水泵自动化控制系统使用说明书矿方728.docx

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水泵自动化控制系统使用说明书矿方728

水泵自动化控制系统使用说明书

二零一四年七月

水泵自动化控制系统使用说明书

1、概述

1、系统用途

井下水泵自动控制系统适用于有甲烷和煤尘爆炸危险的煤矿井下水泵房的主、备水泵集中监测和监控。

该系统以进口PLC作为核心主控单元，采用工业以太环网+现场总线模式的远程分布式监测、控制系统，通过各种传感器、电动阀门等监测各水泵和管路的工作状态，实现井下排水系统的自动控制，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，使井下排水系统安全可靠、节能高效、经济合理地运行。

系统可实现煤矿井下排水系统无人值守，提高煤矿智能化调度和信息化管理水平，并可方便地接入矿井综合自动化系统。

2、主要功能及特点

·每台水泵具有远程、自动、半自动、手动控制方式；

·本系统采用进口PLC，可靠性高，使用寿命长，能连续运行工作，操作维护简便等特点。

·本系统能根据水仓水位等工况参数实现无人值守自动工作，从而实现减人提效的目的。

·本系统通过以太网与矿井工业环网系统相接，使调度指挥人员随时了解水泵的工作情况及水仓水位情况，便于调度指挥，提高工作效率。

·通过PLC主机可在地面实现对水泵进行遥控，并可以对水泵自动控制系统进行编程，满足客户需求。

·检测电机电流、电压、三相绕组温度和轴承温度；

·控制水泵电机的起动、停止，检测高爆开关分合闸状态；

·控制阀门电动执行器的开、关，检测开、关到位以及力矩开关信号，具有过力矩保护功能；

·实时检测真空泵工作状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力；

·若某台泵或所属阀门发生故障，则自动退出工作，后备水泵自动投入；

·井下触摸屏图形化动态显示水泵、真空泵、电动阀门的运行状态；

·光纤以太网接口便于接入矿井综合自动化系统。

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

·通过摄像机将水泵工况画面传输到地面调度中心，地面调度中心能够直观的看到水泵现场的具体情况；

·实时显示和记录所有的检测数据，绘制实时曲线和历史曲线，可以随时查询、打印实时数据及任意时间段的历史数据；

·人机界面显示的内容丰富、形象、直观，操作简单、易懂，提高了系统的自动化程度和智能程度；

·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；

·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，从而进行不同的操作。

二、系统和硬件组成

1、硬件组成

1.1主站电控箱

1.1.1概述

KXJ5-1140（660）（A）矿用隔爆兼本安型可编程控制器适用于有甲烷和煤尘爆炸危险的煤矿井下，是主排水自动化系统的核心单元，用于对井下水泵实现集中控制和监测。

控制器以PLC为控制核心，可依据各个运行方式，实现整个泵房的集中控制、数据监测以及故障检测，性能可靠、功能完善、数据稳定，可以方便地接入矿井综合自动化系统。

1.1.2性能特点

·主站控制箱为整个系统的核心，内部有西门子PLC、MOXA交换机、开关电源、本安电源、接触器、继电器、熔断器、变压器、插座等；

·采用进口西门子S7-300PLC作为主控制单元，充分保证可靠性、实时性、通过模块完成对水泵及相关设备信号的采集、交换及运算工作，并作出判断发出相应控制信号；

·灵活配置的输入输出接口可直接控制外部设备，实现分布式控制，实现数据远程采集和远程控制；

·与TH5-24（A）矿用本安型操作台或PH1-12M矿用本安型显示屏配套使用；

·通过RS485和PROFIBUS-DP分别与井下触摸屏和分站控制箱通讯；

·具有Ethernet光口，易于连接全矿综合自动化系统、其它子系统和智能设备。

·主控箱内放置有以太网交换机，可以通过已建立的井下千兆工业以太环网，将数据以及视频传输到综合自动化平台，实现设备的远程控制，并预留一定的I/O接口；

·快开门结构使得调试、维护工作更具效率；

·该电控箱是本安防爆型，可靠性好、运行速度快、抗干扰能力和兼容性强，体积小、能耗底、易于维护，控制箱内布线美观、电路运行可靠稳定，使用寿命长；

·数据齐全，具有液位、压力、负压、流量、电机电流，以及电机绕组温度和轴承温度等。

1.1.3技术参数

工作电压（V）：

AC660V/1140V，50Hz

工作电压范围：

（75%～110%）Ue

工作电流（A）：

≤1.0

本安输出电压：

DC24V，3路

DC12V,1路，配套PH1-12M时

本安最大开路电压：

DC24.5V

DC12.5V

本安最大输出电流：

520mA，每路

1270mA，每路

非本安输出电压：

DC24V，1路，配套PB1-24（A）时

非本安输出电流：

≤2.3A

输入信号：

开关量

≤48路，无源，导通电阻≤30Ω，断开电阻≥100kΩ

模拟量

≤14路，4～20mA，或0～5V，或Pt100，可根据需要添加

输出信号：

开关量

≤32路，继电器无源接点，接点容量≤DC24V/2A

开关量

1路，有源，负载容量≤AC127V，300mA，可根据需要添加

模拟量

≤4路，4～20mA或0～5V，可根据需要需要添加

通讯接口：

RS485，1路，显示屏

Ethernet单模光口，1路，可配加2电4光交换机

通讯距离：

≤1.2km，9600bps无中继

≤20km，10M/100M自适应

现场总线：

传输协议

ProfiBus-DP，1路

传输速率

9.6Kbps～6Mbps

传输距离

≤1.2km～100m，无中继

电缆引入装置：

规格

A1，18个

A2，18个

B1，2个

可配电缆外径（mm）

（φ9.3～φ12.5）

（φ10.6～φ13.1）

（φ19.1～φ29.6）

防爆型式：

矿用隔爆兼本质安全型Exd[ib]I

外形（宽×深×高）（mm3）：

800×714×960

净重（kg）：

400

1.2分站电控箱

1.2.1概述

分站控制箱亦采用西门子S7-300PLC为主控制单元，通过控制网通过PROFIBUS-DP总线连接与主站控制箱进行通讯，来完成相关水泵及相关设备信号的采集、交换及运算工作。

1.2.2性能特点

·分站控制箱为整个系统重要组成部分，内部有西门子PLC、开关电源、本安电源、接触器、继电器、熔断器、变压器、插座等；

·采用进口西门子S7-300PLC，与主站电控内部的CPU进行DP通讯，充分保证可靠性、实时性、通过模块完成对水泵及相关设备信号的采集、交换及运算工作，并作出判断发出相应控制信号；

·灵活配置的输入输出接口可直接控制外部设备，实现分布式控制，实现数据远程采集和远程控制；

·通过PROFIBUS-DP和主站控制箱通讯；

·快开门结构使得调试、维护工作更具效率；

·该电控箱是本安防爆型，可靠性好、运行速度快、抗干扰能力和兼容性强，体积小、能耗底、易于维护，控制箱内布线美观、电路运行可靠稳定，使用寿命长；

·数据齐全，和主站一起检测液位、压力、负压、流量、电机电流，以及电机绕组温度和轴承温度等。

与主站控制箱相同

1.2.3技术参数

工作电压（V）：

AC660V/1140V，50Hz

工作电压范围：

（75%～110%）Ue

工作电流（A）：

≤1.0

本安输出电压：

DC24V，2路

本安最大开路电压：

DC24.5V

本安最大输出电流：

520mA，每路

输入信号：

开关量

≤48路，无源，导通电阻≤30Ω，断开电阻≥100kΩ

模拟量

≤16路，4～20mA，或0～5V，或Pt100，可根据需要添加

输出信号：

开关量

≤32路，继电器无源接点，接点容量≤DC24V/2A

开关量

1路，有源，负载容量≤AC127V，300mA，可根据需要添加

模拟量

≤4路，4～20mA或0～5V，可根据需要添加

现场总线：

传输协议

ProfiBus-DP，1路

传输速率

9.6Kbps～6Mbps

传输距离

≤1.2km～100m，无中继

电缆引入装置：

规格

A1，18个

A2，18个

B1，2个

可配电缆外径（mm）

（φ9.3～φ12.5）

（φ10.6～φ13.1）

（φ19.1～φ29.6）

防爆型式：

矿用隔爆兼本质安全型Exd[ib]I

外形（宽×深×高）（mm3）：

800×714×960

净重（kg）：

400

1.3就地箱

1.3.1概述

CXH1-24就地箱适用于有甲烷和煤尘危险的煤矿井下，是主排水自动化系统的重要单元，用于对井下现场泵房实现控制和监测。

就地箱是现场实现泵房的手动控制和运行情况监测的操作平台，外形美观、显示清晰、操作方便、维护简单。

1.3.2性能特点

·采用不锈钢的面板和全密封结构,确保了长期使用寿命；

·只具有手动运行方式，对设备单起单停，可以方便掌控；

·面板安装具有急停按钮，直接控制多个外部设备的启停按钮；

·面板安装具有各种设备状态指示灯；

·指示灯可以通过颜色变化来显示各个设备的运行到位状态以及故障指示；

·内部安装有接线端子排，通过电缆将操作台与就地箱、控制箱连接；

·与KXJ5-1140（660）（A）矿用隔爆兼本安型可编程控制器配套使用。

1.4操作台

1.4.1概述

TH5-24（A）矿用本安型操作台适用于有甲烷和煤尘爆炸危险的煤矿井下，是主排水自动化系统的重要单元，用于对井下现场泵房实现集中控制和监测。

操作台是现场实现泵房的集中控制、故障检测和数据观察的操作平台，外形美观、显示清晰、操作方便、维护简单。

1.4.2性能特点

·具有遥控、自动、半自动、手动四种运行方式；

·采用不锈钢的面板和全密封结构,确保了长期使用寿命；

·内置PB1-24（A）矿用隔爆型显示屏或PH1-12M矿用本安型显示屏作为人机界面；

·操作面板安装具有急停、复位、备用按钮，以及直接控制多个外部设备的启停按钮和工作方式选择开关；

·显示面板安装具有各种设备状态指示灯、PB1-24（A）矿用隔爆型显示屏；

·指示灯可以通过颜色变化来显示各个设备的运行到位状态以及故障指示；

·显示屏可以通过动画、图形、汉字等方式直观显示系统各个设备的工作方式、运行状态以及运行参数，具有历史数据查询和统计功能；

·出现故障时，蜂鸣指示灯可以发出预警以及闪烁，显示屏自动弹出故障诊断画面，显示通信故障和系统运行各类故障性质；

·内部安装有接线端子排，通过电缆将操作台与就地箱、控制箱连接；

·与KXJ5-1140（660）（A）矿用隔爆兼本安型可编程控制器配套使用。

1.4.3技术参数

工作电压（V）：

DC24V，1路本安

DC24V，1路，配PB1-24（A）

工作电压范围：

DC22.8V～DC24.5V

DC22.8V～DC24.5V

工作电流：

≤500mA

≤1.0A

输入信号：

开关量

≤16路，无源，导通电阻≤30Ω，断开电阻≥100kΩ

输出信号：

开关量

≤32路，无源，导通电阻≤30Ω，断开电阻≥100kΩ

通讯接口：

RS485，1路

通讯距离：

≤1.2km，9600bps无中继

电缆引入装置：

规格

A1，5个

A2，8个

可配电缆外径

（φ9.3～φ12.5）mm

（φ10.6～φ13.1）mm

防爆型式：

矿用本安型ExibI

外形（宽×深×高）（mm3）：

1200×960×1170

净重（kg）：

150

1.5电动闸阀

1.5.1概述

随着煤矿开采自动化的提高，井下各种管道上的手动阀已无法满足自动控制要求，部分矿井改造时采用液压阀和电液阀，但液压阀和电液阀的密封件容易老化，每年都要进行维护保养，压差大时要手工降压后才能打开，也无法直接进入自动化系统控制。

矿用电动闸阀安装方便，调试简单，调试运行后数年内不用维护保养。

而ZB系列电动装置正是为煤矿自动化水平的提高和成本下降而设计，现已在全国二十多个大型矿并中应用，具有体积小，性能可靠稳定的优点，可应用于闸海配水阀等。

1.5.2性能特点

·主要用于煤矿井下水泵房无人值班的全自动控制；

·流体阻力和启闭力矩小，双向密封无安装方向要求，使用寿命长；

·和“KXB系列矿用隔爆型阀门电动装置控制箱”配套使用；

·电动闸阀电动执行机构的组成主要由电动机、减速器、力矩控制器、行程控制器、开度指示器、手电动切换机构、手轮及电气部分组成。

1.5.3技术参数

工作电压（V）：

AC660V

工作电压范围：

±10%

控制电压：

24V、36V

最大阀杆直径（mm）:

40～60

手动速比：

1:

1

输出转速（r/min）：

18、24、36

电机功率（KW）：

0.25/0.37/0.55/0.751.1/1.5/2.23.0/4.0

压力:

1.6MPa2.5MPa4.0MPa6.4MPa10.0MPa

工作制：

为短时10分钟

工作环境：

a.海拔不大于2000m；

b.环境温度：

-20～+40℃；

c.相对湿度：

≤95%（+25℃时）；

d.用于含有甲烷、煤尘爆炸性危险气体的煤矿井下（采掘工作面除外）；

防爆型式：

矿用本安型ExibI

1.5.4调试

电动装置与阀门组装后，必须对行程控制器、开度指示器分别进行调整、方可使用。

调整前，必须检查开度指示器上的电位器是或已脱开，以防损坏，检查电机转向，以防电机损坏。

出厂时已按用户要求调好转矩，一般不需要调整，如需改变整定值，可旋转凸轮的调整轴至相应刻度，先调开度，再调关度。

全关位置调整：

用手将阀门关严→用螺丝刀压下顶杆并转90度卡住→按关向箭头旋转关向调整轴，至到关向凸轮动作为止→回旋顶杆至原来位置；

全开位置调整：

用手动将阀门开到所需位置→压下顶杆并旋转90度卡住→按开向箭头旋转开向调整轴，知道开向凸轮动作为止→旋回顶杆至原来位置；

开度指示器调整：

在调整好力矩，行程的基础上调整现场开度指示器和远传电位器，调整方法如下：

移动转圈数调整齿轮至所需的转圈数位置→挂上电位器齿轮，拧紧电位器固定螺母并确定电位器齿轮的紧定螺钉是松开的→手动或电动关闭阀门并面对指示盘观察电位器齿轮的旋向→转动关指示盘使关向标志对准指针→按所观察电位器齿轮的旋向转动电位器轴接近终端位置，拧紧紧定螺钉→电动或手动操作阀门至全开位置，保持关向刻度盘不动，转动开指示盘使开向标志对准指针。

1.5.5故障及维修

故障

原因

解决方法

电机不动作

l、电源线脱开

2、控制线路故障

3、行程或力矩控制器失灵

4、电动机绕组开路

l、检查电源线

2、排除线路故障

3、行程或力矩控制器故障

4、更换电动机

输出轴旋转向错误

电机相序接反

任意调换两个相序接线

电机过热

l、连续工作时间太长

2、电机与电动装置不配套

3、一相线断开

l、停止运行，使电机冷却

2、检查配套情况

3、检查电源线

运行中电机停转

l、电动执行机构过载控制器动作

2、阀门有故障

1、增大整定转矩

2、检查阀门

阀门到位后电机不停转或灯不亮

l、行程或力矩控制器有故障

2、行程控制器调整不当

l、检查行程或力矩控制器

2、重新调整力矩控制器

远方无阀位信号

l、远传电位器故障

2、电位器齿轮紧定螺钉松动

l、检查更换电位器

2、拧紧电位器齿轮紧定螺

1.6电动球阀

1.6.1概述

电动球阀是根据阀芯的这种移动形式绕阀杆的轴线作旋转运动的阀门。

阀座通口的变化是与阀芯行程成正比例关系。

主要用于截断或接通管路中的介质，亦可用于流体的调节与控制，是工业自动化过程控制的一种管道压元件。

矿用隔爆型电动球阀由隔爆壳体、控制电路、直流电机、齿轮变速箱、高压球阀连接组合而成，利用直流电机的正、反转控制高压球阀的开启或关闭。

当电动球阀接通电源后，如处于开启位置，直流电动机工作，电动球阀关闭并触动限位开关，直流电机停止工作，红色发光管亮。

当有信号输入时直流电机正转，高压球阀打开并触动限位开关，直流电机断电停止工作，绿色发光管亮。

1.6.2性能特点

·开关迅速、启闭灵活，寿命长，安全可靠。

·在阀杆下部设置台阶，不至于阀门内压异常升高脱出阀杆。

·在球体和阀座间设置耐火密封环，阀座烧损后，仍具有密封作用。

·在阀门全开、全关位置设有锁定孔，防止非工作人员误操作。

·球阀采用全不锈钢三片式球阀，体积小、重量轻，开关无摩擦，密封不易磨损，启闭力矩小，不受介质流向、高低压和正负压的限制；

·适用于消防、喷淋降尘、井下水泵喷射泵和真空泵的配套使用；

·连接方式分内螺纹连接和法兰连接两种；

·自带4～20mA阀位反馈信号单元，信号输出抗干扰性更强；

·为机电一体化结构，采用固态继电器驱动，无火花更安全；

1.6.3技术参数

工作电压（V）：

AC127V、220V

工作电压范围：

±10%

控制电压：

DC24V

安装方式：

水平或者垂直

90°回转时间S：

很据型号对应时间

输出转速（r/min）：

根据型号对应转速

电机功率（KW）：

根据型号对应功率

压力:

根据型号对应压力

工作制：

为短时10分钟

工作环境：

a.海拔不大于2000m；

b.环境温度：

-20～+40℃；

c.相对湿度：

≤95%（+25℃时）；

d.用于含有甲烷、煤尘爆炸性危险气体的煤矿井下（采掘工作面除外）；

e:

不含有强腐蚀性介质的环境中；

防爆型式：

矿用本安型ExibI

螺纹连接公称压力：

≤6.4MPa和≥6.4MPa两种

法兰连接公称压力：

≤6.4MPa

1.6.4调试

出厂时已按用户要求调好转矩行程，一般不需要调整，如果需要进行调节，必须断电才能进行调节：

全关位置调整：

首先必须将阀门关严→用螺丝刀调整齿轮位置，切确保全开时可以有行程→触碰到关信号开关；

全开位置调整：

首先必须将阀门打开→用螺丝刀调整齿轮位置，切确保全关时可以有行程→触碰到开信号开关；

对其进行调节时，必须相互调节，不可只调关或者只调开。

1.6.5故障及维修

故障

原因

解决方法

电机不动作

l、电源线脱开

2、控制线路故障

3、设备本身配件故障

4、电动机绕组开路

l、检查电源线

2、排除线路故障

3、短接板子控制点，若不动作联系厂家

4、更换电动机

电机过热

l、连续工作时间太长

2、管路内部有东西卡住，阻力过大

3、电动机故障

4、电动机电容器损坏

5、设备板子有问题

l、停止运行，使电机冷却

2、检查管路内部

3、更换电动机

4、更换电动机电容器

5、更换内部电路板

阀门到位后电机部停

1、行程控制器调整不当

2、行程或力矩故障

3、功率控制器损坏

1、重新调整力矩控制器

2、排除行程或力矩故障

3、更换功率控制器

远方无阀门到位信号

l、设备返回信号没有

2、电位器齿轮紧定螺钉松动

3、控制线路故障

4、控制板故障

l、检查球阀本身返回信号

2、拧紧电位器齿轮紧定螺

3、检查线路故障

4、更换控制板

运行中电机停转

1、指令信号丢失

2、行程或力矩故障

3、控制板损坏

1、排除线路故障

2、排除行程或力矩故障

3、更换控制板

1.7液位计

1.7.1概述

GUY30液位传感器使用CYB-10S传感器溅射膜片为敏感元件,和电子线路做成一体化结构，输出为4～20mA准电流信号,适合矿用测控系统配套。

GUY30液位传感器可广泛用于煤矿监测系统的液位信号采集。

本系列传感器为分体型结构，体积小、安装使用方便,监测水仓水位，提供数据给PLC，提供水泵开停和超水警信号。

1.7.2性能特点

·高温、高压；

·高精度：

精度可达±0.25%FS；

·高稳定性：

每年优于±0.25%FS；

·温度漂移小：

±0.03%FS/℃，由于取消了测量元件中的中介液,因而传感器不仅获得了很高的测量精度,且受温度的影响小；

·抗振动、冲击、耐腐蚀全不锈钢结构，体积小、重量轻直接过程安装；

·输出为4mA～20mA电流信号；

1.7.3技术参数

被测介质：

液体

测量范围：

0m～30m（可选）

供电电源：

DC24V（使用取得矿用安全防爆认证的电源）

安装方式：

水平或者垂直

输出信号：

4mA～20mA（模拟、二线制）

GUY30型（4-20mA）、气安装图形为:

介质温度：

-20℃～80℃

-20℃～80℃

准确度：

（含非线性、重复性、迟滞）%FS

≤±0.5％FS/年

压力过载：

量程的1.5倍

稳定性：

±0.25％FS/年

材料：

1Cr18Ni9Ti不锈钢

工作环境：

使用温度：

-20℃～60℃，相对湿度：

≤96%RH，大气压强：

80～110kPa，使用场所：

可在具有甲烷、煤尘等爆炸混合物的危险场所使用；海拔不大于2000m；不含有强腐蚀性介质的环境中；

防爆型式：

矿用本安型ExibI

1.8压力传感器

1.8.1概述

GYD60-Y2矿用本安型压力传感器，螺纹式GYD60-Y2本安型压力传感器，使用CYB-10S压力传感器溅射薄膜片为敏感元件,和电子线做成一体化结构,输出为4mA～20mA电流信号,适合矿用系统配套，可广泛用于煤矿监测系统的压力信号采集.本系列传感器为全不锈钢圆柱型结构,拥有体积小、精度高、安装使用方便等特点，有效的改进和提高了煤矿监测系统数据的采集，是替代进口压力传感器的理想选择。

针对不同用户的要求，可以提供多种规格及连接方式的传感器。

1.8.2性能特点

·高温、高压；

·高精度：

精度可达±0.25%FS；

·高稳定性：

每年优于±0.25%FS；

·温度漂移小：

由于取消了测量元件中的中介液,因而传感器不仅获得了很高的测量精度,且受温度的影响小；

·抗振动、冲击、耐腐蚀全不锈钢结构；

·体积小、重量轻直接过程安装；

·输出为4mA～20mA电流信号；

·快插接头；

1.8.3技术参数

被测介质：

液体，气体（和17-4PH不锈钢相容）及蒸汽

测量范围：

0Mpa～60Mpa（可选）

供电电源：

DC24V（使用取得矿用安全防爆认证的电源）

安装方式：

水平或者垂直

输出信号：

4mA～20mA（模拟、二线制）

GYD60-Y2型（4-20mA）、安装图形为:

介质温度：

-20℃～80℃

电气连线图：

COM公共端（绿）

+24DC（红）

A

GYD60-Y2

准确度：

（含非线性、重复性、迟滞）%FS

≤±0.5％FS/±0.25%FS

压力过载：

量程的1.5倍

引线方式:

直接电缆引出型（标准）、矿用快用插头

位置影响：

安装位置不受影响

绝缘电阻：

≥500MΩ（500V）

稳定性：

±0.25％FS/年

接液材料：

膜片17-4PH

过成功连接件1Cr18Ni9Ti