进展情况、商讨解决工程中存在的问题并接受用户的监督、制定工程验收文件和整理、汇总技术文档等。济南维利安科贸有限公司将为项目成立专门的项目工程组，由不少于2名有经验的项目工程师参加。项目工程组负责整个项目的具体实施。其中主要包括：系统的设计与施工；与用户原有系统的连接；软件的编制及界面的优化；与用户原有计算机应用系统的接口连接；与服务器等网络设备的连接以及网络安全措施；各种扩展设备的安装和整体调试等。8.2保质期内服务 系统验收后，保质期开始。保质期为12个月，在保质期内系统免费维护。1报修方式。济南维利安科贸有限公司开设有质量服务热线，用户可以用电话、传真和电子邮件的方式进行保修，无论是保质期内的用户还是保质期外的用户，都可以7*24小时报修，报修响应时间为2小时内给予解决方案。2响应时间。在接到用户紧急报修后，济南维利安科贸有限公司将立即进行响应，24小时内到达现场。3硬件设备。由于设备