北宿煤礦泵房遠程集控系統(tǒng)設(shè)計方案

1、目 錄 1 概述.3 1.1 可靠性.3 1.2 安全性.4 1.3 經(jīng)濟性.4 1.4 擴展性.4 1.5 操作性.4 1.6 主要特點.4 2 標準和規(guī)定.5 3 基本參數(shù)及結(jié)構(gòu).6 3.1 泵房主排水目前概況.6 3.2 泵房排水系統(tǒng)適用環(huán)境.6 3.3 基本結(jié)構(gòu).7 4 系統(tǒng)概況.7 4.1 設(shè)備管理.7 4.2 現(xiàn)有工作方式.8 5 技術(shù)要求.10 5.1 基本要求.10 5.2 系統(tǒng)功能.11 6 系統(tǒng)設(shè)備組成.13 6.1 可編程控制箱: .13 6.2 就地控制箱.14 6.3 現(xiàn)場設(shè)備及檢測部分.14 6.4 主要傳感器.14 6.5 上位機及軟件部分.17 6.5.1 組態(tài)

2、軟件.18 6.5.2 編程軟件.18 6.6 系統(tǒng)可靠性.18 6.7 設(shè)備改造.18 6.7 plc 點位表.19 7 控制模式.19 7.1 自動工作方式.19 7.2 自動工作方式.21 7.3 自動控制功能.21 7.4 手動控制功能.22 7.5 單機自動控制.22 7.6 就地手動控制.22 7.7 現(xiàn)場編程.22 7.8 組網(wǎng)功能.22 7.9 水泵運行計量/時間/運行統(tǒng)計 .22 7.10 實時報警/報警記錄 .23 8 控制主站.23 8.1 plc 配置及功能特點.23 8.2 控制站特點.24 8.3 監(jiān)控系統(tǒng)具有的功能.25 8.4 主要監(jiān)控設(shè)備.26 8.5 控制主

3、站工作環(huán)節(jié).27 8.5.1 自動注水環(huán)節(jié).27 8.5.2 閘閥操縱環(huán)節(jié).27 8.5.3 水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié).28 8.5.4 參數(shù)傳示環(huán)節(jié).28 8.5.5 故障保護環(huán)節(jié).28 8.5.6 電動機的自動控制環(huán)節(jié).29 9 網(wǎng)絡(luò).29 9.1 現(xiàn)場級控制網(wǎng)絡(luò).29 9.2 分站間數(shù)據(jù)交換.29 9.3 遠程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò).29 10 管理系統(tǒng).30 10.1 綜合管理功能.30 10.2 控制策略.30 10.3 系統(tǒng)可靠性保障.30 11 網(wǎng)絡(luò).31 12 擴展功能.31 13 設(shè)備清單.32 14 示意圖.32 1 概述概述 煤礦井下排水泵房是煤礦生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，實現(xiàn)井下泵房的遠程控制與監(jiān)

4、 測，是綜合自動化建設(shè)的重要組成部分。目前,在礦井泵房的排水系統(tǒng)設(shè)計中 ,一般 設(shè)置多臺多級水泵。這些水泵電壓高、功率大、運行工況復(fù)雜，人工很難做到實時 監(jiān)控。此外，對于水倉水位監(jiān)測、泵房內(nèi)設(shè)備的運行與管理等工作 ,普遍采用人工操 作方式。傳統(tǒng)模式操作過程繁瑣、勞動強度大、人為因素多、啟泵時間長、自動化 程度低，已不能適應(yīng)現(xiàn)代化礦井管理的要求，因此，有必要使泵房水泵實現(xiàn)自動化 控制。 煤礦中央水泵房自動化設(shè)計是以系統(tǒng)安全、可靠、先進為設(shè)計原則，實現(xiàn)在安 全生產(chǎn)指揮調(diào)度中心對泵房內(nèi)所有設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和控制，從而做到泵房無人值 守、設(shè)備安全可靠運行。 目前，在礦井中央泵房的主排水系統(tǒng)設(shè)計中，根據(jù)

5、礦井涌水量和有關(guān)規(guī)定，一 般設(shè)置多臺多級離心水泵，一組工作、一組備用，另外，還要設(shè)置用于輪換檢修的 水泵。這些水泵電壓高、功率大、啟動復(fù)雜。出于同樣考慮，多敷設(shè)兩條或兩條以 上排水管路。對于水泵啟動前吸水管路的充水，通常采用抽真空吸水的方法來完成。 至于這些泵房內(nèi)設(shè)備的運行與管理以及水倉水位的觀察，普遍采用人工操作方式。 該方式操作過程繁瑣、勞動強度大、水泵啟動時間長、自動化程度低、不適應(yīng)現(xiàn)代 化礦井管理，因此，有必要對中央泵房水泵進行自動化改造。 1.1 可靠性可靠性 集控系統(tǒng)充分考慮到井下實際工況，選用了先進的技術(shù)、成熟的設(shè)備和傳感器。 主控站和分站核心部分采用德國西門子公司的西門子公司的

6、 plc 300 系列產(chǎn)品系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品多年成 功應(yīng)用于煤礦井下，目前我國煤礦絕大部分提升機電控、皮帶機集控、水泵集控等 等，都采用西門子公司產(chǎn)品?？刂凭W(wǎng)絡(luò)采用光纖傳輸光纖傳輸，具有穩(wěn)定、可靠的特點，抗 干擾能力強。在控制網(wǎng)絡(luò)癱瘓時，具有井下集控和就地控制方式的應(yīng)急措施。 因故障查找或處理故障原因，需臨時啟動設(shè)備時，能將不必要的保護信號通過 上位機臨時屏蔽臨時屏蔽，一切正常后恢復(fù)。 1.2 安全性安全性 所用設(shè)備完全滿足最新版煤礦安全規(guī)程（2010 版）的要求，井下控制設(shè)備 采用隔爆型或本安型。水泵配置各種按安全規(guī)程規(guī)定的傳感器，并設(shè)有起動時語音 預(yù)告、故障報警，配置電鈴打點信號。 1.3

7、經(jīng)濟性經(jīng)濟性 在滿足系統(tǒng)要求的情況下，采用性價比高的設(shè)備，達到降低成本的目的。 1.4 擴展性擴展性 考慮到將來系統(tǒng)的可擴展性，可方便的將未來的輸煤設(shè)備融入到現(xiàn)行系統(tǒng)中來， 并可擴展對系統(tǒng)實現(xiàn)更遠距離的監(jiān)控。所有主站和分站采用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸，可以 任意接入井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)（1000m 網(wǎng)）。 1.5 操作性操作性 本集控以集中控制操作為主，實現(xiàn)對整個排水系統(tǒng)的運行控制和數(shù)據(jù)監(jiān)測。既 可遠程集中控制，也可就地集中控制和單臺設(shè)備就地控制。 1.6 主要特點主要特點 （1）plc 控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可按程序模塊分段調(diào)試，分段運行。該 程序結(jié)構(gòu)具 有清晰、簡捷、易懂，便于模擬調(diào)試，運行速度快

8、等特點。 （2）系統(tǒng)根據(jù)水位和壓力控制原則，自動實現(xiàn)水泵的輪換工作，延長了水泵的使 用壽命。 （3）系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)負荷和供電部門所規(guī)定的平段、谷段、峰段，以“避峰填谷”原 則確定開、停水泵時間，從而合理地利用電網(wǎng)信息，提高礦井的電網(wǎng)運行質(zhì)量。 （4）plc 自動檢測水位信號，計算單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而 判斷礦井的涌水量，自動投入和退出水泵運行臺數(shù)，合理地調(diào)度水泵運行。 （5）在顯示屏上動態(tài)監(jiān)控水泵及其附屬設(shè)備的運行狀況，實時顯示水位、壓力、 溫 度、電流、電壓等參數(shù)，超限報警，故障畫面自動彈出，故障點自動閃爍。具有 故障記錄， 歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。 （6）系統(tǒng)具有通訊接口功能，

9、plc 地面監(jiān)測監(jiān)控主機通訊，傳送數(shù)據(jù)，交 換信 息，實現(xiàn)遙測遙控功能。 （7）系統(tǒng)保護功能有以下幾種。 超溫保護：水泵長期運行，當軸承溫度或定子溫度超出允許值時，通過溫度保 護裝置及 plc 實現(xiàn)超限報警。 電動機故障：利用 plc 及觸摸屏監(jiān)視水泵電機過電流、漏電、低電壓等電氣故 障，并參與 控制。 電動閘閥故障：由電動機綜保監(jiān)視閘閥電機的過載、短路、漏電、斷相等故障， 并參與水 泵的聯(lián)鎖控制。 （8）運行操作方式：遠程控制、就地自動控制、就地手動控制、啟動柜面板控制， 選擇 4 種操作方式之一。 （9）水泵運行計量/時間/運行統(tǒng)計：在地面控制站上應(yīng)可分別對每臺水泵的運行 電耗、工作時間等

10、進行統(tǒng)計，便于管理人員及時掌握每臺水泵的工況。 （10）具有打印功能：實時或按時間段打印相關(guān)設(shè)備的運行參數(shù)（如運行時間、 電機電流等）和運行狀態(tài)（如開停狀態(tài)、故障類型、故障發(fā)生時間等） 。主要數(shù)據(jù)保 存至少三年，對數(shù)據(jù)進行綜合處理，滿足報表統(tǒng)計、曲線圖、柱狀圖顯示并能打印 輸出。 2 標準和規(guī)定標準和規(guī)定 本技術(shù)規(guī)格中使用的標準如下。但不限于此： 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求 ；gb3836.14-2000 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備本質(zhì)安全型電路和電氣設(shè)備 ； 煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范 相關(guān)制造廠商技術(shù)資料； 煤礦安全規(guī)程 （2010 版） ； 電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件gb4796 電力裝置的繼電

11、保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范gb20062 爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范gb50058 低壓電器電控設(shè)備gb4720-84 電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施式及驗收規(guī)范gb50171-92 低壓開關(guān)和控制設(shè)備的外殼防護等級iec144 可編程儀器的數(shù)字接口ansi488 3 基本參數(shù)基本參數(shù)及結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu) 3.1 泵房主排水目前概況泵房主排水目前概況 北宿煤礦目前井下有 4 個排水泵房，這次需要改造的是一水平-220 排水泵房。 泵房設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如下： (1) 三臺多級離心泵 規(guī)格型號：200d43*9 揚程 387m 流量 288m3/h (2) 三臺隔爆型三相異步電動機 電機型號：

12、jr 440kw 2975r/min 電壓 6000v (3) 配套三臺高壓真空開關(guān)柜 電機型號：kgs1-08d 10kv 50hz (4) 礦井最大涌水量 90 m3/h 礦井正常涌水量 81 m3/h (5) 礦井水倉深度 4.6m 水倉容量 3700m3 (6) 三臺手動閘閥 (7) 排水閘閥 6 個 手動球閥 12 個 3.2 泵房排水系統(tǒng)適用環(huán)境泵房排水系統(tǒng)適用環(huán)境 海拔高度不大于 1200m； 工作溫度 060 存儲溫度 -4085 工作濕度 595% 工作環(huán)境 無滴水及震動 保護等級 ip54（不低于） 防爆類型 礦用一般型 環(huán)境溫度 -5+40； 3.3 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 排

13、水裝置有水泵,電動機,進水管,排水管,閥門和其他附件組成。從能量觀點出發(fā),可 將裝置分成兩部分:泵機組-由水泵和電動機組成。其中水泵的作用是把機械能傳遞給 水,使水獲得能量，電動機則把電能轉(zhuǎn)換為拖動水泵的機械能,依次泵機組起著能量轉(zhuǎn) 化的作用；另一部分是管路-由進水管,排水管和管路上各種閥門管件組成,水在管中 流動時消耗的能量用于克服阻力損失和提高自身的位能。后者是排水裝置的最終任務(wù)。 e-1 v-6 v-8 11 12 4 5 3 13 1 2 9 10 6 7 8 圖 3.2 15電動球閥；6電動閘閥和逆止閥；7泵體；8 超聲流量計； 9壓力傳感器；10負壓傳感器；1112真空泵；13射流

14、閥。 4 系統(tǒng)概況系統(tǒng)概況 4.1 設(shè)備管理設(shè)備管理 近幾年以來，隨著礦井的開拓和采區(qū)的延伸，主要水泵設(shè)備管理越來越成為礦 井大型設(shè)備管理的難點： 1）每個水平排水泵房均設(shè)專人專崗，水泵操作采用工人手工操作，勞動強度大， 企業(yè)達不到減員增效的目的，而且人為因素的可靠性差； 2）水泵工作狀態(tài)由人為因素控制，設(shè)備磨損狀態(tài)、工作時間、機械狀態(tài)很難掌 握； 3）對水泵及電機的運行參數(shù)缺少監(jiān)測，不能實現(xiàn)水泵系統(tǒng)的故障判別和報警， 不利于水泵系統(tǒng)的安全可靠運行；設(shè)備檢查檢修管理依靠人為感知和經(jīng)驗判斷，人 為因素較大，標準性差，設(shè)備檢查檢修滯后于生產(chǎn)需要； 4）礦井涌水量由人為歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，可靠性差；

15、5）地面調(diào)度不能及時清楚地了解水位變化及水泵的運行情況，難以實現(xiàn)科學(xué)調(diào) 度，造成系統(tǒng)能耗高，效率低，水泵系統(tǒng)運行成本費用高。尤其是多水平水泵分散 獨立控制模式下，對于多水平水泵同時向地面排水以及水泵聯(lián)合排水的可預(yù)知性差， 造成了礦井排水費用猛增； 因此，當前的多水平水泵排水系統(tǒng)狀況與國家倡導(dǎo)的提高礦井綜合自動化水平 和節(jié)能減排的社會大環(huán)境遠遠不能相適應(yīng)。故實施礦井井下多水平優(yōu)化排水、實現(xiàn) 井下多水平排水自動化控制與管理，成為我們研究的一個迫在眉捷的課題。 4.2 現(xiàn)有工作方式現(xiàn)有工作方式 目前泵房為手動操作方式，值班人員根據(jù)水倉水位，決定泵的啟停。對設(shè)備運 行狀況的監(jiān)測，全靠值班人員的巡檢來完

16、成。目前泵房內(nèi)沒有配置用于檢測的傳感 器及其它裝置。 水泵的工作流程為： 一、開泵前的準備工作： 1、 開泵前必須檢測待開水泵的防爆電動閥門控制箱，防爆控制按鈕的供電是否正 常。 2、 開水泵進行起動前的檢查： （1）軸承潤滑油油量是否適當，油質(zhì)是否潔凈。 （2） 防護罩、進出水管路、聯(lián)軸器的連接螺栓及軸向間隙是否妥當，接地裝置 是否完整，各部螺栓是否齊全、緊固。 （3）盤根松緊適度，盤車 23 轉(zhuǎn)，檢查水泵轉(zhuǎn)動是否靈活。 （4）水倉水位處于高水位。 二、起動： 1、將隔爆高壓真空磁力起動器面板上的選擇開關(guān)打在“遠控”位置； 2、選定排水管路； 3、打開出水管路電動閥門； 4、觀察真空表，真空

17、度應(yīng)小于0.05mpa,并確認吸水管路及水泵充滿水（否則不得 進行下一步操作） ； 5、按雙聯(lián)控制按鈕的“啟動”按鈕，起動電機； 6、打開起動水泵的出水口電動閥門； 三、運行： 1、水泵在運行期間，操作人員應(yīng)經(jīng)常進行以下巡視，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施： （1）電壓不得超過額定值的5，電流不得超過額定值。 （2）觀察壓力表、真空表的變化情況。 （3）觀察水倉水位的變化情況。 （4）電機和水泵有無異響和異狀。 （5）檢查進出水管路、泵體、閘門、盤根、密封等有無漏水現(xiàn)象。 （6）常檢查滑動軸承、油環(huán)是否轉(zhuǎn)動，能否帶上油來，以防止軸瓦因缺油而燒壞。 2、水泵正常運行的標志： （1）流量大于 155m3/h

18、； （2）電流大于 30a； （3）出水口壓力大于 2kpa； （4）真空度小于0.05mpa； （5）電壓 6kv5。 3、水泵在運行期間出現(xiàn)下列情況之一時，應(yīng)緊急停泵： （1）水泵不上水； （2）水泵或電機有異響和異狀； （3）電機或電氣設(shè)備冒煙； （4）泵體嚴重漏水； （5）平衡水失常。 四、正常停泵 1、關(guān)閉出水管路電動閥門； 2、關(guān)閉水泵出水口電動閥門，嚴禁閥門在開通位置停機； 3、待兩閥門有一個關(guān)閉到位后，按雙聯(lián)控制按紐的“停止”按紐，水泵電動機停運。 五、故障停泵： （1）水泵在“自動”工作方式下運行時，當發(fā)生故障時，計算機將按照所設(shè)定的停 泵程序自動停止運行水泵。 （2）水泵在

19、“檢修”工作方式下運行時，當發(fā)生故障需要停泵時，應(yīng)按下列順序操 作： 同時關(guān)閉管路和水泵出水口的電動閘閥，嚴禁閥門在開通位置停機； 待閥門關(guān)閉到位后，停電動機； 不論水泵在哪一種工作方式下運行，當發(fā)生故障需要緊急停泵時，司機可按下 “急?！卑粹o(帶機械自鎖)。 故障排除：按“故障復(fù)位”按紐，使系統(tǒng)恢復(fù)正常。 5 技術(shù)要求技術(shù)要求 5.1 基本要求基本要求 1、每臺水泵應(yīng)具備三種操作方式：就地手動、集中手動和遠方集 中方式，三種方式均可對水泵實現(xiàn)啟/停操作，且相互閉鎖。 2、能根據(jù)水倉水位變化自動控制排水泵啟停。 3、能控制各泵輪流工作,使每臺磨損程度均等。 4、能根據(jù)水倉水位、供電峰谷段時間劃

20、分等情況,合理調(diào)度水泵運 行，節(jié)省運行費用。 5、能檢測水泵及其電機的工作參數(shù)。如:水泵流量、壓力、軸溫、水倉水位、 電機溫度、電機啟動與工作電流等。 6、具有故障報警、自動保護等功能。 7、泵房的監(jiān)測、控制信號都能夠遠傳至地面，并與地面監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。并將信號送 礦調(diào)度室。 8、地面監(jiān)控主機采用高性能工控機和國外著名組態(tài)軟件 ifix；能實現(xiàn)遠程控制,操 作記錄及故障情況的報表生成、存儲、打印及顯示。 5.2 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能 1、實時在線監(jiān)測水倉水位，當水位達到上限時能夠報警，自動開啟水泵；當水位達 到下限時，發(fā)出聲光信號，自動停泵。 2、實時在線監(jiān)測水泵各工況參數(shù)，包括水位、流量、電壓、電

21、流、壓力、功率、溫 度、真空度、閘閥開啟度等。 3、具有數(shù)據(jù)分析功能，對水的效率、電耗、工況點等進行分析，確保經(jīng)濟運行； 4、當水泵出現(xiàn)故障時，能夠及時報警，并能夠自動開啟備用水泵，不能滿足排水能 力時，根據(jù)涌水量情況自動確定開啟水泵臺數(shù)。系統(tǒng)應(yīng)具有以水倉水位為主，結(jié)合 分時計費和避峰填谷原則，確定開停水泵時間。同時根據(jù)水位控制原則自動實現(xiàn)水 泵的輪換工作。 5、具有遠程、就地啟動、停止功能。 6、可現(xiàn)場、遠程編程，完善修改系統(tǒng)功能。 7、水泵房現(xiàn)場以計算機圖形界面結(jié)合現(xiàn)場操作，最大程度簡化操作與狀態(tài)顯示。 8、集中控制器采用 siemens 公司的 s7-300 系列 plc 及先進的過程控

22、制軟件，實現(xiàn) 井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的最優(yōu)控制策略。 9、井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的報警，信息顯示，報表統(tǒng)計處理能夠全部融入整個礦井監(jiān)控 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。 10、具備完善的系統(tǒng)保護功能。 11、控制系統(tǒng)可以通過以太網(wǎng)接入礦井工業(yè)以太干網(wǎng)，實現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦 井的自動化監(jiān)控系統(tǒng)信息共享。 12、具有較強的兼容性和擴展性，為下一步綜合自動化集中控制做好擴展接。； 13、水泵監(jiān)控子系統(tǒng)需滿足以下三種工作方式： 自動：自動控制下，控制室控制所有設(shè)備，并顯示各水泵及閘閥工作狀況和各種 故障顯示。plc 采集各種信號。集中控制室按照工藝流程及 plc 閉鎖程序順序 控制水泵及閘閥的開啟。由超聲液位傳感器連續(xù)檢測水

23、倉水位，根據(jù)吸水井的水 位及其他因素，合理調(diào)度自動開停水泵及其閥門，在正常水位時，各臺水泵能自 動輪換工作，最大涌水及突出涌水時，自動投入必要數(shù)量的水泵運行。此方式下 可實現(xiàn)無人值守。當水泵出現(xiàn)故障時，能夠及時報警，并能夠自動開啟備用水泵。 根據(jù)水泵使用臺數(shù)和水位變化率的情況可判斷礦井涌水情況，從而確定水泵增加 臺數(shù)。 手動：操作工人根據(jù)水倉顯示水位，人工手動開停水泵及確定開泵臺數(shù)，電機及 其閥門的開、停由 plc 自動執(zhí)行，即 plc 完成單臺水泵抽真空、啟泵、開啟電 動閘閥等自動控制，并完成運行停止； 檢修：可操作任一水泵電機，閘閥，電磁閥的開關(guān)。相互動作互不閉鎖。 14、水泵控制系統(tǒng)控制

24、過程需滿足以下六個工作環(huán)節(jié)： 自動注水環(huán)節(jié)：排水泵的灌注引水方式采用射流泵或抽真空泵，以 2 趟排水管路 水壓力為能源。由真空表監(jiān)測真空度。 閘閥操作環(huán)節(jié)：本系統(tǒng)水泵的閘閥為電動閥門。電動閥門可采用手動/電動兩種 方式控制，在電動狀態(tài)下，通過 plc 對閥門進行集中控制和監(jiān)視；在手動控制 方式下，可在閥體上對各閥操作。 水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié)：水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)水位的高低自動準確發(fā)出開、 停水泵命令。本系統(tǒng)采用超聲波液位傳感器。 參數(shù)傳示環(huán)節(jié)：在控制柜的液晶顯示器上可模擬顯示水倉水位、水泵壓力及電動 機、電磁閥和液壓閘閥的各種工作狀態(tài)。所有的檢測參數(shù)及工作狀態(tài)均可由井下 plc 通過傳輸網(wǎng)

25、絡(luò)傳送給地面計算機，由計算機分析處理，在顯示器上模擬顯示， 并做出曲線、報表，以利于地面管理人員作出正確判斷，向井下程控器發(fā)出控制 命令。 故障保護環(huán)節(jié)：電動機故障：plc 監(jiān)視水泵電機欠壓、過流、短路等故障，由開 關(guān)柜提供保護并參與控制。 閘閥故障：由各閘閥廠家提供故障型號并參與控制。 電動機的自動控制環(huán)節(jié)：該環(huán)節(jié)是排水設(shè)備綜合自動化控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，根 據(jù)水位情況自動開停水泵。 另外，為了防止因備用泵長期不用而使電機受潮或有其它故障而未被發(fā)現(xiàn)，當緊 急情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全，系統(tǒng)按“輪換工作制”來控制，以 達到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理。系統(tǒng)根據(jù)水泵的開啟次數(shù)自動按一定順序輪換

26、開啟 水泵。當某臺或其所屬閥門故障或檢修時，該泵退出輪換，其余各泵仍按輪換工 作制運行。 6 系統(tǒng)設(shè)備組成系統(tǒng)設(shè)備組成 排水泵房設(shè)備組成要求監(jiān)控裝置包括：控制柜（箱） 、配電柜、就地控制箱、傳 感器等。 6.1 可編程控制箱可編程控制箱: 含控制箱、觸摸屏、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、電源、輸入、輸出模塊、等元器件， 判斷發(fā)出各種控制信號，監(jiān)控水泵的運行工況。實現(xiàn)水泵房的無人值守、遠程 監(jiān)控，plc 的輸出信號應(yīng)用中間繼電器隔離； plc 的 i/o 接口應(yīng)有不少于 20%的備用量； 控制箱為防爆型，plc 選用 siemens 公司的 s7-300 系列 plc。顯示器尺寸 10 英寸。控制柜應(yīng)外形美

27、觀、裝配牢固、分區(qū)明顯、維護方便。 控制柜可通過以太網(wǎng)模塊接入工業(yè)以太干網(wǎng)，實現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦井的 監(jiān)控系統(tǒng)信息共享。 （1）主要功能和特點：）主要功能和特點： 1、可以采集或接入各種參數(shù)、保護信號（開關(guān)量和模擬量） ，并具有擴展性。 2、可以方便定義和修改所有被測模擬參數(shù)的報警值、保護動作值。 3、實現(xiàn)多路控制輸出，啟動或停止有關(guān)設(shè)施（有的輸出帶延時，且延時時間可調(diào)） 。 4、實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、參數(shù)、運行狀態(tài)的就地顯示，并可上傳地面中心站。 5、實現(xiàn)故障位置、原因、類型等的就地顯示，并可上傳地面中心站。 6、具有檢修時的安全閉鎖功能。 7、具有運行方式選擇及防止非規(guī)定操作人員隨意操作的保護

28、措施。 8、與地面斷開后系統(tǒng)仍能正常運行在就地或自動方式下。 9、控制裝置可接收各類傳感器信號。 10、提供電流和溫度的時實監(jiān)測。 11、具有以太網(wǎng)接口功能。 （2） 主要核心元件主要核心元件 序號序號名稱名稱規(guī)格和型號規(guī)格和型號 單單 位位 數(shù)量數(shù)量生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家 1ps 10a 電源個1德國西門子 2530mm 導(dǎo)軌條1德國西門子 3cpu315-2dp個1德國西門子 4存儲卡 2m個1德國西門子 5cp343 以太網(wǎng)模塊個1德國西門子 632 點 di個1德國西門子 732 點 do個1德國西門子 88 點 ai個3德國西門子 940 針端子個2德國西門子 1020 針端子個3德國西門

29、子 6.2 就地控制箱就地控制箱 含西門子 200 系列 plc，中間繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、指示燈、端子排和導(dǎo) 線等元器件； 作為閘閥和水泵的就地單臺起停、方式轉(zhuǎn)換使用； 6.3 現(xiàn)場設(shè)備及檢測部分現(xiàn)場設(shè)備及檢測部分 現(xiàn)場設(shè)備及傳感器包括傳感器和電動閘閥等組成。 傳感器包括超聲波液位計、投入式液位計、負壓傳感器、正壓傳感器、超聲波 流量計、電機溫度傳感器等，所檢測的參數(shù)主要有：水倉水位、水泵進水管真 空度、水泵出水口壓力、排水流量、水泵軸溫、電機溫度及設(shè)備工作狀態(tài)等。 閘門位置行程開關(guān)、閘門過轉(zhuǎn)矩行程開關(guān)由閘門廠家給出。 6.4 主要傳感器主要傳感器 1、lcz-803 型超聲波流量計型超聲

30、波流量計 （1）用 途：以“速度差法”為原理，用于測量圓管內(nèi)流體的流量。它采用先進的數(shù) 字電路和糾錯技術(shù)，使儀表更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境。計量準確，經(jīng)濟方便，產(chǎn)品 達到國內(nèi)先進水平，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、給排水等領(lǐng)域。 （2）技術(shù)特點：多脈沖技術(shù)與獨特的信號數(shù)字化處理技術(shù)，增強儀表抗干擾能力， 使儀表測量信號更穩(wěn)定、計量更準確。高集成度優(yōu)化電路，降低功耗，提高可靠性。 智能化標準信號輸出，人機界面友好、多種二次信號輸出，供用戶任意選擇。多種 傳感器測流方式，可根據(jù)不同的管路環(huán)境和不同的介質(zhì)溫度選擇最佳方案；外夾式 非接觸管外測量，安裝方便、快捷；插入式無滴漏帶壓安裝、精度高、免維護

31、、工 作可靠。便攜式體積小、耗能低、多種記憶功能，最適合沒有交流供電條件的環(huán)境； 管段式小管徑測量精度可高達 0.5 級。 （3）技術(shù)指標： 測量介質(zhì)：水、污水及其它均質(zhì)流體，懸浮物含量小于 10 g/l，粒徑小于 1 mm 測量管路材質(zhì)：鋼管、鑄鐵管、非金屬管、可焊接或壓接的管材料、可實現(xiàn)法蘭 連接的管路 測量管徑：154 000 m。 測量流速：0.0112 m/s 測量精度：1.5%。 環(huán)境溫度：主機10+45； 探 頭：常溫 0+50，高溫 0+150 2、正壓（負壓）變送器、正壓（負壓）變送器 gyd 本質(zhì)安全型壓力變送器采用由先進的微機械刻蝕加工工藝制成的擴散硅膜片組 成的壓阻式力

32、敏器件為核心器件，用靜電滾壓工藝焊接在玻璃和金屬密封支架上， 再焊 上 316l 不銹鋼隔離膜片，并經(jīng)充硅油作傳壓介質(zhì)，形成完整的基芯組件。由 先進的電子放大電路以及溫度補償電路組成的電路板，封裝于不銹鋼外殼內(nèi)，并灌 注 特種硅膠，保證了抗振動、抗沖擊和耐環(huán)境腐蝕性能。 環(huán)境溫度：-10+50 相對濕度：3585% 大氣壓力：86106kpa 測量范圍：1mpa ； 10mpa 供電電壓：6v.dc24v.dc 輸出信號：420ma.dc 基本誤差：0.5%f.s. 回程誤差：不大于 0.25%f.s. 重 復(fù) 性：不大于 0.25%f.s. 恒流性能：當負載電阻在 0500 范圍內(nèi)變化時，輸

33、出值變化量不大于 0.25%f.s. 超 負 荷：變送 器能承受測量上限 125的壓力 型號規(guī)格： 外形尺寸：27x120mm 重 量：0.2kg 3、電流（電壓）變送器、電流（電壓）變送器 電量變送器是一種將被測電量參數(shù)(如電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)等信 號)轉(zhuǎn)換成直流電流、直流電壓并隔離輸出模擬信號的裝置。產(chǎn)品符合國標 gb/t 3850-1998 。電量變送器通用技術(shù)條件 引用標準及規(guī)則：gb/t 138501998 準 確 度 等 級：0.5 級 工作溫度：-10 55 相 對 濕 度：93% 貯藏條件：溫度 - 40 70，相對溫度 2099%，無凝露 特點: 采用電磁調(diào)制隔離

34、原理，有效克服直流漂移 線性測量范圍：0120%標稱輸入 din 標準導(dǎo)軌安裝 多種輸出類型任選，多種結(jié)構(gòu)類型任選 smt 貼片生產(chǎn)加工工藝制造 型號及技術(shù)參： （1）型號應(yīng)包括：變送器主型號、輸入/輸出規(guī)格（輸入/輸出范圍值） 、精度等級等。 例如：te- baa1u-5a/420ma-0.5。 （2）電流變送器：輸入電流值大于 5a 后，交流須外加互感器，直流須外加分流器。 （3）電壓變送器：輸入電壓值大于 500v 后,交流須外加互感器,直流須外加分壓電阻,測 量范圍可達 1kv。 技術(shù)參數(shù)： 輸入方式：電磁調(diào)制隔離原理，接線式輸入 測量范圍：0120%標稱輸入 響應(yīng)頻率:直流：030k

35、hz 交流，最高定做 100khz 隔離電壓1.5kvdc ，1 分鐘 輸入阻抗：r=50mv / ix ( ix被測電流)； 共模抑制比：160db（50hz） 隔離電容:接線輸入產(chǎn)品輸入、輸出間隔離電容：20pf（在 1khz 條件下測量） ； 過載能力：10 倍標稱輸入值，持續(xù) 5 秒； 無故障工作時間：平均無故障工作時間3 萬小時； 額定環(huán)境溫度：0+50； 消耗功率：微功耗。 6.5 上位機及軟件部分上位機及軟件部分 工控機采用研華系統(tǒng) ipc610h 型號； plc 編程軟件采用西門子公司的 step7 v5.4 sp3； 觸摸屏組態(tài)軟件采用西門子公司的 wincc flexibl

36、e 上位機組態(tài)軟件采用 ifix4.5； 顯示器選用 22液晶屏。 6.5.1 組態(tài)軟件組態(tài)軟件 采用 ifix4.5 組態(tài)軟件。計算機監(jiān)控軟件采用工業(yè)組態(tài)軟件開發(fā)，軟件具備 opc 接口，可以方便接入綜合自動化平臺， plc 控制軟件采用專用軟件開發(fā)，對設(shè)備進 行邏輯控制。所有監(jiān)控程序在地面完成修改無需現(xiàn)場修改。 上位機組態(tài)軟件選用性能優(yōu)越的工業(yè)組態(tài)軟件，工作于 windows xp sp2 系統(tǒng)平 臺，實現(xiàn)圖形監(jiān)控、動態(tài)圖形顯示、歷史數(shù)據(jù)采集管理、狀態(tài)趨勢圖、自診斷、報 警等諸多功能；并提供多種數(shù)據(jù)接口（odbc、opc、dde）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與傳播。 6.5.2 編程軟件編程軟件 采用西

37、門子 step 7 編程軟件。plc 控制軟件采用專用軟件開發(fā)，對井下皮帶機 設(shè)備進行邏輯控制。 所有監(jiān)控程序在地面完成修改無需現(xiàn)場修改。 6.6 系統(tǒng)可靠性系統(tǒng)可靠性 上位機采用雙工控機熱備的形式。其中一臺作為主機，作為操作人員日常工作 中的控制器操作各流程設(shè)備。另一臺工控機作為從機，提供主工控機的后備控制。 當主工控機出現(xiàn)故障時可以將系統(tǒng)的控制操作無擾動的切換到從機，從而保證上位 機的可靠運行。 6.7 設(shè)備改造設(shè)備改造 若要實現(xiàn)興元煤礦井下中央泵房自動化系統(tǒng)的可靠運行，以滿足自動化控制需 對以下設(shè)備進行改造、更換，具體說明如下： 1、出水口閘閥和配水閘閥換成手/自動的電動閘閥。 2、注水

38、球閥和排氣球閥換成手/自動電動球閥。 6.7 plc 點位表點位表 序 號 控 制 與 檢 測 內(nèi) 容通訊 數(shù)字量 輸入 數(shù)字量 輸出 模擬量 輸入 模擬量 輸出 備 注 1simens_plc 與調(diào)度室通訊1 2電動機定子溫度檢測313 3電動機軸溫檢測313 4泵體溫度檢測313 5各水泵出水水壓檢測313 位置9346各水泵出水管路電 動閘閥啟停934 7總水管電動閘閥位置834 8總水管電動閘閥啟停424 位置82 選 19出水管路選擇 （控制電動閘閥）啟停4 10水倉1 11自控/手動3 12網(wǎng)控/就地3 13開停傳感器（運行返回）3電機 小計：1241712 7 控制模式控制模式

39、7.1 自動工作方式自動工作方式 系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)控制、就地自動控制、就地手動控制、啟動柜面板控制 4 種操作 方式。故每臺泵設(shè)置 2 個選擇開關(guān)進行方式選擇，第一個為手動和自動選擇，第二 個為網(wǎng)絡(luò)控制和就地自控選擇。當選擇為手動操作時，操作方式和流程與現(xiàn)有規(guī)程 相同；當選擇為自動操作時，其操作規(guī)程如下： 一、運行前狀態(tài)檢測 開泵前必須檢查待開水泵的高壓柜、低壓柜及電機綜保的供電是否正常。待開 水泵的各種顯示是否正常，水倉水位顯示不小于 2 米，且應(yīng)無故障顯示。 二、啟動： 系統(tǒng)根據(jù)水倉水位的情況啟動水泵，當水倉水位高于上限水位時，系統(tǒng)自動選 定排水管路、待開水泵，按照泵房水泵運行流程圖所設(shè)定的運

40、行程序，自動啟 動待開水泵。其主要步驟為： 1、監(jiān)測真空表，當滿足要求時可繼續(xù)操作。 2、啟動電機 3、打開所啟動水泵的出水口電動閘閥，并觀察電機、水泵運轉(zhuǎn)情況是否正常。 三、運行 (一) 水泵在運行期間，應(yīng)實時進行以下檢測觀測，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施： 1、電壓不得超過額定值的正負 5，電流不得超過額定值； 2、檢測壓力、真空和流量指示的變化情況； 3、檢測水倉水位的變化情況； 4、電機和水泵有無異狀； (二) 水泵在運行期間出現(xiàn)下列情況之一時，應(yīng)緊急停泵： 1、水泵不上水； 2、水泵或電機超溫； 四、停泵 正常停泵，當水倉水位低于下限水位時(約 2 米)，控制器將按照泵房水泵運 行流程圖所設(shè)

41、定的停泵程序自動停止運行水泵。 需要停泵時，按照下列順序操作： 1、關(guān)閉出水管路電動閘閥； 2、關(guān)閉水泵出水口電動閘閥，嚴禁閥門在開通位置停機； 3、待閥門關(guān)閉到位后，停電動機。 4、故障停泵。 當發(fā)生故障時，計算機將按照泵房水泵運行流程圖中所設(shè)定的停泵程序自 動停止運行水泵。 7.2 自動工作方式自動工作方式 plc 自動化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉 水位的高低、井下用電負荷的高、低峰和供電部 門所規(guī)定的平段、谷段、峰段供電電價時間段等因素，建立數(shù)學(xué)模型，合理調(diào)度水 泵，自動準確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制 3 臺水泵運行。 為了保證井下安全生產(chǎn)，系統(tǒng)可靠運行，水位信號是水泵自動化一個非常重要 的參數(shù)，

42、系統(tǒng)設(shè)置了水位傳感器，水位傳感器設(shè)于水倉的排水配水倉內(nèi)，plc 將接 受到的模擬量水位信號分成若干個水位段，計算出單位時間內(nèi)不同水位段水位的上 升速率，從而判斷礦井的涌水量，同時檢測井下供電電流值，計算用電負荷率，根 據(jù) 礦井涌水量和用電負荷，控制在用電低峰時開啟水泵，用電高峰時停止水泵運行， 以達到避峰填谷及節(jié)能的目的。 7.3 自動控制功能自動控制功能 根據(jù)工況設(shè)定，以及時間、水位、煤礦用電負荷等參數(shù)自動開啟、停止水泵 的運轉(zhuǎn)，并能實現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖啟動，對運行中的各種參數(shù)進行實時監(jiān)控，通過接 口向上傳送數(shù)據(jù)。 （1）地面計算機統(tǒng)計出每天礦井的用電負荷情況，確定用電高峰、低谷時間， 并將參數(shù)傳

43、給本機；或在本機上根據(jù)統(tǒng)計出的時間進行設(shè)定。 （2） 根據(jù)所監(jiān)測的水位信號，設(shè)定出低水位、高水位和上限水位信號。低水位 時停泵；高水位時水泵一臺運行、一臺備用、一臺檢修；上限水位時二臺泵運行， 另一臺備用或檢修。 （3）每臺水泵設(shè)置地面控制、井下控制、自動、手動和檢修五種工作方式，工 作方式可直接在本機上設(shè)定或由地面主機設(shè)定。當水位達到高位或不在高位而處 在用電低谷時間內(nèi)，將自動啟動運行泵，當達到低位或不在高位而處在用電高峰 時間內(nèi)時自動停泵。當水位達到上限水位時，自動啟動“運行泵”及“備用泵”，直 到水位低于高位時停止“備用泵”只運行“運行泵”， 當達到低位或不在高位而處 在用電高峰時間內(nèi)時

44、自動停泵。 （4）系統(tǒng)可自動或手動選擇以實現(xiàn)備用泵的循環(huán)啟動和停止。 （5）將本機工作方式轉(zhuǎn)為“地面控制”時，各水泵由地面主機控制。 （6）當運行的水泵出現(xiàn)軸承超溫、開關(guān)柜故障、流量不夠時自動停止運行，并 提示、報警。 7.4 手動控制功能手動控制功能 根據(jù)實際需要也可以從自動控制方式切換到手動控制方式。此方式下操作人 員在操作臺上人工手動控制。 7.5 單機自動控制單機自動控制 地面監(jiān)控主機將工作方式切轉(zhuǎn)到單機自動時，可在地面監(jiān)控主機上單獨控制 系統(tǒng)中的各設(shè)備。 7.6 就地手動控制就地手動控制 各設(shè)備工作方式打到就地位置時，可直接在就地控制箱上起停水泵及相應(yīng)的 電動閘閥。此方式主要用于設(shè)備

45、檢修時。 7.7 現(xiàn)場編程現(xiàn)場編程 用戶可在現(xiàn)場通過面板上的鍵盤對程序或參數(shù)進行修改。 7.8 組網(wǎng)功能組網(wǎng)功能 該控制器掛接在網(wǎng)絡(luò)交換機上，通過交換機可以與全礦綜合自動化系統(tǒng)連接。 7.9 水泵運行計量水泵運行計量/時間時間/運行統(tǒng)計運行統(tǒng)計 在地面控制站可分別對每臺水泵的運行電耗、工作時間等進行統(tǒng)計，便于管 理人員及時掌握每臺水泵的工況。 7.10 實時報警實時報警/報警記錄報警記錄 在現(xiàn)場 plc 控制器上可漢字顯示各故障信息并報警，在地面控制站上可顯 示現(xiàn)場單元當前的報警信息以及保存的報警記錄。 8 控制主站控制主站 8.1 plc 配置及功能特點配置及功能特點 本系統(tǒng)采用 sieme

46、ns 公司的 s7-300 系列可編程控制器。s7-300 是模塊化 中小型 plc 系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。 模塊化，無排風扇結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得 s7-300 成 為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟的解決方案。它具有如下 特點： simatic s7-300 的大量功能支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護 。 高速的指令處理 0.60.1ms 的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng) 用領(lǐng)域。 浮點數(shù)運算 用此功能可以有效地實現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運算 方便用戶的參數(shù)賦值 一個帶標準用戶接口的軟件工具給所有模塊進行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了

47、入 門和培訓(xùn)的費用。 人機界面 (hmi) 方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在 s7-300 操作系統(tǒng)內(nèi)。因此人機對話的 編程要求大大減少。simatic 人機界面(hmi)從 s7-300 中要求數(shù)據(jù)，s7- 300 按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。s7-300 操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù) 的傳送。 診斷功能 cpu 的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和 特殊系統(tǒng)事件 (例如：超時，模塊更換，等等)。 口令保護 多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許 的復(fù)制和修改。 操作方式選擇開關(guān) 操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操 作方式。

48、這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。 - simatic s7-300 具有多種不同的通訊接口： 多種通訊處理器用來連接 as-i 接口、profibus 和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng) 通訊處理器用來連接點到點的通訊系統(tǒng) 多點接口(mpi) 集成在 cpu 中，用于同時連接編程器、pc 機、人機界面 系統(tǒng)及其他 simatic s7/m7/c7 等自動化控制系統(tǒng)。 - 這是一個經(jīng)濟而有效的解決方案；方便用戶的 step7 的用戶界面提供了 通訊組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。 - cpu 支持下列通訊類型： 過程通訊 通過總線(as-i 或 profi- bus)對 i/o 模塊周期尋址(過程映象交

49、換) 數(shù)據(jù)通訊 在自動控制系統(tǒng)之間或人機界面(hmi)和幾個自動控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù) 通訊會周期地進行或被用戶程序或功能塊調(diào)用。 8.2 控制站特點控制站特點 （1）選用先進的控制器，系統(tǒng)的實時性好，可靠性高，數(shù)據(jù)處理速度快。 （2）可擴展性強，便于系統(tǒng)的擴展及管理網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。 （3）維護方便，運行費用低。系統(tǒng)擴展方便，可隨時增加節(jié)點。本系統(tǒng)可根據(jù) 生產(chǎn)需要隨時增加控制接點，控制器和網(wǎng)絡(luò)可靠性高，維護工作量小。 （4）總結(jié)各礦中央泵房集控系統(tǒng)的經(jīng)驗教訓(xùn)，特別采取了增加設(shè)備可靠性的措 施。系統(tǒng)投入運行時，plc 對軟起動裝置、高壓開關(guān)狀態(tài)進行掃描分析，運行過 程中對傳感器監(jiān)控，故障時報警。 （5）

50、根據(jù)水位控制原則，自動實現(xiàn)水泵的輪換工作，大大延長了水泵的壽命； （6）該監(jiān)控裝置可根據(jù)電網(wǎng)負荷信息，以“移峰填谷”原則確定開、停水泵時間， 從而提高了礦井的電網(wǎng)質(zhì)量；本監(jiān)控裝置采用超聲水位計連續(xù)檢測水倉水位，超 聲水位計輸出 420ma 信號送 plc，plc 經(jīng)運算判別，自動開停水泵。 （7）在正常水位時，各臺泵能自動輪換工作，在危險水位時，自動投入必要數(shù) 量的水泵運行，并自動控制相應(yīng)管路上的閥門。系統(tǒng)以水倉水位為主，結(jié)合分時 計費和“移峰填谷”原則，確定開停水泵時間，從而達到節(jié)能、節(jié)耗目的。 8.3 監(jiān)控系統(tǒng)具有的功能監(jiān)控系統(tǒng)具有的功能 系統(tǒng)由控制部分、檢測部分、執(zhí)行部分組成。由于系統(tǒng)控

51、制要求復(fù)雜，又考 慮到中央泵房和中央變電所硐室環(huán)境條件，控制部分和控制核心選用高性能可編 程序控器。檢測部分分為兩部分： 一是模擬量檢測部分。其主要由水倉水位傳 感變送器、流量傳感變送器、高壓柜綜保單元、壓力變送器、負壓變送器、溫度 傳感變送器等組成，此部分用于中央泵房主排水系統(tǒng)運行參數(shù)的檢測。二是開關(guān) 量檢測部分。將高壓啟動柜中的真空斷路器狀態(tài)、電動閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、 等開關(guān)量信號接入 plc，可檢測系統(tǒng)運行狀態(tài)。而執(zhí)行部分則由就地控制箱及所 控制的對象組成，可完成對水泵、電動閘閥、電磁閥、高壓柜等設(shè)備控制。 實時監(jiān)測水倉水位，當水位達到上限時能夠報警，自動開啟水泵；當水 位達到下限時

52、，發(fā)出聲光信號，自動停泵。 實施監(jiān)測水泵各工況參數(shù)，包括水位、流量、電壓、電流、壓力、功率、 溫度、真空度、閘閥開啟度等。 具有數(shù)據(jù)分析功能，對水泵的效率、電耗、工況點等進行分析，確保經(jīng) 濟運行。 當水泵出現(xiàn)故障時，能夠及時報警，并能夠自動開啟備用水泵，不能滿 中排水能力時，根據(jù)水量情況自動確定開啟水泵臺數(shù)。 具有自動控制、手動控制、檢修閉鎖功能。 實現(xiàn)遠程編程、現(xiàn)場編程、完善修改系統(tǒng)功能。 具備完善的系統(tǒng)保護功能。 可與電力監(jiān)測系統(tǒng)、煤礦安全生產(chǎn)檢測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠程檢測監(jiān)控。 系統(tǒng)應(yīng)具有以水倉水位為主，結(jié)合分時計費和“避峰填谷”原則，確定開 停水泵時間。 具有較強的兼容性和擴展性。 8.4

53、 主要監(jiān)控設(shè)備主要監(jiān)控設(shè)備 1、井下網(wǎng)絡(luò)控制裝置、井下網(wǎng)絡(luò)控制裝置 該裝置控制核心部分采用德國西門子公司生產(chǎn)的德國西門子公司生產(chǎn)的 s7-300 可編程控制器可編程控制器，其他主 要元件均采用進口元件，外型如圖4.6所示。通過控制裝置可以實現(xiàn)皮帶機的就 地自動控制和遠程自動控制兩種控制方式。 采用就地自動控制方式時，通過就地開停控制器的指令輸入，自動啟動或停止各 臺電機。采用遠程自動控制方式時，通過傳輸線路接收控制中心的控制指令，自 動啟動或停止各臺電機。 該裝置可同時完成多臺皮帶機控制、保護動作及相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。 2、kxj-0.5/660 礦用隔爆兼本安型光纖可編程控制箱礦用隔爆兼本安型光

54、纖可編程控制箱 kxj-0.5/660 礦用隔爆兼本安型光纖可編程控制箱可以接入各類傳感器并可由多 臺 kxj-0.5/660 設(shè)備組成控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機電設(shè)備集中控制，通過程序設(shè)計的方式， 對煤礦井下用大、中、小型機電設(shè)備進行遠程就地控制。 （1）電器參數(shù)）電器參數(shù) 額定電壓：ac660v;輸入視在功率：350va 通訊連接： 協(xié)議：tcp/ip 介質(zhì)：單模光纖 數(shù)量：2 路 波長：1310nm 速率：10/100m bit/s 接口：sc，發(fā)射功率：-10dbm 接收靈敏度：-30 dbm 距離：10km 輸出直流穩(wěn)壓電源（本安）： 數(shù)量：2 路（獨立） ，工作電壓24v 工作電流500ma

55、，最大短路電流： 40ma 輸入信號：32 路本安無源接點型開關(guān)量輸入信號 8 路本安模擬量，信號范圍 420ma 輸出信號：15 路非本安觸點輸出，觸點容量：ac220v/5a （2）主要功能和特點：）主要功能和特點： 1、可以采集或接入各種參數(shù)、保護信號（開關(guān)量和模擬量） ，并具有擴展性。 2、可以方便定義和修改所有被測模擬參數(shù)的報警值、保護動作值。 3、實現(xiàn)多路控制輸出，啟動或停止有關(guān)設(shè)施（有的輸出帶延時，且延時時間可調(diào)） 。 4、實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、參數(shù)、運行狀態(tài)的就地顯示，并可上傳地面中心站。 5、實現(xiàn)故障位置、原因、類型等的就地顯示，并可上傳地面中心站。 6、具有檢修時的安全閉鎖功能。

56、7、具有運行方式選擇及防止非規(guī)定操作人員隨意操作的保護措施。 8、與地面斷開后系統(tǒng)仍能正常運行在就地或自動方式下。 9、控制裝置可接收各類傳感器信號。 10、提供電流和溫度的時實監(jiān)測。 11、具有以太網(wǎng)接口功能。 8.5 控制主站工作環(huán)節(jié)控制主站工作環(huán)節(jié) 監(jiān)控裝置可概括為以下六個環(huán)節(jié)：自動注水環(huán)節(jié)、閘閥操縱環(huán)節(jié)、水位自動 監(jiān)控環(huán)節(jié)、參數(shù)傳示環(huán)節(jié)、故障保護環(huán)節(jié)和電動機的自動控制環(huán)節(jié)。 8.5.1 自動注水環(huán)節(jié)自動注水環(huán)節(jié) 水泵只有在其葉輪完全淹沒于水中的情況下，泵體內(nèi)部才能造成必要的真空 度實現(xiàn)正常排水。如果真空度不夠，泵內(nèi)有空氣存在，將會造成不上水和轉(zhuǎn)動部 件燒壞等故障。因此，啟動前的注水是水

57、泵工作的重要操作項目之一。本方案采 用射流抽真空。由高精度真空傳感器監(jiān)測真空度，電流、流量作為監(jiān)測真空度的 后備。 8.5.2 閘閥操縱環(huán)節(jié)閘閥操縱環(huán)節(jié) 為了減小啟動功率，水泵操作規(guī)程規(guī)定離心式水泵一定要關(guān)閉出水閘閥啟動， 而當水泵停車時，為了避免水錘事故，必須先關(guān)閉閘閥，緩慢減小流速，最后停 車。 當泵體內(nèi)充滿水后，以啟動和停止 1泵為例，其過程如下：啟動時，先啟 動 1電機，然后打開相應(yīng)電動閥（以“輪換工作”原理，根據(jù)上次所使用的管路， 此次換另一趟管路） ，停止時，先關(guān)電動閥，最后停 1電機。 8.5.3 水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié)水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié) 水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)水位的高低自動準確發(fā)

58、出開、停水泵命令。 水位傳感器的可靠性和準確性直接影響整個控制系統(tǒng)的工作可靠性。為此選用超 聲波液位傳感器，它具有高精度、非接觸式、非機械型、維護方便、安裝容易、 標定簡單等許多優(yōu)點。 當水位達到水位 2 時，若處于低計費時段，可以立即啟動，若處于高計費段， 則暫緩啟動。當水位繼續(xù)上升至水位 3 時，則不論電網(wǎng)如何，必須啟動水泵。若 水位繼續(xù)上升至水位 4 時，則表明一臺水泵的排水量已不足于排除礦井出水，必 須啟動第二臺水泵，兩臺水泵一齊排水，以礦井的最大排水能力來排除礦井出水。 不論投入幾臺泵，水位必須下降到水位 1 方可停泵。上述水位 1 至水位 4 均由超 聲液位計將模擬信號送入 plc

59、，由 plc 通過軟件標定。分時計費亦由 plc 通過 軟件標定。 8.5.4 參數(shù)傳示環(huán)節(jié)參數(shù)傳示環(huán)節(jié) 在主控柜的模擬屏上可模擬顯示水倉水位、水泵流量、水泵壓力及電動機、 電磁閥和電動閥的各種工作狀態(tài)。所有的檢測參數(shù)及工作狀態(tài)均可由井下 plc 通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給地面計算機，由計算機分析處理，在顯示器上模擬顯示，并 做出曲線、報表，以利于地面管理人員作出正確判斷，向井下可編程控制器發(fā)出 控制命令。 8.5.5 故障保護環(huán)節(jié)故障保護環(huán)節(jié) 水泵電機容量大，耗電量高，屬一級負荷。因此，對排水設(shè)備自動控制系統(tǒng) 的安全性、可靠性要求較高。本系統(tǒng)設(shè)有以下幾種保護： 流量保護：當水泵啟動后或正常運行中，如

60、流量達不到正常值，通過流量保 護裝置使本臺水泵停車，轉(zhuǎn)為啟動另一臺水泵。 電動機故障：plc 監(jiān)視水泵電機欠壓、過流、短路等故障，由高壓開關(guān)柜的 綜合保護器提供，并參與控制。 電動閘閥故障：由電動機綜保監(jiān)視閘閥電機的主要保護并參與控制。 8.5.6 電動機的自動控制環(huán)節(jié)電動機的自動控制環(huán)節(jié) 該環(huán)節(jié)是排水設(shè)備綜合自動化控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。它由 plc、中間繼電器、 接觸器等組成，以上環(huán)節(jié)最終都要與本環(huán)節(jié)配合，根據(jù)水位情況自動開停水泵。 為了防止因備用泵長期不用而使電機受潮或有其它故障而未被發(fā)現(xiàn)，當緊急 情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全，本環(huán)節(jié)按“輪換工作制”來控制，以 達到有故障早發(fā)現(xiàn)、早