水泵房自动化控制方案

1、1. 概述1.1 重要性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。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

2、。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。1.2 现场情况我矿生产用水是以井下东岭泵房深井泵泵水至东岭水仓，再由水仓水泵泵至地面东岭高山水库，通过自压水向各个工作面供水。a) 东岭高山水库容量2200吨，至1152大巷高260米。b) 东岭水仓由主副水仓构成，主水仓1200吨，副水仓600吨。c) 现增加潜水泵2台。d) 因要实现自动化控制，高压开关4台需要更换保护器，低压馈开2种需要厂家提供通讯协议，软启动4台、照明综保1台无通

3、讯接口需要更换设备。2. 设计依据与选型原则2.1 设计依据 GB3836.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：通用要求GB3836.4-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第4部分：本质安全型“i”GB50017-2003 钢结构设计规范GB50040-1996 动力机器基础设计规范GB50054-1995 低压配电设计规范GB50055-1993 通用用电设备配电设计规范GB50093-2002 自动化仪表工程施工及验收规范GB50215-2005 煤炭工业矿井设计规范GB50451-2008 煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范GBJ42-1981 工业企业通信设计规范GB/

4、T13729-2002 远程终端设备GB/T13926.24-1992 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性AQ6201-2006 煤矿安全监控系统通用技术要求MT209-1990 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求MT/T772-1998 煤矿安全监控系统主要性能测试方法MT/T1008-2006 煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求煤矿安全规程 （2010年版）2.2 选型原则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”。所有设备最低配置为“矿用一般型”设备，优先选用本安型设备和防爆设备。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

5、批）的通知”、所有设备应有“安标”。选用可靠性高、智能型、先进性、可扩展型、兼容性强的设备。选用布线简单的设备。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。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。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。3. 系统组成及工作原理3.1 系统组成 主排水自动控制系统，利用工业以太网环网，将主排水自动控制系统就近原则的接入到矿井工业以太环网中，最终可以在全矿矿井综合自动化调度集成平台对水泵的运行工况进行监测并可以远程控制。3.2 工作原理 工程建设要求最终能够达到减人

6、提效，集中监测、监控矿井排水系统的工序节点，可灵活地设置监控模式，并可进行实时的高质量的数据传输，方便存储数据和检索历史数据。每台水泵放置一台矿用隔爆兼本安型可编程控制箱，用于完成正压、负压、温度、流量的模拟量采集；完成闸阀开到位、关到位、电机运行状态等开关量的采集；完成闸阀开、关，球阀开、关，电机开启、关闭等控制设备的执行。在操作工值班处，设置一台矿用隔爆兼本安型显示控制箱，用于与每台可编程控制箱通讯，并把泵房所有数据上传给上位机，完成数据的采集、临时存储及数据交换。自动工作模式下，根据水泵的使用效率，调度每台水泵的开启与关闭；远程工作模式下，接收上位机的开启与关闭指令，下达相应的控制箱，完

7、成水泵的开启与停止操作。数据采集由PLC自动实现，PLC输入模块经过各种传感器将开关量信号采集变送至PLC中作为逻辑处理条件和依据。连续检测水仓水位，将水位变化信号进行转换处理。检测正压、负压、排水管路流量等、控制水泵启、停。地面画面组态需采用组态软件进行组态显示，有整个泵房的总体运行画面，有单个水泵的运行画面，有历史曲线、报警记录、参数设置、状态查看、操作帮助信息、水泵运行统计等画面。4. 系统功能及特点4.1 系统功能具有远程启动、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

8、上设定或由地面主机设定。4.1.2 自动a) 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。b) 根据所监测的水位信号，设定出低水位、中水位和高水位信号。低水位时停泵；中水位时水泵一台运行、两台备用；高水位时，依据水位上升趋势，依次开启1#、2#、3#、4#水泵。c) 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。d) 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

9、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、画面。4.1.3 手动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。4.1.4 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。4.1.5 远程由地面监控中心选择“远程控制”界面，该状态下可以进行“手动”和“自动”状态的控制。 “参数设置”画面，可进行不同设置，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

10、，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”下时，操作员可以进入单台泵界面下，进行“一键启动”或“一键停止”。4.1.6 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，并入矿井信息化系统。4.1.7 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。4.1.8 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，在井下控制柜及地面上位机均可发出语音、文字告警提示，并进行声、光、语音报警。实时保存信息。4.1.9 图形曲线显示在地面上位机上实时显示

11、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。4.1.10 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。4.1.11 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。5. 工作方式5.1 启动状态5.1.1 自动将工作方式选择开关旋在“自动”位置。当水仓水位高于低水位时，计算机将自动选定待开水泵，按照所设定的运行程序

12、，自动启动待开水泵。5.1.2 检修工作方式选择开关旋在“检修”位置。此方式远程启动不起作用。控制方式见“手动”。5.1.3 手动工作方式选择开关旋在“手动”位置；选定待开水泵与潜水泵；首先启动潜水泵，待泵体内充满水后启动主排水泵；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。5.2 运行状态5.2.1 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±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。5

13、.2.2 水泵在运行期间出现下列情况之一时，应紧急停泵：-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。5.3 正常停泵5.3.1 自动水泵在“自动”工作方式下运行，当水仓水位低于低水位时，计算机首先停止主排水电动闸阀，依次停止主排水泵、潜水泵。5.3.2 检修水泵在“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。5.4 故障停泵5.4.1 自动水泵在“自动”工作方式下运行时，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。

14、5.4.2 检修水泵在“检修”工作方式下运行时，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)。-故障排除：按“故障复位”按纽，使系统恢复正常。6. 系统主要组成部分6.1 电动闸阀6.1.1主要特点1、 流体阻力小，启闭时所需力矩小；2、 全开时闸板所受工作介质的冲蚀小；3、 无安装方向要求，双向密封，流阻小，使用寿命长；4、 工作电压660V；5、 承压：16Mpa6、 口径：符合我矿管路口径范围。6.1.2

15、执行标准符合国家标准和行业标准要求。6.2 闸阀控制箱6.3 GPD40压力传感器，GPD0.1F负压传感器6.3.1 概述 GPD40型煤矿用压力传感器型可对矿井管路正压进行连续监测。它可以实时地显示被测点的差压值。使用环境条件：Ø 环境温度：0-40；Ø 平均相对湿度：98%RH；Ø 大气压力：80KPa -106KPa；Ø 无显著振动和冲击的场合；Ø 煤矿井下有爆炸性混合物，但无破坏绝缘的腐蚀性气体的场合。6.3.2 主要技术参数Ø 工作电压：直流12V18VØ 工作电流：电压为18V时55mAØ 基本误差：

16、 ±2%Ø 输出信号: 4-20mAØ 信号传输距离:2KmØ 测量范围：0-10MPa(负压为-100-0Mpa)Ø 过载能力：150%最大测量值Ø 防爆型式: 矿用本质安全型 防爆标志: “ExibI”6.4 流量传感器6.4.1 概述主要用途及使用范围矿用本安型超声波流量传感器（以下简称流量传感器）采用低电压多脉冲平衡发射接收专利技术设计的一种全新通用时差型多功能超声波传感器，适用于工业环境下连续测量不含大浓度悬浮粒子或气体的大多数清洁均匀液体的流量和热量。6.4.2 使用环境条件环境温度540；海拔高度不超过2000m；空气相

17、对湿度不大于95（25时）；在有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所；在无破坏绝缘的腐蚀性气体或蒸汽的场所；在无显著振动和冲击的场所；污染等级为3级；安装类别为类。6.5 液位传感器6.5.1 概述-主要用途及使用范围矿用本安型超声波物位传感器主要用于煤矿井下水位的检测，安装在水位上方，输出电流信号，用于对水位进行实时监测，本产品采用高精度芯片，具有自动功率调整、增益自动控制，温度补偿，有效保证了数据的准确性、稳定性。可用于测试各种液体的高度及固体物料的高度。6.5.2 使用环境及条件环境温度540；海拔高度不超过2000m；空气相对湿度不大于95（25时）；在有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所；在无破坏绝缘的腐

18、蚀性气体或蒸汽的场所；在无显著振动和冲击的场所；污染等级为3级；安装类别为类。6.5.3 工作原理由换能器（探头）发出高频超声波脉冲遇到被测介质表面被反射回来，部分反射回波被换能器接收，转换成电信号。超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收到超声波脉冲所需时间间隔与换能器到被测介质表面的距离成正比。根据发射和接收的时间差计算出发射点到被测物的实际距离。6.5.4 技术特性-输入电压：DC18V；-工作电流：20mA；-盲区： 0.4m；-发射角度：<12o。-量程：010米。6.6 隔爆高压开关因我矿东岭高压开关要实现自动化远程控制，所以需要更换高压配电装置综合监控保护器。保护功能 三段式

19、过电流保护 电流型漏电保护 三种特性反时限过电流保护 电缆绝缘完好性监视保护 功率方向型漏电保护 “异频信号法”选择性漏电保护 断相、缺相、反转保护 风电闭锁远程断电保护 低（欠）电压保护 瓦电闭锁远程断电保护 过电压保护 PT断线保护 零序过压告警 保护动作闭锁合闸 温度监视告警 相序错误告警 级联纵差保护 远程故障模拟实验功能6.7 隔爆馈电开关因东岭低压馈电开关需要远程自动化控制，需要厂家提供保护通讯协议。6.9 照明综保技术要求东岭现使用照明综保无通讯接口，所以需要更换l 执行标准：Q/SJMTK 0032009 GB38362000l 防爆型式：矿用隔爆型l 防爆标志：ExdIl 额

20、定电压（V）：1140、660/133。l 额定容量（KVA）：12l 额定电流（A）：2.02、3.50/17.4l 共频耐压值：2500Vl 主变压器耐压值：3600Vl 外壳颜色为黄色。l 反时限过载保护l 短路保护l 断相保护l 漏电保护与漏电闭锁保护l 瓦斯报警保护功能l 保护器分别配有带隔离RS-485/RS-232标准并带通讯接口，通讯方式可用通信电缆线。6.10 潜水泵技术要求隔爆型潜水电泵技术要求1）扬程330米，流量150m3/h,立式安装，数量3台2）符合标准GB3836.1国家防爆标准.通用要求。2011版煤矿安全规程。符合原煤炭部83年煤矿机电设备完好标准3）技术要求

21、u 电源频率为50Hz，电压等级1140/660V，允许5-10%。u 周围介质温度不超过40°C。u 适用污物、煤尘和泥沙等固体颗粒含量体积比4%；介质重度 11KN/m3。u 能连续无故障运行2500小时以上。u 密封符合国家标准要求。u 噪声90dB(A)4）技术资料要求生产厂家应提供潜水泵总装配图，配件图，使用轴承型号表，防爆电气设备应提供防爆合格证、防爆电气设备生产许可证、煤矿矿用产品标志证书和标志。6.11 软启动技术要求东岭现使用磁力起动器无通讯接口需要更换带通讯接口的软启动。1、 初始电压：10-80%可设定；软起时间：0-120S可设定；限流倍数：100-400%可

22、设定；软停时间：0-60S 可设定；突跳时间：0-3S 可设定；参数校准：电压值，可设定；电流值，可设定；额定电流：可根据现场工况情况进行设定；速断电流：可根据现场工况情况进行设定；过载电流：可根据现场工况情况进行设定；过欠压值：可根据现场工况情况进行设定；2、 停车方式：自由停车、软停车，可设定；3、 起动控制：多种起动控制，斜坡电压控制、限流控制、恒压控制、突跳控制；4、 参数设置：界面操作、菜单化、中文语言、大屏LCD 显示；5、 每小时起动次数锁定：可根据现场工况情况进行设定；6、 通讯接口及通讯协议：RS485-Modbus 或RS485-Profibus；7、 参数显示：显示电源电

23、压、电机电流、起动时间及各种故障状态8、 界面采用大型液晶中文显示；9、 整机可进行低压380V 测试；10、中高压电动机固态软起动装置：柜体颜色：RAL7032防护等级：不低于IP4011、优先选用先进的电流变换技术，晶闸管的触发系统采用脉冲变压器隔离技术和光纤传输技术，晶闸管的触发检测与低压控制回路之间进行有效控制；12、主控板要采用双CPU 结构，产地采用美国微芯多位数字信号处理器DSPIC 执行核心控制,并选用高性能的PIC 单片机对数据和通信进行管理,使设备控制实时高效、稳定性好；13、可根据实际情况在现场调整有关参数后，每次都能根据设定好的参数起动，以获得满意的起动特性；14、软起

24、动器具有RS-485或Profibus通信接口可选，可与上位机或集中控制中心进行通信；15、软起动器具备完善的保护功能，如自检、晶闸管温度、过电流、过电压、欠压、电机接地、缺相、电机温度“通过绕组自身电阻受温度变化不同电阻值不同的温度控制”、在线控制、监测、诊断功能、以上信息必须通过显示屏汉字显示 16软起动器的控制方式具有斜坡电压控制、斜坡电流控制、限流控制、恒压控制、软停控制等，起动方式具有现场按钮起动、上位机遥控起动、键盘按键起动、组合起动等软起动曲线和软停车曲线可以根据实际工况进行设定；17、软起动器装置具有旁路功能，起动平稳，对机械设备无冲击,起动过程完成后自动发信号平稳地切换到旁路

25、运行。18、软起动器预留系统信号接点：软起器输出信号接点：软起状态信号：常开和常闭触点运行状态信号：常开和常闭触点软起总故障信号：常开和常闭触点软起总报警信号：常开和常闭触点允许起动信号：常开和常闭触点软起内各真空开关合闸信号：常开和常闭触点外部输入信号接点：开关柜合闸信号：一常开接点开关柜分闸信号：一常闭接点开关柜允许信号：一常开接点以上各接点信号均为无源干接点19、显示屏为LCD，具有背光、屏幕保护功能，采用中文菜单显示，人机界面良好，具有事件记录功能，保存最近发生的事件，可通过显示屏显示每个事件发生的故障原因和时间；20、软起动柜能即时显示电源电压、电机电流等相关参数。7. 实施方案7.1 每台水泵放置1台矿用隔爆兼本安型可编程控制箱，控制箱使用西门子PLC为主控器，核心部件全部选用进口品牌。控制箱用于控制3台电动闸阀的开启与关闭；用于采集正压、负压、温度、流量等模拟量参数；采集闸阀开关到位信号、电机启停信号等开关量数据。通过网络与主控箱通讯。7.2 在操作工值班处设置一台显示控制箱，用于采集3台泵的各种数据，汇总并传输给上位机。并根据水位的上升曲线、合理根据避峰填谷的原则，调度每台水泵的开启与关闭。显示控制箱