井下水泵房自动化集控系统技术要求Word格式文档下载.docx
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5.1排真空环节-9-
5.2闸阀操纵环节-9-
5.3水位自动监控环节-9-
5.4参数传示环节-9-
5.5故障保护环节-10-
5.6电动机的自动控制环节-10-
5.7流程自动控制环节-10-
6主要硬件设备-10-
6.1隔爆兼本安型PLC控制箱-10-
6.3正负压传感器-10-
6.4投入式液位计-10-
7系统配置参考表-11-
8售后服务：
-12-
1工程概述
井下水泵房自动化集控系统运用当前PLC系统控制技术、在线监测、智能管控技术，实现井下中央排水泵房的运行监测、智能控制、远程监控、运行管理、业务管理等功能，达到泵房安全高效运行和无人值守的目的。
井下水泵房自动化集控系统通讯基于工业以太网技术，以PLC为控制执行核心，对水泵的各项运行参数和电气参数进行实时监测和分析，监测水泵的运行工况，对可能发生的故障进行预警，控制水泵按预定控制程序自动完成水泵的定时启动、停车、试验或自动切换运行、避峰填谷等操作程序，具有就地、远程和自动控制方式，并提供各种技术性能资料、统计管理报表、运行趋势曲线等管理功能，实现水泵的在线监测、故障预警、自动化操作控制和运行管理，使水泵始终处于安全、高效、经济的运行状态。
系统采用就地及远程控制相结合的控制方式控制，有自动、手动、半自动几种操作模式，可实现无人值守。
1.1泵房设备统计
1）水泵：
型号：
排水压力：
4Mpa（40公斤）
扬程：
300M
数量：
3台
2）电机：
电压：
10KW
功率：
710KW
启动方式：
软起
3）阀门：
闸阀：
6只
4）排水管路：
2趟管路，
管径：
5）抽真空方式：
射流抽真空方式。
6）水仓：
容积：
水仓数量：
1-2个
2设计原则及依据标准
2.1设计原则
（1）所有设备符合《煤矿安全规程2009》相关要求和矿生产实际需要。
（2）系统中电气产品均采用工业级设计，并通过电磁兼容试验（静电放电抗干扰4级、射频电磁场辐射抗干扰度3级、电快速瞬变脉冲群抗扰度4级、浪涌冲击抗扰3级、工频磁场抗扰度5级等试验），适应煤矿恶劣环境下工作。
（3）系统功能完全达到矿方对监控管理系统的要求，系统运行可靠，人机界面友好，操作简单易用，控制灵活、可靠。
（4）充分利用现有资源，在技术先进的基础上，做到系统简单，经济实用。
（5）系统选用设备符合以下几个原则：
Ø
标准化：
接入设备从设计、技术和设备的选择，为确保不同PLC厂家设备、不同应用、不同协议连接，在最终接入工业以太网时支持国际标准的网络接口和协议，以提供高度的开放性。
高可靠性：
接入设备本身不应对通讯网络（PLC总线、工业以太网络）的可靠性产生影响。
可升级和可扩展性：
随着技术不断发展、新的标准和功能不断增加，接入设备可以进行固件升级，已提供更先进、更多的功能。
高性能：
接入设备应具备独立的数据处理能力，能够不依赖于现有PLC处理器的处理能力，同时接入设备不应对现有PLC系统的性能造成较大的影响，确保控制逻辑的正常处理，确保生产的安全。
实时性：
系统必须保证系统中的所有监控信息“可用”，不能出现延迟，造成系统失控。
安全性：
系统必须建立可靠的数据传输、备份、存储等安全保障措施，同时应能防止外部非法用户的入侵。
兼容性。
能提供通讯接口，方便实现与矿自动化通讯对接。
2.2依据的标准
GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备第1部分：
通用要求
GB3836.2-2000爆炸性气体环境用电气设备第2部分：
隔爆型“d”
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”
GB4208-1993外壳防护等级（IP代码）
MT209-1990煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求
MT210-1990煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法
MT211-1990煤矿通信、检测、控制用电工电子产品质量检验规则
MT/T899-2000煤矿用信息传输装置
MT/T1007-2006矿用信息传输接口
《煤炭工业矿井设计规范》GB50215--2005
《国际串行通讯标准》EIARS-232-C
《国际现场总线标准》ISODIS11898
《工业计算机系统安装环境条件》ZBN18-001
《远动终端通用技术条件》GB/T13729-92
《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》GB/T13730-92
《煤矿安全规程2009》
3系统组成
水泵房自动化控制系统包括地面监控中心和泵房水泵集中控制系统两部分组成。
3.1地面监控中心
地面监控中心配置两台监控主机，一主一备可在一台故障时另一台继续工作。
能够实现上位机动态画面监视。
监控主机负责采集、存储、查询和统计分析泵房现场监控子系统运行数据、曲线、事件信息、操作记录、故障报警，远程监视设备运行情况，远程操作控制排水设备的运行和试验。
3.2泵房集控系统
泵房集控系统负责泵房排水设备状态参数显示、供电设备的运行状态显示、和水仓水位数据显示及其他数据信息显示。
远程控制水泵和阀门以及其他设备开停。
自动程序操作控制，集中程序操作控制，运行状态和数据显示，泵房业务管理。
充当OPC数据服务平台，可通过网络对外经行泵房运行状态数据的发布。
4系统功能
4.1数据采集与检测
系统采集与检测的数据如下：
模拟量数据检测：
水泵电机电压、电流、吸水口真空度、水仓水位、主排水管流量、主排水管压力；
数字量数据检测：
电动闸阀的工作状态与开关限位、电动球阀状态工作状态与开关限位、水泵/电机运行状态、射流泵工作状态、水泵开关分合闸状态；
准确显示水仓水位，并在最高水位和最低水位应能报警提示。
温度采集:
系统具备接入温度传感器，采集电机预埋的温度传感器的信号，标准为PT100热电阻探头。
4.2保护功能
流量保护：
当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值实现报警，超过设定时限后自动停泵，具有流量保护功能。
压力异常保护：
排水压力、吸水真空度出现异常时实现报警，排水压力、吸水真空度达不到设定值自动停泵，具有压力异常保护功能。
电动闸阀故障：
由闸阀的限位、开度指示检测故障，并参与水泵的联锁控制。
水位超限报警：
设置报警水位，水位超过最高报警水位或最低报警水位，系统报警。
水位突变报警：
水位增长速度超过正常水位增长速度，系统报警。
排水量异常报警：
泵房排水流量与矿井涌水量差值小于水位应下降速度，系统报警。
4.3控制功能
水泵监控系统可以选择的控制模式有：
自动控制、程控控制、手动控制、远程控制。
自动控制：
根据水位等参数，PLC按照设定参数，自动选择运行水泵，并按照控制流程，完成单台或多台水泵的开停。
程控控制：
根据一台水泵的启停控制流程，程控水泵的启动与停止，实现一键启/停。
手动控制：
使用本安显示控制箱上的切换开关和控制按钮，启停任何一台设备或多台设备
远程控制：
在地面计算机监控画面上，在有一定的授权权限条件下，根据水仓水位情况，通过计算机鼠标来控制相应水泵的启停。
系统应具有远程/就地闭锁功能，防止意外操作。
系统在正常运行过程中，不管工作在何种工作方式，均可实时将泵房现场的各种运行参数、设备状态通过通讯网络传到地面监控计算机。
系统程序能根据水泵累计运行时间及轮换次序自动控制水泵自动轮换工作
4.4操作模式转换
系统分为远程、本地操作状态，自动、手动、半自动几种操作模式，其优先级控制方案为：
手动进程控制——电动远程控制——自动检测控制，手动控制时能自动切断远程控制和自动控制；
远程控制时能自动切断自动控制；
在远程控制失灵时，控制系统能自动转入自动控制。
4.5自动控制
地面控制中心能通过网络远程监控各个水泵的运行情况及主要的运行参数及信号，同时可远程控制泵的开停，设定和修改水泵的运行条件、工况参数和控制程序，可远程实施集中控制和自动控制，并根据水位情况可实现开停排水系统。
系统能根据水仓水位的高低或井下用电负荷的高、低峰和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段等因素，建立数学模型，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制水泵运行。
4.6动态显示
系统能够将通过图形动态显示水泵、真空泵、电磁阀和电动闸阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警，直观地显示电磁阀和电动闸阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和出水口压力值。
用实时趋势图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，语音报警醒操作人员注意。
采用图形、趋势图和数字形式直观地显示排水管路的压力和瞬时流量，水泵电机的电参数，通过水泵机组预埋的温度探头采集显示水泵轴温、电机温度等动态值，超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，以提醒巡检人员及时检修。
4.7系统拓展
系统应开放通讯协议，地面监控中心上的监控主机能够通过接入全矿井安全生产自动化控制网，矿方技术主管人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统的四遥。
4.8监控软件
（1）能够在标准画面和用户组态画面上设定、汇集和显示有关的运行信息，供运行人员对设备的运行工况进行监视和控制。
（2）能够监视或控制本工艺点的生产过程画面及生产实时数据。
（3）采用组态软件、模块化设计。
（4）具有汉化界面。
（5）在标准画面和用户组态画面上设定、汇集和显示有关的运行信息，供运行人员对设备的运行工况进行监视和控制。
（6）具有一键开停机和闭锁功能。
（7）能够监视或控制本工艺点的生产过程画面及生产实时数据。
并配以适时和实际相符的动画。
（8）具有报警处理功能,在任何时间和任何显示工作站均应能在画面顶部或底部显示出总的报警信息。
（9）在控制人机界面设计上能满足：
人机界面应运用开放系统的图形窗口技术。
友好的操作人员界面。
程序员可在线修改和编辑画面。
带有详细的联机帮助功能。
（10）具有安全登录和密码保护功能：
设计监控对应多个操作级别，对各个级别的操作都设置密码，并能记录操作人员工号、操作内容、时间等，防止非法操作，确保排水设备安全有序运行。
（11）组网功能：
通过工业用上位机的接口接入全矿综合自动化系统。
4.9抗电磁干扰
系统能在电子噪声、射频干扰及振动都很大的现场环境中连续运行，且不降低系统的性能。
系统设计应采用各种抗干扰技术，包括光电隔离、高达200MHz--900MHz、功率输出达5W的电磁干扰和射频干扰，应不影响系统正常工作共模抑制比、合理的接地和屏蔽。
在距电子设备1.2米以外发出的工作频率。
5工作环节
监控装置可概括为以下六个环节：
排真空环节、闸阀操纵环节、水位自动监控环节、参数传示环节、故障保护环节和电动机的自动控制环节。
5.1排真空环节
水泵只有在其叶轮完全淹没于水中的情况下，泵体内部才能造成必要的真空度实现正常排水。
如果真空度不够，泵内有空气存在，将会造成不上水和转动部件烧坏等故障。
因此，启动前的排真空是水泵工作的重要操作项目之一。
本方案采用射流阀抽真空。
由高精度真空传感器监测真空度，压力、流量作为监测真空度的后备。
5.2闸阀操纵环节
1）为了减小启动功率，水泵操作规程规定离心式水泵一定要关闭出水闸阀启动，而当水泵停车时，为了避免水锤事故，必须先关闭闸阀，缓慢减小流速，最后停车。
2）当泵体内充满水后，以启动和停止1＃泵为例，其过程如下：
启动时，先启动1＃电机，然后打开相应电动阀（以“轮换工作”原理，根据上次所使用的管路，此次换另一趟管路），停止时，先关电动阀，最后停1＃电机。
5.3水位自动监控环节
1）水位自动监控环节的任务是根据水位的高低自动准确发出开、停水泵命令。
水位传感器的可靠性和准确性直接影响整个控制系统的工作可靠性。
为此选用超声波液位传感器，它具有高精度、非接触式、非机械型、维护方便、安装容易、标定简单等许多优点。
2）当水位达到水位2时，若处于低计费时段，可以立即启动，若处于高计费段，则暂缓启动。
当水位继续上升至水位3时，则不论电网如何，必须启动水泵。
若水位继续上升至水位4时，则表明一台水泵的排水量已不足于排除矿井出水，必须启动第二台水泵，两台水泵一齐排水，以矿井的最大排水能力来排除矿井出水。
不论投入几台泵，水位必须下降到水位1方可停泵。
上述水位1至水位4均由超声液位计将模拟信号送入PLC，由PLC通过软件标定。
分时计费亦由PLC通过软件标定。
5.4参数传示环节
在操作台的模拟屏上可模拟显示水仓水位、水泵流量、水泵压力及电动机、电磁阀和电动阀的各种工作状态。
所有的检测参数及工作状态均可由井下PLC通过传输网络传送给地面计算机，由计算机分析处理，在显示器上模拟显示，并做出曲线、报表，以利于地面管理人员作出正确判断，向井下可编程控制器发出控制命令。
5.5故障保护环节
水泵电机容量大，耗电量高，属一级负荷。
因此，对排水设备自动控制系统的安全性、可靠性要求较高。
流量保护当水泵启动后或正常运行中，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本台水泵停车，转为启动另一台水泵。
5.6电动机的自动控制环节
该环节是排水设备综合自动化控制系统的中心环节。
它由PLC、中间继电器、接触器等组成，以上环节最终都要与本环节配合，根据水位情况自动开停水泵。
为了防止因备用泵长期不用而使电机受潮或有其它故障而未被发现，当紧急情况需要投入而不能投入以至影响矿井安全，本环节按“轮换工作制”来控制，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全的目的。
系统根据水泵的开启次数自动按一定顺序轮换开启水泵。
当某台或其所属阀门故障或检修时，该泵退出轮换，其余各泵仍按轮换工作制运行。
5.7流程自动控制环节
自动控制过程：
水仓水位达到最高——报警提示——开启抽真空喷射器使水进入泵体并使截止阀以下泵体充满水——关闭水泵与喷射器间闸阀——启动排水泵并使水泵运行平稳——开启电动闸阀后井上排水——水位降到最低位——报警——关闭电动闸阀——随后关闭水泵。
以上过程循环往复。
6主要硬件设备要求
隔爆兼本安型PLC控制箱
隔爆兼本安型PLC控制箱选用进口西门子PLC，实现就地控制、地面远程控制和检修三种控制模式，可供操作人员根据现场实际情况灵活选用。
实现模拟量数据和数字量数据的分析处理，输出控制信号控制阀门、水泵的启停。
能够对各种状态信号经行逻辑处理，人工编程实现无人值守控制。
正确确保在系统正常运行时操作灵活、易于维护，在系统出现故障或通讯中断时本地可以就地控制确保水泵设备的正常运行，提高系统的稳定性。
7系统配置参考表
报警音响
操作台
3500*1200
豪华座椅
1
2
矿用本安操作台
TH1-24
只
3
4
5
6
矿用本安压力传感器
GPD60（A）（0~10Mp）
个
7
矿用本安负压传感器
GPD60（A）（-100~500kp）
8
超声波流量传感器
9
矿用本安投入式液位传感器
10
电流变送器
定制穿心式输出信号4~20mA
11
电压变送器
12
（1）派技术人员到现场安装，负责调试，人员培训。
（2）货到后，供方随机提供使用说明书、产品合格证、MA证、系统维护手册等完整的技术资料两份。
（3）设备在运行中如果出现故障，厂方接到通知后在24小时内到达现场进行处理。
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