煤矿水泵自动控制系统.docx

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煤矿水泵自动控制系统

郑宏刘砦（新密）煤业有限公司

井下水泵房无人值守改造方案

一、井下水泵房无人值守介绍

井下水泵房自动控制系统需要根据现有实际情况，在原来的设施基础上进行自动化改造，以使设备在无人干涉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，并可与矿自动化系统进行联网，作为全矿自动化系统的一个子系统。

二、改造水泵房无人值守必须具备的功能

1、无需人为干预，由工业计算机控制，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；

2、系统具有过载、欠压、泄漏、超温、轴温等保护功能，当出现以上状况或电机出现故障，系统自动停止该水泵的工作，同时启用备用水泵；

3、现场控制中心将采集的数据和调度策略传至地面指挥中心，使地面指挥中心同步显示水泵运行工况，地面指挥中心可以发出指令给现场控制中心，实现远端指挥；

4、通过摄像机将水泵工况画面传输到现场控制中心和地面指挥中心，使现场控制中心和地面指挥中心能够直观的看到水泵现场的具体情况；

5、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；

6、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；

7、可以随时查询、打印实时趋势及任意时间段的历史趋势；

8、人机界面显示的内容丰富、形象、直观，操作简单、易懂；

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；

9、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；

10、系统能够进行远距离监控，并可无限扩展；

11、软件对操作权限进行了划分，不同的值班人员具有不同的操作权限，并能够对值班人员进行考勤。

三、改造水泵房无人值守整个系统组成

整个系统由数据采集与检测、现场监测与控制、远端监控指挥三部分组成。

1、数据采集与检测。

数据采集由DCS模块完成，模块检测传感器状态，并将数据通过通讯模块传送至控制计算机。

主要采集的模拟量数据有：

水位、主电机电流、水泵轴温、电机绕组温度、电机轴温、排水管流量、真空度等；数字量数据有：

启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器状态、真空泵工作状态、电动阀门状态、水泵出水口压力等。

2、现场监测与控制。

现场监测与控制部分由控制计算机、管理控制软件、手动集中操作面板组成。

控制计算机和管理控制软件组成自动监控系统，负责将模块传输来的数据整理分析，根据控制策略做出决策，并将数据记录存储。

手动集中操作面板与自动监控系统平行实现控制功能，直接操作启动柜。

3、远端监控指挥。

远端监控指挥部分由计算机、管理软件、网络传输部分组成，通过计算机网络，同步显示现场工况。

远端监控具有开放的接口，可以扩展功能或接入其他系统。

系统组成示意图：

四、改造水泵房无人值守系统原理

当小井水位上升时，水位传感器将信号传至DCS柜，由模块将信号转变为计算机可识别的数字信号后，送至控制计算机。

控制计算机对水位做出判断，超过规定水位，先后发出打开真空泵阀门指令和打开真空泵指令至DCS柜，由DCS柜操纵水泵启动柜先打开真空泵阀门后打开真空泵。

同时真空传感器将真空度通过DCS柜传至计算机，计算机判断真空度达到一定程度后，顺序发出关闭真空泵阀门、关闭真空泵、启动主电机指令，DCS柜收到上述指令后操纵启动柜完成相应动作。

类似的，压力传感器或转速互感器将数据经DCS柜传到控制计算机，计算机根据预设条件打开排水电动阀门。

以上流程完成一台水泵的启动过程。

同时控制计算机不停的检测水位信号，如果水位上升较快或水位达到另一规定的数值时，启动另一台水泵，直到水位符合预设的要求。

在启用水泵时选择空闲时间最长的一组，实现水泵的合理调度。

在泵的运转过程中，电流互感器、温度传感器等设备将数据经DCS柜转换传至控制计算机，从而对水泵的运行工况进行监控。

如果发现水泵运转异常（水泵轴承、电机轴承、定子温度超过设定温度、管路出现漏水、过载等等），控制计算机发出一系列指令经DCS柜停止水泵运转，同时启动备用水泵。

在此过程中，计算机通过流量计、电流互感器等设备将流量、电流、扬程等数据发出，计算机记录下这些数据，供以后查询，并计算有效功率。

当小井水位降低到规定位置时，水位传感器将数据传至DCS柜，DCS柜转换数据后传至控制计算机，控制计算机收到数据后做出判断。

控制计算机首先发出水泵出口的电动阀门的指令，同时检测流量，当流量接近为零时，控制计算机再发出关闭主电机的指令从而关闭主电机，完成关闭过程。

上述由控制计算机采集到的数据，通过光纤传至远端地面控制计算机上，远端计算机同步显示水泵的运行工况。

需要远端控制中心控制时，远端计算机将指令通过光纤发送到现场计算机，由现场计算机控制相应的设备完成预定动作。

因此现场计算机比远端计算机有更高的控制权。

设备发生故障时可以在现场控制中心的控制面板上直接手动操纵水泵的启停。

工作流程示意图：

五、改造水泵房无人值守现场视频监控

系统除通过数据监控设备运行情况外，还可通过视频摄像机实时观察到现场画面，两方面结合可取得如同工作人员亲临现场操作一样的效果。

数字监控系统（JDVR）可集音视频数据实时采集与压缩、联动报警、辅助设备控制、网络远程控制等于一体，数据压缩采用H.264算法，声音与画质非常清晰、可将现场情况录制在硬盘中，以便于在需要的情况下回查。

视频监控的主要特点：

稳定性高：

系统各功能模块互不干扰，协同工作，即便在突然断电的情况下亦也不会造成原有数据丢失，重新启动后会按照原配置信息继续运行。

图像画质清晰：

可采用Half-D1格式进行压缩存储，使得不论本地还是远程均可以得到清晰的画质。

运行速度快：

独特的线程处理技术使得系统在具有了高稳定性的同时仍然保证了系统的流畅运行，相比同类产品，本系统可运行于更低配置。

支持移动侦测、支持预置点设置和联动报警，（如瓦斯探测器）。

支持16路报警输入和输出，无需报警主机，报警输出支持声卡报警和PC喇叭报警。

支持16路视频实时预览与压缩，支持16路音频输入。

音视频实时压缩和复合通过硬件完成，不占用CPU资源。

支持远程网络传输与控制。

全中文图形界面，操作直观，设置方便。

六、水泵房无人值守系统主要改造设备

根据我矿实际情况主要改造部分如下：

温度传感器

水位传感器（液位计）

流量计

真空传感器

压力传感器

电流互感器

数据采集模块系统（包括模拟量采集模块、数字量采集模块、控制模块）

RS-485/RS-232转换模块

工业控制计算机

视频监控主机

UPS

电磁继电器

操作台

线缆

光缆

光纤收发器

交换机

24伏电源

郑宏刘砦（新密）煤业有限公司

改造水泵房无人值守计划

地点

现用设备名称和型号

需改造内容

需购置

设备名称

计划调研购置安装时间

完成时间

水泵房

每台泵需安装温度传感器

温度传感器

2014年9月

水泵房

水位传感器（液位计）

需与该系统配套水位传感器（液位计）

水位传感器

2014年9月

水泵房

需安装流量计

流量计

2014年9月

水泵房

每台泵需安装真空传感器

真空传感器

2014年9月

水泵房

每台泵需安装压力传感器

压力传感器

2014年9月

水泵房

每台泵控制开关上必须安装电流互感器

电流互感器

2014年9月

调度室

需安装水泵房监控系统

监控系统一套

2014年9月

调度室

需安装操作台

操作台

2014年9月

地点

现用设备名称和型号

需改造内容

需购置

设备名称

计划调研购置安装时间

完成时间

调度室

安装交换机

交换机

2014年9月

调度室

井下水泵房

需安装水泵房至监控室光缆

光缆600米

2014年9月

调度室

需安装UPS后备电源

UPS后备电源

2014年9月

调度室

井下水泵房

需安装通讯线缆

通讯线缆

2014年9月