济源科灵和北京威通排水自动化方案及比较.docx

1、济源科灵和北京威通排水自动化方案及比较济源科灵和北京威通排水自动化方案及比较说明：按照抗灾型排水系统攻关组和有关领导的指示精神，经反复和入选的两家公司交流，济源科灵和北京威通分别就古汉山中央泵房、演马老泵房初步做出了各自的排水自动化方案。现将他们做的方案和我们的比较分析意见向大家汇报如下。一、济源科灵方案（古汉山中央泵房）及预算一）方案井下泵站单泵淹井及多泵自动控制系统方案一、 概述煤炭行业是我国的支柱产业。煤矿井下排水设备对保证矿井正常生产起着重要的作用。随着国家节能减排政策的执行以及煤炭行业高产高效的发展，井下排水问题更成为制约煤炭生产的关键因素。 目前国内矿井的排水系统多采用传统的人工进

2、行监测，人工加继电器进行控制的方法。传统方法控制线路复杂，设备运行的自动化程度低，可靠性相对较差，工人劳动强度大，排水系统应急能力不足，存在一定的安全隐患，不适应煤炭工业发展的需要。本方案设计了井下排水系统的控制系统， 采用PLC(可编程控制器)构建成的就地控制系统方式，弥补了传统继电器控制的种种缺陷与不足，提高了工作可靠性和稳定性，具有使用寿命长、维护方便的特点。二、自动控制优化原则1、高效原则以排水效率为基本原则，根据涌水量的大小，优先运行高效水泵。在单泵单管工况下：排水系统效率低于60%，要退出运行，报警，修理。多管排水系统，水泵运行正常，排水系统效率仍然低于60%，需对管网进行强制检修

3、。效率计算：根据水泵理论=5.6，为排水系统效率，=123，1为电动机效率2为水泵效率3为管网效率，H为水泵扬程，Q为排水流量，为流体密度，I为供电电流，U为供电电压，Cos为功率因数，1在电机正常时为固定值，因此影响排水系统效率的因素为水泵效率和管网效率， 在较短的时间段内和管路没有变化的情况下，管网的效率不会发生突变，如果排水系统效率降低，那么基本判断是水泵效率降低，如果排水系统效率缓慢降低，可以和就近的高效率运行泵比较，如果效率差距明显，则是水泵问题，如果多台水泵效率都低，则是管网问题。管网效率是影响所有泵的排水效率，在管网正常时，每台泵投入运行前需要检测泵的运行效率，并将数据存入计算机

4、，在运行一段时间后，将所有泵的效率和这个值作比较，如果大多数泵的效率和这个值相差不大，则说明管网没有问题，否则认为管网有问题。2、轮换原则在确保安全的前提下，以保证电机不受潮为原则，同一泵房内，效率大于60%的水泵进行轮流运行，轮换频率及周期根据季节及矿方要求制定。确定合理不受潮时间，这个时间又根据季节而变化。3、峰谷原则集团公司网高峰期：8：0012：00，18：0022：00平谷期：12：0018：00，22：0024：00低谷期：0：008：00国电网高峰期：18：0022：00尖峰期：8：0012：00平谷期：12：0018：00，22：0024：00低谷期：0：008：00高水位较高

5、水位中水位低水位尖峰期高峰期平谷期低谷期表示加开泵，表示减停泵，表示保持根据季节及矿涌水量情况，调节水位设定，确定开泵台数及运行时间。三、控制系统古汉山矿井下泵房共有十四台水泵，将其中一台水泵控制按抗灾性能试验进行设计，其他水泵按智能控制设计。排水监控系统分三大部分，分别为井上计算机监控部分，井下PLC控制部分，一次仪表部分。控制系统可扩展淹井控制的硬件和软件。1、井上设置一台监控计算机，选用台湾研华IPC610工控机，组态软件选用西门子512点WINCC亚洲版，以太网卡选用西门子公司的CP1616卡与交换机连接，井上通过OPC方式和主网络进行数据交换。同时在井上安装一台防水液位计，由井上直接

6、供电作为淹井时水位指示。2、井下部分控制主机选用西门子S7-300 PLC，为加强可靠性，S7-300 PLC采用双机软件故障自动切换，双电源直流24伏供电，所有模拟量和开关量均由安全珊进行隔离。就地配有触摸屏可就地进行遥控、本地自动、本地手动方式切换运行。井上和井下通过光缆连接。3、一次仪表部分，管道水流量测量选用日本恒河潜水型电磁流量计，安装在进水管垂直段，水仓水位监测选用三种类型的传感器，分别为超声波液位计，投入式液位计和接点型水位开关。超声波液位计安装在进水口水面上一米处，投入式液位计安装在最低水位上方20cm处，同时在小井侧壁安装三个节点水位开关，这三个水位检测传感器在正常工作时是并

7、联关系，只要一个发出信号，即可控制水泵工作，当某个设备有问题时，其他设备可以替代。管道水压测量选用扩散硅压力变送器，吸水管真空度、高压水管压力检测均选用扩散硅压力变送器，电机三相定子、两端轴承温度选用PT100铂电阻，水泵供电电压、电流、功率、功率因数、开关状态等参数由高压开关提供，电气的各种保护参数也由供电子系统提供。在每台电机底座和水泵底座安装振动传感器，检测电机和水泵的振动频率并绘制成曲线。所有的一次仪表尽量选用IP67防水等级。射流泵的启停由防爆电磁阀控制，在主管路和抽真空管路分别安装防爆电磁阀，射流泵的高压水引自主出水管路。水泵的出口安装多功能阀门，在水泵启动时，该阀门可延时开启，当

8、出口压力满足要求时完全打开，当水泵关闭时，该阀门可按设定的时间缓慢关闭，消除水锤现象。4、淹井部分：在井下14台泵中选择一台作为淹井试验进行设计。、抗灾型水泵控制所需检测设备有：投入式液位计一台，水泵出口压力变速器一台，真空压力变速器一台，电机定子温度，轴承温度变速器一套，潜水型电磁流量计一台，电机振动传感器一个，水泵振动传感器一个，抽真空电磁阀一个，射流控制电磁阀一个。、抗灾型水泵控制主机不单独设置，和其他水泵控制主机共用，为了试验防水性能，可把其中一台主机改为防水型，具体措施为，把可编程控制箱的所有进出电缆改为不锈钢防水接头。、抗灾型水泵控制所有检测设备电缆不转接直接进入可编程控制箱，检测

9、设备电缆出口改用防水接头。这样就保证了设备到可编程控制箱之间没有任何接头，除电磁阀以外的所有检测设备的供电均由可编程控制箱内部提供，为本安输出。、抗灾型水泵检测设备，投入式液位计本身具有防水功能，温度检测铂电阻可定制为防水型，其他传感器需单独制作外壳，壳体材料选用不锈钢，把传感器或二次仪表放进去再用环氧树脂整体浇铸，电缆出线部分选用不锈钢防水接头。、其他水泵控制系统用传感器尽量选用矿用防爆产品，但目前矿用防爆产品比较少，可选的产品不多。温度传感器为矿用防爆产品，功能符合要求，管路控制用电磁阀为矿用防爆产品，其他压力传感器、液位计、振动传感器、电磁流量计等均为本安厂用防爆产品。、操作台选用矿用本

10、安型，由于泵的数量较多故选用两个操作台。可用按钮控制泵的电源，和抽真空电磁阀和射流电磁阀开闭，也可通过触摸屏进行控制。四、系统主要功能4.1系统对电动机启停，射流泵，抽真空电磁阀具有遥控/本地自动控制本地手动控制三种工作方式。遥控是指由井人员通过工控机进行控制，本地手动控制是在设备安装调试和检修时使用。4.2每台水泵可设置“运行”、“备用”、“检修”三种工作方式。“运行”是指该泵运行型正常，效率比较高，随时可投入运行。“备用”是指该泵运行效率比较低，正常情况不用，为了防潮可短时运行。“检修”是指该泵有问题正在检修，不能运行。4.3系统自动判断水泵和排水管路的效率和累计运行时间,对效率和累计运行

11、时间超过规定的及时警示和提醒进行更换。可通过计算机设定最长累计运行时间。累计运行时间是指从检修完成到现在的立即运行时间。4.4在正常自动运行状态下，系统能根据吸水井水位、水位上升速率等检测计算值判断矿井涌水量，自动控制启、停水泵以及自动判断启、停台数；系统能根据电力避峰填谷原则，依据电力用电峰谷变化自动实现节能运行；系统能根据水泵及排水管网效率优先启动高效率水泵及开通高效率排水管路，使系统保持高效运行；系统能够根据轮换工作原则，自动实现水泵的轮换运行，避免电动机受潮。系统通过以上方式以安全高效为基本原则达到自动化节能优化运行。4.5系统当矿井发生突、透水等重大事故情况时的应急处理程序，从而实现

12、灾害情况下排水系统的抗灾型有序运行。应急处理程序的编制双方协商商定。初步考虑：进入应急处理程序，执行应急处理程序，应急处理程序完成，关闭PLC电源，关闭供电设备电源。4.6模拟量检测的数据主要有：进水口水位、水泵轴温、电机定子及轴承温度、供电电流、供电电压、功率、功率因数、吸水管真空度、排水管压力、流量、振动频率、水泵及排水系统效率等。数字量检测的数据主要有：手动、自动控制方式，远程、就地控制方式，水泵启、停状态，水泵故障信号，水泵电机启、停状态，各电磁阀的开、关状态等。4.7系统可实时采集所有的模拟量和开关量，并可间隔时间记录，采集值可保存到数据库中，当采集的值和设定值发生偏差时，可按故障级

13、别分别发出相应的报警和控制水泵动作。能够模拟显示系统的整体运行状态和设备的检测值，可实时显示系统各设备的故障信息，主要的模拟量参数水位、流量、电流、压力、效率等可实时绘制成时间曲线并能存入数据库。4.8可将系统的各种参数状态、故障及开停时间、水泵及管网效率统计等信息记录到历史数据库中，并可进行分时间段查询。4.9通过数据自动采集连续检测进水口水位，并根据不同水位段的上升速率，判断（计算）矿井的涌水量，控制水泵的启停和运行台数。同时根据涌水量的变化，设置缓慢、正常、快、很快，并设置报警，及改变报警频率 4.10具备故障记录，历史数据查询、打印等功能。打印分人工打印、自动打印、事故打印等。4.11

14、电气保护：过电压、欠电压、失压、过电流、漏电、过负荷、速断等电气保护功能由井下供电监控子系统提供，并以此计算、判断电动机的工况。 4.12超温保护：电动机的三相定子、两端轴承和水泵轴承设温度传感器，系统接受其输出信号，当温度超过设定值和上升速率超过规定时，应及时报警并退出运行。4.13水泵启动保护：根据水泵启动时流量、压力、真空度等参数自动判断水泵是否正常启动，非正常启动时能及时报警并顺序启动下台水泵。4.14当电机、水泵、系统故障时，能及时发出告警信息并在监视后台以声光、闪烁、推画面等显著警示，并显示故障情况。严重时，闭锁投入使用，并警示工作人员修复。4.15就地启停水泵采取硬件连锁和启停开

15、关串联消除误动作4.16系统通讯接口采用统一、标准的接口组件，通讯协议采用标准、开放的协议，能够与整个矿井综合自动化信息系统无缝连接，负责为接入矿井综合自动化信息系统提供技术支持。4.17有足够的升级冗余。六、一次仪表选型特点 水泵排水流量测量，选用日本恒河机电公司生产的AXF300W电磁流量计,该产品是国内唯一通过“MA”认证。管径（mm）：DN300, 流速(m/s)：0.01-12测量精度：0.5%， 显示器及显示内容：瞬时流量、累积流量输出格式：4-20MA， 测量介质：水工作方式：分体式，传感器和仪表分开，传感器可以长期在水中工作 水位测量选用德国恩德斯+豪斯公司（简称E+H公司）的

16、FMU42-4MB2C22A一体化超声波液位计，E+H公司是国际知名的仪器仪表公司，生产高质量仪器、仪表产品，取得了国内仪器仪表的防爆合格证。在国内大型项目有很多应用。温度：-40-80，操作压力：2.5bar 过程连接：DN80或DN100测量端材质：PVDF, 密封：EPDM, 盲区：0.4m, 最大量程：10m输出:4-20Ma, 电源：24DVC电磁阀选用老牌国企鞍山电磁阀有限公司A100ED-SBO23300系列，该产品是引进德国HERION公司技术制造的直动式双向法兰连接电磁阀。使用介质：水、气、油， 流动方向：任意介质温度：-20-80；-40-180（Exd CT3）环境温度：

17、-20-40， 安装位置：垂直（通径大于DN50）从零Mpa开始工作，无压差， 可达1.3310-4Mpa真空，可实现正、反两个流向。七、系统配合要求1、需提供控制水泵电机的输入无源启动触点、停止触点、提供电机运行无源输出触点。2、 高压开关保护器需提供符合国际标准的MODBUS协议的通讯接口及相关的开关状态参数和保护数据。3、 提供防爆380V三相电源。4、 提供127V单相电源。二）预算 二、北京威通方案（演马井底老泵房）和预算一）方案焦作煤业集团演马矿井下老泵房监测监控系统北京威通诚信机电科技有限责任公司2008年8月一、系统概述 本系统是对焦作煤业集团演马矿井下一水平老泵房排水系统进行

18、实时监测监控、就地或远程控制、以及对突发情况的应急处理等自动化改造。通过改造，实现无人值守下排水系统的自动化运行。系统具有高可靠和高稳定性、易维护性、高效节能性等特点。二、控制原则系统本排水系统的总体控制原则是：对水泵房内所有水泵，按照保持电机不受潮，排水效率高，避峰填谷的原则，根据矿井涌水量的情况编制运行程序，确保排水系统工作在最佳状态。对所有水泵实行实时运行状态和故障检测，并能根据检测实现提示、警告警示、预警、报警等功能。1、轮换运行原则根据水泵房的潮湿程度，在确保安全高效和保证电机不受潮的前提下编制控制程序。对所有能够运行的水泵（检修泵除外），强制轮流运行，力求在兼顾水泵电机不受潮的前提

19、下确保系统的高效运行。2、高效原则1）排水系统效率原则根据涌水量的大小，优先运行高效率水泵。（1）排水系统效率的设定值是63%。当低于此值时，系统给予“效率降低”警示。提示现场及时查找原因并处理。（2）当排水系统效率低于设定值的95%时发出“低效检修”报警。警示现场及时查找原因并处理（3）当效率低于设定值的90%时强制退出运行，并发出“必须检修”警示，责令现场及时处理。（整个排水系统的效率分为水泵效率和管网效率，视效率情况区分检修目标）。备注：排水效率的计算方法：根据水泵理论=5.6 ，为排水系统效率，=123，1为电动机效率2为水泵效率3为管网效率，H为水泵扬程，Q为排水流量，为流体密度，I

20、为供电电流，U为供电电压， Cos为功率因数，1在电机正常时为固定值。因此可以得出影响排水系统效率的主要因素只有水泵本身的效率和管路效率。 3、避峰填谷原则 按照避峰填谷的原则和汛期、非汛期及涌水量的稳定情况，确定排水水位范围和开泵数量。附电力峰谷周期：a.集团公司网用电高峰期：8：0012：00；18：0022：00用电平谷期：12：0018：00；22：0024：00用电低谷期：0：008：00b.国网用电高峰期：18：0022：00用电尖峰期：8：0012：00用电平谷期：12：0018：00；22：0024：00用电低谷期：0：008：00设定排水系统高、较高、中、低四个水位，在用电高

21、峰期，当水位上升至中水位时，可暂时不增加排水能力，只有在水位上升至较高水位时再增加排水能力。在用电尖峰期，当水位上升至较高水位时，可暂时不增加排水能力，只有在水位上升至高水位时再增加排水能力。在用电低谷期，当水位上升到中水位时，增加开泵台数，将水排至低水位。（汛期时按照低水位运行的原则编制程序，非汛期时按上述程序执行）非汛期程序编制原则如下表：高水位较高水位中水位低水位尖峰期加开水泵保持保持减泵高峰期加开水泵加开水泵保持减泵平谷期加开水泵加开水泵保持减泵低谷期加开水泵加开水泵加开水泵减泵一、 突发大量涌水、淹井情况（主要针对试验泵组） 对蓄水池水位进行实时检测，根据水位计输出模拟量线性变化的特

22、点编制程序，人为的把蓄水池的水位分段，结合水泵的排水量，可计算出矿井蓄水池单位体积的蓄水量。由于我们在每台水泵上都安装了流量计，进而可计算出单台水泵单位时间内的排水量，故而能测算出排掉蓄水池单位体积的水需要多久时间。在突发大量涌水时可以测算出单位时间内的涌水量，当此单位时间内涌水量大于所有非检修泵的单位时间内排水能力的时候，系统给予显著警示（也可设计为同时自动进入强排水状态或者手动进入强排水状态）。为了解决在淹井或突发大量涌水的情况下排水系统依然能够正常进行排水，本系统采用由井上变电所电源直接逐台操作井下水泵运行的工作方式。在井上单独设置一个PLC控制部分，在突发淹井时立即停掉井下PLC控制部

23、分，改由井上PLC控制部分控制水泵的启停。此种情况下只有手动控制方式，同时设投入式液位计，该液位计由井上电源供电，负责检测淹井时的淹井水位线。并时实显示以备了解淹井时的水位变化情况。二、 系统构成本排水自动化控制系统分为三大部分：1）矿井上监控计算机部分；2）井上PLC控制部分（突发淹井时使用）；3）矿井下水泵房PLC控制部分（4）检测用仪器仪表部分。系统构成图如下：1、 矿井上监控计算机部分由工控机（IPC610）、以太网卡(研华)以及用WINCC组态软件开发的监控界面。数据传输形式为OPC方式。2、 井上PLC控制部分由西门子S7-300plc、以太网接口模块以及控制台组成。3、 井下水泵

24、房PLC控制部分由西门子S7-300plc、触摸屏（西门子op270）以及就地操作台组成。S7-300plc的开关量和模拟量接点均具有安全栅隔离功能，且采用双电源供电模式，大大提高了稳定性。备注：为了达到矿方的隔爆要求井下PLC部分的触摸屏只能具备查询功能而不具备触摸操作功能。4、 检测用仪器仪表部分 电机温度采用本机自带的温度传感器检测，水泵温度检测采用PT100热电偶（贴片式）进行检测。管路压力采用HB26S压力传感器（沈阳仪表科学院）进行检测。水泵真空度采用HB26Z（沈阳仪表科学院）真空度传感器进行检测。管路流量采用AFX300W潜入式电磁流量计（日本恒河）进行检测。吸水池水位采用投入

25、式液位计（唐山大方），水仓水位采用西门子超声波液位计进行检测。射流电磁阀采用A100ED-SBO23300(鞍山)法兰盘电磁阀进行控制，该阀抗压能力远强于螺纹电磁阀。设置震动传感器（本安电路），安装在电动机和水泵的公用底座上。对电机和水泵的震动情况进行检测。其外壳防护等级不低于IP67。注：（1）主要针对实验泵组，其他水泵所需设备见设备清单。 （2）所列设备能满足矿方的防爆要求，但其防水以及抗水压能力还需要进行检验证明。三、 本系统的主要功能1、 系统有三种控制方式，分别为手动控制、自动控制以及远程控制。2、 每台水泵都有运行、检修、备用三种工作方式。3、 能够实时采集和显示水泵的运行效率、运

26、行时间、电压电流、水泵温度、电机温度、水仓水位、吸水池水位、真空度等模拟量和开关量。4、 系统具有故障报警功能，比如水位超限、电机、水泵震动过大、电机超温等报警功能。5、 系统在正常的自动运行状态下，能够在轮换原则、避峰填谷原则、高效原则以及当前涌水量的前提下自动启动停止水泵，以及选择水泵运行的台数。6、 系统在突发淹井时能够启动应急程序，由井上手动控制水泵的启动和停止。7、 系统具有数据查询、故障记录以及打印功能。8、 系统具有电气保护功能，其中过压，欠压，过流等参数由变电所监控系统提供，可以通过此参数计算、分析、判断水泵房电机的运行情况。9、 系统具有就地控制、远程控制的闭锁功能，设备运行

27、、检修的闭锁功能。10、 水泵启动时具有自动检测水泵启动条件的闭锁功能。11、 系统的通讯接口标准、统一，通讯协议开放，方便接入自动化平台中。12、 系统具有功能扩展冗余。四、系统要求1、 单相127V电源。2、 水泵启动、停止以及启动输出的无源接点。3、 高开综合保护器提供通用标准的通讯协议接口以及电压电流量等相关数据。二）预算三、北京威通诚信、济源科灵电器方案比较表安全抗灾型矿井排水自动化系统北京威通诚信、济源科灵电器方案比较下面蓝色字体部分为在比较时想到的问题，红色字体为差异较大的地方。 厂家设备名称北京威通诚信济源科灵电器系统及主要组成部分对比备注水泵数量12台，其中需进行防爆防水检测

28、试验的水泵为1台。14台，其中需进行防爆防水检测试验的水泵为1台济源多2台泵系统控制原则轮换运行原则、高效原则、避峰填谷原则高效原则、轮换原则、峰谷原则组态软件WINCC（亚洲版），报价14万WINCC,完全版512变量，报价6万北京多14万编程软件西门子STEP-7，报价4万西门子V5.4，报价1.5232万规格型号不同。北京多2.476万工控机研华610S，报价2.5万；21”HP液晶显示器，报价0.55万研华IPC610，报价1.7万；三星19寸液晶显示器，报价0.38万规格型号不同。北京偏高打印机HP，报价0.25万1600K，报价0.5万规格型号不同。济源多0.25万UPS电源无山特

29、2KVA，报价0.72万拟配置使工作稳定PLC控制部分及操作台分井上控制部分和井下控制部分，报价分别为25万和38万；井下操作台1个。以上两者总报价为71.7万（注：因为在试验阶段，我们没有安排井上配电柜，所以无需设置井上PLC控制部分。其功能应在井下配电房处实现，或者仅在设计方案中对实现这种情况的可能性及实施方法做详细阐述。这个问题已经跟其技术人员沟通过，目前尚未见其发来新方案）仅井下PLC控制部分，且为双机热备；井下操作台方案说因水泵数量多，所以设计了2个。两者总报价为127.83万（问题：在试验阶段是否需要做PLC控制装置的双机热备？方案中也未就如果有井上PLC部分时的情况做设计阐述。）

30、拟设PLC一台，操作台一台。井上及控制不配置，仅在设计方案中对实现对实现井上控制性能及实施方法做详细阐述。交换机济源在方案中是需要做交换机的，在开始的方案中他们做的是井上西门子、井下赫斯曼，经沟通后全部改为赫斯曼，报价2.5万/台。（问题：试验中不需要设计井上PLC控制部分，井上仅有一台工控机，在这种情况下是否还需要上交换机？另外，安全抗灾型排水自动化监控系统以后是否走矿井综合信息化平台的环网通道，如果走此通道，那么低压供电电源的设计是否有必要？）你不设交换机，其功能演马接入矿井自动化平台；古汉山在形成矿井自动化平台时接入交换机。突发大涌水量情况应急程序设计对发生突、透水事件做了应急程序设计，

31、并在方案中做了简单阐述。针对发生突、透水事件的应急程序编制未确定，只对流程做了考虑意见。应做阐述触摸屏为达到防爆要求，只能具备查询功能而不具备触摸操作功能。可通过触摸屏进行操作拟不用触摸屏问题：井下操作台是否需要触摸屏，不考虑防爆方面，触摸屏操作是否适合井下工人应用？仪表部分针对试验泵组的检测仪表（数量均为1台水泵使用）1、 日本恒河AFX300W潜入式电磁流量计，3万/台；2、沈阳仪表科学院HB26S压力传感器，0.6万/台；3、沈阳仪表科学院HB26Z真空度传感器，0.38万/台；4、PT100贴片式温度传感器，0.1万/个；5、A100ED-SB023300法兰连接电磁阀，每个泵组一个，3万/个；6、振动传感器，IP67（本安电路）