3270附件3自动排水系统研究报告.doc

神华科技创新项目 项目编号：201292548024 项目类型：技术开发 大柳塔世界一流示范矿井5-2煤自动化排水系统项目研究报告 完成单位：神华集团有限责任公司实施单位：神华集团有限责任公司研究单位：南京双京电器集团有限公司完成时间： 2013 年 5月 一、 项目背景随着我国煤矿开采技术的发展，大型煤矿不断向高效、高产量方向发展，生产开采设备及配套控制设施日益先进，同时作为与煤矿安全生产密切相关的监控技术也不断完善和提高。这种趋势必然要求生产设备更加稳定可靠，同时也要求对井下各种设备做到实时、迅速和准确的反应。而传统的人工管理的方法存在很多问题。如对检测人员的精神体力消耗较大，人员利用率较低，对紧急事件反应速度慢等等。因此，设计一种适合煤矿排水使用井下远程监控系统是一项紧迫而有重要意义的一项任务。二、项目介绍该自动化排水项目立足于目前大柳塔煤矿井下排水设备的特点，同时兼顾技术的先进性与可扩展性，目标在于实现井下中转水仓和小水仓的自动化排水和远程监控检测。该系统具有良好的可靠性和工作的连续性，最大限度地减少维护工作量。人机界面友好；结构合理，信息共享，实现提高指挥效率和生产率，达到减人提效的目的，充分考虑日常可能发生的各种突发事件，灵活性强；具有报警自诊断功能，实时数据采集、处理及多种显示功能。三、项目研究情况1、项目主要研究内容（1）、可进行远程通信的智能化排水开关；具有通信功能的QJZ2-15，QJZ2-80、QJZ2-315隔爆兼本质安全型电磁启动器，可实现和基站的485通信，将启动器的工作状况和故障等参数实时上传，可在第一时间了解水仓现场的工作状况，在遇到故障时及时了解现场情况。可远程合闸和分闸，同时具有就地控制与远程控制的功能。结构小巧、保护全面、使用可靠，达到国内领先水平。（2）井下自动化排水系统用通信网络该系统采用工业以太网+现场总线方式，构建一个贯通井上下的CANLAN高速以太环网，通过光纤以太网连接，组态软件通过OPC server获取排水开关综合保护器实时数据和进行远程控制，保证系统数据传输的实时性、可靠性和安全性井下监测分站带有以太网接口，作为主干以太网的主接点分站之问用光纤连接，构成一个CANLAN高速以太环网，整个系统分为设备层、控制层，信息层三层体系结构。该系统采用先进的开发工具以及当前主流开发技术进行开发，数据存储采用MSSQL数据库，数据采集用到西门子的全集成自动化采集工具simaticNet，以及组态工具IFIX，高时效高质量实现数据展示，并配备网络发布技术，实现零安装的系统，可以让工作人员随时随地监控排水系统的运行状况。图 3.1 通信网络框图（3） 、水仓的监测和控制系统； 硬件方面采用西门子S71200PLC进行自动化控制，系统分二种模式进行控制，包括手动和自动二种控制形式，当自动控制时，PLC要根据已设定的参数（由参数设置进行设置），准确来控制自动化排水，进而达到零人力的全部自动化功能。当位于手动模式时，可以人工操作开关的开启与关闭，达到更灵活的排水控制。该系统具有参数统计和记录功能。可以调取排水曲线和报警记录。该系统需要授权用户才可以进入监控画面，并进行相应远程控制，避免与排水工作无关人员误操作造成意外事件的发生。登陆界面如下图所示。图3.2 登陆界面图3.3 自动化排水系统监控画面图3.4 参数设置页面图3.5 水仓某时段排水曲线 图3.6 报警记录图3.7 排水历史报表（4） 、水仓状况动态感知和显示系统；该系统水仓现场采用了矿用本质安全型压差式液位传感器、矿用本质安全型流量计，矿用本质安全型浮球开关及水流探头。全面感知水仓现场的排水状况，通过485通信的方式将排水参数传送给通信基站，在基站内由恩创交换机将电信号转换为光信号，再向上层系统传输。该系统具有很好的扩展性，兼顾了中转水仓及附近的小水仓的排水监控，根据中转水仓的排水设备的不同（有无离心泵），设计了不同的控制方案。图3.8 无离心泵水仓的排水方案图3.9 有离心泵水仓的排水方案图3.10 小水仓的排水监控方案图3.11 中转水仓的监控画面 （5）、水仓自动化排水系统的网页发布网络发布中网页采用FLASH技术，让画面生动形象，更重要的是数据的实时性也得到保障。系统中有包括一流量、液位等参数的历史数据，并能够生成曲线图，通过对曲线图的分析，可以更准确地了解矿井下的水量与时间的关系。系统中还包括对开泵时的液位设定，可以让工作更简单化，根据水仓的需要，设定不同的开泵时机，达到更合理更高效的工作效率。2、项目采用的研究与实验方法：本项目研究拟采用实地调研、理论分析、系统模拟调试、井下工业性试验等手段进行实施。（1）认真总结井下排水岗位工人的经验及提议，通过对井下排水实际情况及条件调研考察，研究符合实际情况的井下自动排水监控与数据上传系统。（2）认真分析、选取监控与数据上传系统所使用的设备，校核设备的最佳工况，力求大幅度降低设备的成本的同时提高其实用性及可靠性。在项目基本通信网络构建完成、监控画面调试后，进行了一次会议，确定了监控画面风格及功能。会议纪要时间：2012年8月10日下午2:30地点：大柳塔煤矿办公楼三楼会议室参与人员：矿方相关领导 南京双京公司会议内容：商讨确定自动排水系统软件风格及功能软件风格及功能需求：1、 修改软件主画面为巷道整体性画面1） 画面内需展现：7个水仓位置（以水仓图标表示，图标颜色能根据状态不同变换颜色展示报警、停泵、排水、通讯中断四种信息，并在每个水仓旁显示水位信息、流量信息）小水仓位置（以小圆点表示，图标颜色能展示报警、停泵、排水、通讯中断）、一个报警信息滚动展示栏图标标识说明信息2）水仓图标和小水仓图标能够点击进入分画面3）52煤层在颜色上能与其他煤层区分(12煤，22煤用虚线)4）主画面整体性的CAD图由矿方提供，各小水仓名称由矿方提供2、 报表需要故障报表和信息报表（分日报、月报、年报）两类报表，报表可以选择、查询、导出excel，报表格式由矿方提供3、 分画面1、2号排沙泵及离心泵按现有方式展示，其他备用泵以列表形式显示主要信息（电压、三项电流、故障、运行、停止、通讯中断，高水位报警、复位按钮）4、 控制要求1、2号排沙泵进行自动轮换，8小时轮换一次离心泵增加自动控制功能，并能够手动设置开停泵的高、低水位5、 增加管道布局图查看功能通过点击一个按钮，能够看到目前管道布局图图片（图由矿方提供）6、 画面一致性Web发布页面和ifix控制画面大体风格一致3、项目采用的研究技术路线调研方案研究及审查建立虚拟系统并进行分析施工图纸设计及工艺审查关键技术攻关系统单机调试系统联调井下工业性试验。四、项目研究成果预期效益该系统为实现中转水仓的排水自动化，并监控小水仓水泵的工作状态，在系统逐步完善的基础上实现中转水仓排水在无人值守的情况下可靠工作。减少工人水仓巡视的工作量，进而减少水仓工作人员，创造矿井减员增效的先决有利条件；自动化排水系统采集的各种数据可为矿井的科学化管理提供可靠依据；智能化的自动排水系统为公司智能绿色矿井的目标做贡献。五、 主要设备及参数5.1 智能电磁起动器QJZ2-30/1140(660)、QJZ2-80/1140(660) 、QJZ2-120/1140(660)矿用隔爆兼本质安全型真空电磁起动器具有自动排水功能，其外部具有4个探头，分别是地基、低水位、高水位、报警水位，当水位高于高水位时进行自动排水，低于低水位自动停泵，高于报警水位时进行报警。开关具有过载、短路、缺相、过压、欠压、闭锁等各种保护功能，并且具有485通讯功能，开关的所有数据都可以通过485通讯上传，从而实现监控监测。智能型排水开关：l 额定工作电压：660、1140Vl 额定工作电流：120A、 80A、30Al 控制电压： 36Vl 线路电压在额定75110%时起动器应具可靠性。但在额定电压110%允许短时工作。3.1.5带有水位自动控制（不可逆），可实现水泵无人职守自动工作。l 带有本安型远方控制。l 采用中文液晶显示，可以显示电压、电流、电阻、工作状态、故障类型等参数。有故障自动记忆，可以追踪查询历史故障。l 保护功能齐全： 有短路、过载、缺相、欠压、过压、漏电闭锁、风电闭锁、真空管保护等功能。l 真空管粘连、真空管漏气监测。当真空管漏气绝缘降低，漏电压超过60V时进行保护，保护器故障警示同时拒绝合闸。（保证工人的人身安全）l 预留有485或CAN总线通讯功能，可实现遥控、遥测等功能。为自动化矿井做准备。l 外壳带有过试、漏试、复位按钮方便检验开关的保护性能。l 各种参数可通过外壳上的 “向上”、“向下”、“确定”按钮调整，简易方便。l 30A小型开关最小额定电流可以达到0.5A，使用在井下的自动电动道岔控制、绞车的电动刹车、管道电动阀门等小负载控制中，保护灵敏可靠。序号电压最小保护负载备注1660V500瓦若使用两相可将缺相保护屏蔽21140V800瓦l 采用方形快开门结构，方便使用l 内部布局合理、结构简单，方便维护5.2 KJJ85监测分站监测分站配置有高性能通讯网关，能够与RS485设备进行通讯，实现数据采集与OPC转换，并通过以太网光接口进行数据转发，产品主要参数为：l 外形尺寸：长(mm)宽(mm)高(mm) 440399200l 接口类型： RS485 、RJ45、以太网光接口l 工作电压：AC127Vl 输入视在功率：50VA 5.3 矿用隔爆兼本质安全型直流稳压电源KDW99-7/24矿用隔爆兼本质安全型直流稳压电源是一种允许在瓦斯、煤尘爆炸危险环境中使用的通用隔爆兼本质安全型不间断电源，适用于向矿用本质安全型设备、矿用隔爆兼本安型设备及矿用隔爆型设备提供电源。其结构如图所示。 图5-2 KDW99矿用隔爆兼本安稳压电源结构图1 用途及使用场所使用场所：煤矿井下有甲烷及煤尘爆炸危险场所。可作为煤矿井下额定输出电压24V及以下的本质安全型机电设备、仪表提供本质安全直流电源之用。2 主要技术参数a) 电源输入：AC127V/AC660V；频率50HZ，b) 电压变化范围75%110%。c) 非本安额定输出电压：24V 二路d) 非本安额定输出电流：24V 3A/路e) 输出电压偏离值：5%f) 负载效应：5%g) 源效应：5%h) 周期与随机偏移峰-峰值：250mvi) 本安额定输出电压：24V 二路j) 本安额定输出电流：24V 450 mA/路k) 输出电压偏离值：5%l