煤矿泵房自动技术方案.doc

煤矿2#泵房自动化控制系统技术方案北京东华软件股份公司2010年5月15日目 录1. 概述22. 系统介绍32.1井下排水系统远程控制的意义及目标32.2主排水泵自动化系统结构432#泵房自动化设计方案53.1 2#泵房自动化设计53.1.1 设计依据53.1.2总体技术要求63.1.3 系统结构73.2工作方式93.3 需要检测的状态及传感器配置113.4 系统功能与特点123.4.1系统结构特点124. 系统功能125. 系统核心设备151. 概述煤矿2#泵房井下主排水泵共13台泵，扬程为742m，流量420m3/h，共26台电动闸阀具有配电部分，留有接点可以接入PLC主控柜，水泵起动方式为无底阀起动，射流泵1台具有配电装置，留有接点可以介入PLC主控柜,排真空电动球阀没有，需要厂家提，井下主排水泵房共2个水仓、深度5m，水泵采用高压配电装置和高压软起动装置进行开停控制，4趟出水管路、管径426mm。 从煤矿自动化生产实际出发，针对现有排水系统存在的弊病，结合现代工业技术和控制理论，开发适于煤矿井下使用的自动排水系统利用工业专用测控保护器和液位检测装置，组成自动监控系统，根据水仓水位变化情况，实现自动排水。井下自动排水系统解决了井下排水系统自动控制的难题，利用现代最优控制理论，分析矿井涌水情况和用电情况，建立了排水系统的离散数学模型根据最优性原理，用动态规划法，对排水系统进行分段决策控制，并提出通过递推算法对数学模型进行求解，得出获取最优控制策略的一般方法。 井下自动排水系统具有以下特点水位实时在线检测与显示水泵自动启动与停止多台水泵实行“轮班工作制”，提高水泵使用寿命根据涌水量大小和用电“避峰就谷”原则，自动控制投入运行的水泵台数与矿井监控系统联网，便于集中控制。2. 系统介绍2.1井下排水系统远程控制的意义及目标随着全球网络化进程的不断发展，企业的信息化管理已广泛受到各级领导的重视，信息化管理的实现，对不断提高企业的生产、经营、管理、决策的效率和水平，发挥着越来越重要的作用。综合自动化系统的实现，也对煤矿企业减员增效的实施有着直接的促进作用。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。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。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。2.2主排水泵自动化系统结构项目建设的总方针是立足信息化大前提，保证系统的先进性、安全性、可靠性，安装、使用和维护方便简单，将煤矿主排水泵配套集控系统建设成为技术先进、稳定可靠、利用率高的煤矿排水监控系统，为矿井安全、高效、节能生产做好基础。系统设计目标如下：u 将PLC控制系统、计算机网络通信技术和排水控制系统结合，实现以“集中控制为主，远程监测为辅”的控制模式，保证系统技术方面的先进性。u 保证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。u 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，为今后矿井生产综合自动化打下良好基础。u 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。u 调度监测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。u 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（35年）。u 排水系统自身具备标准的以太网接口，提供标准TCP/IP协议数据。系统采用B/S结构，运行的主要参数可以通过矿局域网络，在矿上和矿调度室浏览。32#泵房自动化设计方案3.1 2#泵房自动化设计3.1.1 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 3836.4-833 爆炸性环境用防爆电气设备通用要求GB 3836.1-834 矿用一般型电气设备GB 12173-905 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求MT 209-903.1.2总体技术要求煤矿井下排水系统是综合生产自动化的一个组成部分，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、具备网络测控功能。3、系统具备网络控制、就地自动控制、就地手动控制、启动柜面板控制几种操作方式。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进行5、单台泵不能满足排水能力时，根据涌水量自动确定水泵的开启台数6、水泵的启停控制；按连续运转的时间长短控制倒机运行。7、按操作规程要求的顺序进行水泵的启动和停止操作。8、对电机和水泵的运行参数及保护参数进行实时的监测和传送，这些参数包括：电机温度、实时流量、水位、真空度、电压、电流、水泵出水口压力、各种闸阀、电磁阀的位置信号、过转矩信号等。9、整个系统做到可靠运行、维护方便、修改灵活。3.1.3 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地面监控站设置在地面自动化控制中心，通过工作站对井下泵房相关设施进行集控和监视。主要设备、设施包括工作站、显示器、UPS电源等。2、工业以太网网络结构 利用工业以太网作为井下泵房监控系统的主干网，实现泵房相关设备的实施控制及信号采集。3、水泵房监控单元 井下监控单元由井下监控主控站及信号采集装置、传感器等组成，主控制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的监控信息交互传递。同时，通过在现场的操作显示屏，为井下巡检人员提供整个系统的运行情况。（1）水泵配电控制柜：控制系统就地显示控制可采用西门子液晶触摸屏MP270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，实现远距离监控。水泵采用高压配电装置和高压软起动装置进行开停控制，高压配电内的综保具备通信接口，可以接入PLC主控柜。（2）水位检测、流量检测：超声波水位计、超声波流量计信号接入。（3）射流系统：真空度检测、射流电磁阀控制、排气管路电磁阀控制等。2#泵房监控系统3.2工作方式系统具备网络控制、就地自动控制、就地手动控制、启动柜面板控制4种操作方式。故每台泵设置2个选择开关进行方式选择，第一个为手动和自动选择，第二个为网络控制和就地自控选择。当选择为手动操作时，操作方式和流程与现有规程相同；当选择为自动操作时，其操作规程如下：一、运行前状态检测开泵前必须检查待开水泵的高压柜、低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，水仓水位显示不小于2米，且应无故障显示。二、启动：系统根据水仓水位的情况启动水泵，当水仓水位高于上限水位时，系统自动选定排水管路、射流管路和待开水泵，按照泵房水泵运行流程图所设定的运行程序，自动启动待开水泵。其主要步骤为：1. 开启射流/抽真空；2监测真空表，当满足要求时可继续操作。3启动电机4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。5关闭射流/抽真空。三 、运行(一)水泵在运行期间，应实时进行以下检测观测，发现问题及时采取措施：1.电压不得超过额定值的正负5，电流不得超过额定值；2. 检测压力、真空和流量指示的变化情况；3. 检测水仓水位的变化情况；4.电机和水泵有无异状； (二)水泵在运行期间出现下列情况之一时，应紧急停泵：1.水泵不上水；2.水泵或电机超温；四、停泵正常停泵，当水仓水位低于下限水位时(约2米)，控制器将按照泵房水泵运行流程图所设定的停泵程序自动停止运行水泵。需要停泵时，按照下列顺序操作：1.关闭出水管路电动闸阀；2.关闭水泵出水口电动闸阀，严禁阀门在开通位置停机；3.待阀门关闭到位后，停电动机。故障停泵，当发生故障时，计算机将按照泵房水泵运行流程图中所设定的停 泵 程序自动停止运行水泵。3.3 需要检测的状态及传感器配置根据自动控制要求，系统需要实时检测的状态分如下几项：运行操作方式：网络控制、就地自动控制、就地手动控制、启动柜面板控制，选择4种操作方式之一。运行方式选择用按钮进行。电量状态：主回路电压、控制回路电压、工作电流、缺相、过流等。电量状态检测由电机配电系统完成，检测结果通过485通讯接口，传输到主控制器中。水泵、电机运行状态：电机定子温度、轴温；水泵运行温度。电机轴温和泵体 温度，用贴在机壳外的温度检测传感器进行测量。管路状态：泵出水口压力、流量、真空度、总管流量、各闸阀状态、各电动球阀阀状态。泵出水口压力的检测，用具有远传能力的压力表进行。流量、总管流量检测，在每个检测点上设置流量传感器进行检测。真空度检测，用电结点远传真空表。各闸阀、各电动球阀状态检测，可利用阀体本身的传感信号进行。水位状态：水仓水位检测，选用投入式水位传感器和超声水位计，来测量水仓水位。3.4 系统功能与特点3.4.1系统结构特点（1） 通过工业以太网加现场总线方式传输 以100/1000M工业以太网为基础，解决就地控制存在的事故隐患，减少各设备之间相互脱节、无法充分发挥效率的缺点，系统由地面控制中心、现场分站、信息传输介质、网络通信接口设备组成，以实现先进的、统一的自动化控制网络平台，使整个系统配置合理，信息共享，安全可靠，提高指挥效率和生产率。 (2) 异构系统互连互通本设计方案分别在网络级和串口级提供了多种符合国际主流标准的接口方式，便于各种子系统的接入，实现最大限度的信息共享。它能够集成不同厂家的硬件设备和软件产品，实现各系统间互操作，并将各系统数据集成。4. 系统功能系统建成后可以实现自动采集、现实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、关及开度。在矿井地面调度监控中心可完成对水泵控制的各种操作。系统能与矿井综合调度系统无缝连接，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机房操作箱上操作。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，通过接口向上传送数据。1） 地面计算机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控制主机机；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，自动”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”，当达到低于或不在高位而 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） 将本机工作方式转为“地面控制”时，各水泵由地面主机控制。6） 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，均可在通过紧停按钮来停止运行该设备。5、现场编程 用户可在现场通过面板上的键盘对系统参数进行修改。6、组网功能 该分站挂接在中央变电所的网络交换机上，通过交换机与全矿综合自动化系统连接。7、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。8、图形曲线显示 在地面控制站上应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、日个时间段的历史曲线和具体数据表。9、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