井下水泵房自動化集控系統(tǒng)技術(shù)要求

1、.井下水泵房自動化集控系統(tǒng)技術(shù)要求 井下水泵房自動化集控系統(tǒng)技術(shù)要求2011.9目 錄1工程概述- 2 -1.1 泵房現(xiàn)有設(shè)備統(tǒng)計- 2 -2設(shè)計原則及依據(jù)標準- 3 -2.1 設(shè)計原則- 3 -2.2 依據(jù)的標準- 3 -3系統(tǒng)組成- 4 -3.1 地面監(jiān)控中心- 4 -3.2 泵房網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)- 4 -3.3 泵房集控系統(tǒng)- 4 -4系統(tǒng)功能- 5 -4.1 數(shù)據(jù)采集與檢測- 5 -4.2 保護功能- 5 -4.3 控制功能- 5 -4.4 操作模式轉(zhuǎn)換- 6 -4.5 自動控制- 6 -4.6 節(jié)能降耗- 6 -4.7 動態(tài)顯示- 6 -4.8 系統(tǒng)拓展- 7 -4.9 監(jiān)控軟件- 7

2、-4.10 抗電磁干擾- 8 -5工作環(huán)節(jié)- 9 -5.1排真空環(huán)節(jié)- 9 -5.2閘閥操縱環(huán)節(jié)- 9 -5.3水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié)- 9 -5.4參數(shù)傳示環(huán)節(jié)- 9 -5.5故障保護環(huán)節(jié)- 10 -5.6電動機的自動控制環(huán)節(jié)- 10 -5.7流程自動控制環(huán)節(jié)- 10 -6主要硬件設(shè)備- 10 -6.1隔爆兼本安型PLC控制箱- 10 -6.3正負壓傳感器- 10 -6.4投入式液位計- 10 -7系統(tǒng)配置參考表- 11 -8售后服務(wù)：- 12 -井下水泵房自動化集控系統(tǒng)技術(shù)要求1 工程概述井下水泵房自動化集控系統(tǒng)運用當前PLC系統(tǒng)控制技術(shù)、在線監(jiān)測、智能管控技術(shù)，實現(xiàn)井下中央排水泵房的運行監(jiān)測、

3、智能控制、遠程監(jiān)控、運行管理、業(yè)務(wù)管理等功能，達到泵房安全高效運行和無人值守的目的。井下水泵房自動化集控系統(tǒng)通訊基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，以PLC為控制執(zhí)行核心，對水泵的各項運行參數(shù)和電氣參數(shù)進行實時監(jiān)測和分析，監(jiān)測水泵的運行工況，對可能發(fā)生的故障進行預警，控制水泵按預定控制程序自動完成水泵的定時啟動、停車、試驗或自動切換運行、避峰填谷等操作程序，具有就地、遠程和自動控制方式，并提供各種技術(shù)性能資料、統(tǒng)計管理報表、運行趨勢曲線等管理功能，實現(xiàn)水泵的在線監(jiān)測、故障預警、自動化操作控制和運行管理，使水泵始終處于安全、高效、經(jīng)濟的運行狀態(tài)。系統(tǒng)采用就地及遠程控制相結(jié)合的控制方式控制，有自動、手動、半自動幾

4、種操作模式，可實現(xiàn)無人值守。1.1 泵房設(shè)備統(tǒng)計1) 水泵：型號：排水壓力：4Mpa （40公斤）揚程：300M數(shù)量：3臺2) 電機： 電壓：10KW 功率：710KW數(shù)量：3臺啟動方式：軟起3) 閥門：閘閥：6只4) 排水管路：2趟管路，管徑：5) 抽真空方式：射流抽真空方式。6) 水倉：容積： 水倉數(shù)量：1-2個2 設(shè)計原則及依據(jù)標準2.1 設(shè)計原則（1） 所有設(shè)備符合煤礦安全規(guī)程2009相關(guān)要求和礦生產(chǎn)實際需要。（2） 系統(tǒng)中電氣產(chǎn)品均采用工業(yè)級設(shè)計，并通過電磁兼容試驗（靜電放電抗干擾4級、射頻電磁場輻射抗干擾度3級、電快速瞬變脈沖群抗擾度4級、浪涌沖擊抗擾3級、工頻磁場抗擾度5級等試驗

5、），適應(yīng)煤礦惡劣環(huán)境下工作。（3） 系統(tǒng)功能完全達到礦方對監(jiān)控管理系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)運行可靠，人機界面友好，操作簡單易用，控制靈活、可靠。（4） 充分利用現(xiàn)有資源，在技術(shù)先進的基礎(chǔ)上，做到系統(tǒng)簡單，經(jīng)濟實用。（5） 系統(tǒng)選用設(shè)備符合以下幾個原則： Ø 標準化：接入設(shè)備從設(shè)計、技術(shù)和設(shè)備的選擇，為確保不同PLC廠家設(shè)備、不同應(yīng)用、不同協(xié)議連接，在最終接入工業(yè)以太網(wǎng)時支持國際標準的網(wǎng)絡(luò)接口和協(xié)議，以提供高度的開放性。Ø 高可靠性：接入設(shè)備本身不應(yīng)對通訊網(wǎng)絡(luò)（PLC 總線、工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)）的可靠性產(chǎn)生影響。Ø 可升級和可擴展性：隨著技術(shù)不斷發(fā)展、新的標準和功能不斷增加，接入

6、設(shè)備可以進行固件升級，已提供更先進、更多的功能。Ø 高性能：接入設(shè)備應(yīng)具備獨立的數(shù)據(jù)處理能力，能夠不依賴于現(xiàn)有PLC處理器的處理能力，同時接入設(shè)備不應(yīng)對現(xiàn)有PLC系統(tǒng)的性能造成較大的影響，確?？刂七壿嫷恼Ｌ幚恚_保生產(chǎn)的安全。Ø 實時性：系統(tǒng)必須保證系統(tǒng)中的所有監(jiān)控信息“可用”，不能出現(xiàn)延遲，造成系統(tǒng)失控。Ø 安全性：系統(tǒng)必須建立可靠的數(shù)據(jù)傳輸、備份、存儲等安全保障措施，同時應(yīng)能防止外部非法用戶的入侵。Ø 兼容性。能提供通訊接口，方便實現(xiàn)與礦自動化通訊對接。2.2 依據(jù)的標準GB 3836.1-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第1部分：通用要求GB

7、 3836.2-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第2部分：隔爆型 “d”GB 3836.4-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第4部分：本質(zhì)安全型“i”GB 4208-1993 外殼防護等級（IP代碼）MT 209-1990 煤礦通信、檢測、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術(shù)要求MT 210-1990 煤礦通信、檢測、控制用電工電子產(chǎn)品基本試驗方法MT 211-1990 煤礦通信、檢測、控制用電工電子產(chǎn)品質(zhì)量檢驗規(guī)則MT/T 899-2000 煤礦用信息傳輸裝置MT/T1007-2006礦用信息傳輸接口煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范GB 50215-2005國際串行通訊標準 EIA RS-232-C國際現(xiàn)

8、場總線標準 ISO DIS11898工業(yè)計算機系統(tǒng)安裝環(huán)境條件 ZBN18-001遠動終端通用技術(shù)條件 GB/T13729-92地區(qū)電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件GB/T 13730-92煤礦安全規(guī)程20093 系統(tǒng)組成水泵房自動化控制系統(tǒng)包括地面監(jiān)控中心和泵房水泵集中控制系統(tǒng)兩部分組成。3.1 地面監(jiān)控中心地面監(jiān)控中心配置兩臺監(jiān)控主機，一主一備可在一臺故障時另一臺繼續(xù)工作。能夠?qū)崿F(xiàn)上位機動態(tài)畫面監(jiān)視。監(jiān)控主機負責采集、存儲、查詢和統(tǒng)計分析泵房現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)、曲線、事件信息、操作記錄、故障報警，遠程監(jiān)視設(shè)備運行情況，遠程操作控制排水設(shè)備的運行和試驗。3.2 泵房集控系統(tǒng)泵房集控系統(tǒng)

9、負責泵房排水設(shè)備狀態(tài)參數(shù)顯示、供電設(shè)備的運行狀態(tài)顯示、和水倉水位數(shù)據(jù)顯示及其他數(shù)據(jù)信息顯示。遠程控制水泵和閥門以及其他設(shè)備開停。自動程序操作控制，集中程序操作控制，運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示，泵房業(yè)務(wù)管理。充當OPC數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，可通過網(wǎng)絡(luò)對外經(jīng)行泵房運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)布。4 系統(tǒng)功能4.1 數(shù)據(jù)采集與檢測系統(tǒng)采集與檢測的數(shù)據(jù)如下：Ø 模擬量數(shù)據(jù)檢測：水泵電機電壓、電流、吸水口真空度、水倉水位、主排水管流量、主排水管壓力；Ø 數(shù)字量數(shù)據(jù)檢測：電動閘閥的工作狀態(tài)與開關(guān)限位、電動球閥狀態(tài)工作狀態(tài)與開關(guān)限位、水泵/電機運行狀態(tài)、射流泵工作狀態(tài)、水泵開關(guān)分合閘狀態(tài)；Ø 準確顯示水倉

10、水位，并在最高水位和最低水位應(yīng)能報警提示。Ø 溫度采集: 系統(tǒng)具備接入溫度傳感器，采集電機預埋的溫度傳感器的信號，標準為PT100熱電阻探頭。4.2 保護功能Ø 流量保護：當水泵啟動后或正常運行時，如流量達不到正常值實現(xiàn)報警，超過設(shè)定時限后自動停泵，具有流量保護功能。Ø 壓力異常保護：排水壓力、吸水真空度出現(xiàn)異常時實現(xiàn)報警，排水壓力、吸水真空度達不到設(shè)定值自動停泵，具有壓力異常保護功能。Ø 電動閘閥故障：由閘閥的限位、開度指示檢測故障，并參與水泵的聯(lián)鎖控制。Ø 水位超限報警：設(shè)置報警水位，水位超過最高報警水位或最低報警水位，系統(tǒng)報警。Ø

11、; 水位突變報警：水位增長速度超過正常水位增長速度，系統(tǒng)報警。Ø 排水量異常報警：泵房排水流量與礦井涌水量差值小于水位應(yīng)下降速度，系統(tǒng)報警。4.3 控制功能水泵監(jiān)控系統(tǒng)可以選擇的控制模式有：自動控制、程控控制、手動控制、遠程控制。Ø 自動控制：根據(jù)水位等參數(shù)，PLC按照設(shè)定參數(shù)，自動選擇運行水泵，并按照控制流程，完成單臺或多臺水泵的開停。Ø 程控控制：根據(jù)一臺水泵的啟?？刂屏鞒?，程控水泵的啟動與停止，實現(xiàn)一鍵啟/停。Ø 手動控制：使用本安顯示控制箱上的切換開關(guān)和控制按鈕，啟停任何一臺設(shè)備或多臺設(shè)備Ø 遠程控制：在地面計算機監(jiān)控畫面上，在有一定的

12、授權(quán)權(quán)限條件下，根據(jù)水倉水位情況，通過計算機鼠標來控制相應(yīng)水泵的啟停。Ø 系統(tǒng)應(yīng)具有遠程/就地閉鎖功能，防止意外操作。Ø 系統(tǒng)在正常運行過程中，不管工作在何種工作方式，均可實時將泵房現(xiàn)場的各種運行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳到地面監(jiān)控計算機。Ø 系統(tǒng)程序能根據(jù)水泵累計運行時間及輪換次序自動控制水泵自動輪換工作4.4 操作模式轉(zhuǎn)換系統(tǒng)分為遠程、本地操作狀態(tài)，自動、手動、半自動幾種操作模式，其優(yōu)先級控制方案為：手動進程控制電動遠程控制自動檢測控制，手動控制時能自動切斷遠程控制和自動控制；遠程控制時能自動切斷自動控制；在遠程控制失靈時，控制系統(tǒng)能自動轉(zhuǎn)入自動控制。4.5

13、 自動控制地面控制中心能通過網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控各個水泵的運行情況及主要的運行參數(shù)及信號，同時可遠程控制泵的開停，設(shè)定和修改水泵的運行條件、工況參數(shù)和控制程序，可遠程實施集中控制和自動控制，并根據(jù)水位情況可實現(xiàn)開停排水系統(tǒng)。系統(tǒng)能根據(jù)水倉水位的高低或井下用電負荷的高、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，控制水泵運行。4.6 動態(tài)顯示系統(tǒng)能夠?qū)⑼ㄟ^圖形動態(tài)顯示水泵、真空泵、電磁閥和電動閘閥的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警，直觀地顯示電磁閥和電動閘閥的開閉位置，實時顯示水泵抽真空情況和出水口壓力值。用實時趨

14、勢圖方式和數(shù)字形式準確實時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預告信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警，語音報警醒操作人員注意。 采用圖形、趨勢圖和數(shù)字形式直觀地顯示排水管路的壓力和瞬時流量，水泵電機的電參數(shù)，通過水泵機組預埋的溫度探頭采集顯示水泵軸溫、電機溫度等動態(tài)值，超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)據(jù)，以提醒巡檢人員及時檢修。4.7 系統(tǒng)拓展系統(tǒng)應(yīng)開放通訊協(xié)議，地面監(jiān)控中心上的監(jiān)控主機能夠通過接入全礦井安全生產(chǎn)自動化控制網(wǎng)，礦方技術(shù)主管人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動化控制信息，實現(xiàn)井下主排水系統(tǒng)的四遙。4.8 監(jiān)控軟件（1）

15、能夠在標準畫面和用戶組態(tài)畫面上設(shè)定、匯集和顯示有關(guān)的運行信息，供運行人員對設(shè)備的運行工況進行監(jiān)視和控制。（2） 能夠監(jiān)視或控制本工藝點的生產(chǎn)過程畫面及生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)。（3） 采用組態(tài)軟件、模塊化設(shè)計。（4） 具有漢化界面。（5） 在標準畫面和用戶組態(tài)畫面上設(shè)定、匯集和顯示有關(guān)的運行信息，供運行人員對設(shè)備的運行工況進行監(jiān)視和控制。（6） 具有一鍵開停機和閉鎖功能。（7） 能夠監(jiān)視或控制本工藝點的生產(chǎn)過程畫面及生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)。并配以適時和實際相符的動畫。（8） 具有報警處理功能,在任何時間和任何顯示工作站均應(yīng)能在畫面頂部或底部顯示出總的報警信息。（9） 在控制人機界面設(shè)計上能滿足：Ø 人機界

16、面應(yīng)運用開放系統(tǒng)的圖形窗口技術(shù)。Ø 友好的操作人員界面。Ø 程序員可在線修改和編輯畫面。Ø 帶有詳細的聯(lián)機幫助功能。（10） 具有安全登錄和密碼保護功能：設(shè)計監(jiān)控對應(yīng)多個操作級別，對各個級別的操作都設(shè)置密碼，并能記錄操作人員工號、操作內(nèi)容、時間等，防止非法操作，確保排水設(shè)備安全有序運行。（11） 組網(wǎng)功能：通過工業(yè)用上位機的接口接入全礦綜合自動化系統(tǒng)。4.9 抗電磁干擾系統(tǒng)能在電子噪聲、射頻干擾及振動都很大的現(xiàn)場環(huán)境中連續(xù)運行，且不降低系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)采用各種抗干擾技術(shù)，包括光電隔離、高達200MHz-900MHz、功率輸出達5W 的電磁干擾和射頻干擾，應(yīng)不

17、影響系統(tǒng)正常工作共模抑制比、合理的接地和屏蔽。在距電子設(shè)備1.2 米以外發(fā)出的工作頻率。5 工作環(huán)節(jié)監(jiān)控裝置可概括為以下六個環(huán)節(jié)：排真空環(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)。5.1排真空環(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，啟動前的排真空是水泵工作的重要操作項目之一。本方案采用射流閥抽真空。由高精度真空傳感器監(jiān)測真空度，壓力、流量作為監(jiān)測真空度的后備。5.2閘閥操縱環(huán)節(jié)1) 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

18、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。2) 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。5.3水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié)1) 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。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。2）當水位達到水位2時，若處于低計費時段，可以立即啟動，若

19、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，由PLC通過軟件標定。分時計費亦由PLC通過軟件標定。5.4參數(shù)傳示環(huán)節(jié)在操作臺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

20、，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。5.5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。流量保護當水泵啟動后或正常運行中，如流量達不到正常值，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。5.6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)、早處理，以免影響礦井安全的目的。系統(tǒng)根據(jù)水泵的開啟次數(shù)自動按一定順序輪換開啟水泵。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。5.7流程自動控制環(huán)節(jié)自動控制過程：水倉水位達到最高報警提示開啟抽真空噴射器使水進入泵體并使截止閥以下泵體充滿水關(guān)閉水泵與噴射器間閘閥啟動排水泵并使水泵運行平穩(wěn)開啟電動閘閥后井上排水水位降到最低位報警關(guān)閉電動閘閥隨后關(guān)閉水泵。以上過程循環(huán)往復。6