1、井下水泵房自動化集控系統技術要求2011.9目 錄1工程概述- 2 -1.1 泵房現有設備統計- 2 -2設計原則及依據標準- 3 -2.1 設計原則- 3 -2.2 依據的標準- 3 -3系統組成- 4 -3.1 地面監控中心- 4 -3.2 泵房網絡通訊系統- 4 -3.3 泵房集控系統- 4 -4系統功能- 5 -4.1 數據采集與檢測- 5 -4.2 保護功能- 5 -4.3 控制功能- 5 -4.4 操作模式轉換- 6 -4.5 自動控制- 6 -4.6 節能降耗- 6 -4.7 動態顯示- 6 -4.8 系統拓展- 7 -4.9 監控軟件- 7 -4.10 抗電磁干擾- 8 -5工

2、作環節- 9 -5.1排真空環節- 9 -5.2閘閥操縱環節- 9 -5.3水位自動監控環節- 9 -5.4參數傳示環節- 9 -5.5故障保護環節- 10 -5.6電動機的自動控制環節- 10 -5.7流程自動控制環節- 10 -6主要硬件設備- 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系統配置參考表- 11 -8售后服務：- 12 -井下水泵房自動化集控系統技術要求1 工程概述井下水泵房自動化集控系統運用當前PLC系統控制技術、在線監測、智能管控技術，實現井下中央排水泵房的運行監測、智能控制、遠程監控、運行管理、業務管

3、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通訊基于工業以太網技術，以PLC為控制執行核心，對水泵的各項運行參數和電氣參數進行實時監測和分析，監測水泵的運行工況，對可能發生的故障進行預警，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，并提供各種技術性能資料、統計管理報表、運行趨勢曲線等管理功能，實現水泵的在線監測、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、經濟的運行狀態。系統采用就地及遠程控制相結合的控制方式控制，有自動、手動、半自動幾種操作模式，可實現無人值守。1.1

4、泵房設備統計1) 水泵：型號：排水壓力：4Mpa （40公斤）揚程：300M數量：3臺2) 電機： 電壓：10KW 功率：710KW數量：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： 水倉數量：1-2個2 設計原則及依據標準2.1 設計原則（1） 所有設備符合煤礦安全規程2009相關要求和礦生產實際需要。（2） 系統中電氣產品均采用工業級設計，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），適應煤礦惡劣環境下工作。（3）

5、系統功能完全達到礦方對監控管理系統的要求，系統運行可靠，人機界面友好，操作簡單易用，控制靈活、可靠。（4） 充分利用現有資源，在技術先進的基礎上，做到系統簡單，經濟實用。（5） 系統選用設備符合以下幾個原則： Ø 標準化：接入設備從設計、技術和設備的選擇，為確保不同PLC廠家設備、不同應用、不同協議連接，在最終接入工業以太網時支持國際標準的網絡接口和協議，以提供高度的開放性。Ø 高可靠性：接入設備本身不應對通訊網絡（PLC 總線、工業以太網絡）的可靠性產生影響。Ø 可升級和可擴展性：隨著技術不斷發展、新的標準和功能不斷增加，接入設備可以進行固件升級，已提供更先進、

6、更多的功能。Ø 高性能：接入設備應具備獨立的數據處理能力，能夠不依賴于現有PLC處理器的處理能力，同時接入設備不應對現有PLC系統的性能造成較大的影響，確保控制邏輯的正常處理，確保生產的安全。Ø 實時性：系統必須保證系統中的所有監控信息“可用”，不能出現延遲，造成系統失控。Ø 安全性：系統必須建立可靠的數據傳輸、備份、存儲等安全保障措施，同時應能防止外部非法用戶的入侵。Ø 兼容性。能提供通訊接口，方便實現與礦自動化通訊對接。2.2 依據的標準GB 3836.1-2000 爆炸性氣體環境用電氣設備 第1部分：通用要求GB 3836.2-2000 爆炸性氣體

7、環境用電氣設備 第2部分：隔爆型 “d”GB 3836.4-2000 爆炸性氣體環境用電氣設備 第4部分：本質安全型“i”GB 4208-1993 外殼防護等級（IP代碼）MT 209-1990 煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求MT 210-1990 煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品基本試驗方法MT 211-1990 煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品質量檢驗規則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礦井設計規范GB 50215-2005國際串行通訊標準 EIA RS-232-C國際現場總線標準 ISO DIS11898

8、工業計算機系統安裝環境條件 ZBN18-001遠動終端通用技術條件 GB/T13729-92地區電網數據采集與監控系統通用技術條件GB/T 13730-92煤礦安全規程20093 系統組成水泵房自動化控制系統包括地面監控中心和泵房水泵集中控制系統兩部分組成。3.1 地面監控中心地面監控中心配置兩臺監控主機，一主一備可在一臺故障時另一臺繼續工作。能夠實現上位機動態畫面監視。監控主機負責采集、存儲、查詢和統計分析泵房現場監控子系統運行數據、曲線、事件信息、操作記錄、故障報警，遠程監視設備運行情況，遠程操作控制排水設備的運行和試驗。3.2 泵房集控系統泵房集控系統負責泵房排水設備狀態參數顯示、供電設

9、備的運行狀態顯示、和水倉水位數據顯示及其他數據信息顯示。遠程控制水泵和閥門以及其他設備開停。自動程序操作控制，集中程序操作控制，運行狀態和數據顯示，泵房業務管理。充當OPC數據服務平臺，可通過網絡對外經行泵房運行狀態數據的發布。4 系統功能4.1 數據采集與檢測系統采集與檢測的數據如下：Ø 模擬量數據檢測：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 數字量數據檢測：電動閘閥的工作狀態與開關限位、電動球閥狀態工作狀態與開關限位、水泵/電機運行狀態、射流泵工作狀態、水泵開關分合閘狀態；Ø 準確顯示水倉水位，并在最高水位和最低水位應能報警

10、提示。Ø 溫度采集: 系統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報警，超過設定時限后自動停泵，具有流量保護功能。Ø 壓力異常保護：排水壓力、吸水真空度出現異常時實現報警，排水壓力、吸水真空度達不到設定值自動停泵，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，并參與水泵的聯鎖控制。Ø 水位超限報警：設置報警水位，水位超過最高報警水位或最低報警水位，系統報警。Ø 水位突變報警：水位增長速度超過正

11、常水位增長速度，系統報警。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下降速度，系統報警。4.3 控制功能水泵監控系統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：根據水位等參數，PLC按照設定參數，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：根據一臺水泵的啟停控制流程，程控水泵的啟動與停止，實現一鍵啟/停。Ø 手動控制：使用本安顯示控制箱上的切換開關和控制按鈕，啟停任何一臺設備或多臺設備Ø 遠程控制：在地面計算機監控畫面上，在有一定的授權權限條件下，根據水倉水位情況，通

12、過計算機鼠標來控制相應水泵的啟停。Ø 系統應具有遠程/就地閉鎖功能，防止意外操作。Ø 系統在正常運行過程中，不管工作在何種工作方式，均可實時將泵房現場的各種運行參數、設備狀態通過通訊網絡傳到地面監控計算機。Ø 系統程序能根據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 操作模式轉換系統分為遠程、本地操作狀態，自動、手動、半自動幾種操作模式，其優先級控制方案為：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，控制系統能自動轉入自動控制。4.5 自動控制地面控制中心能通過網絡遠程

13、監控各個水泵的運行情況及主要的運行參數及信號，同時可遠程控制泵的開停，設定和修改水泵的運行條件、工況參數和控制程序，可遠程實施集中控制和自動控制，并根據水位情況可實現開停排水系統。系統能根據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定的平段、谷段、峰段供電電價時間段等因素，建立數學模型，合理調度水泵，自動準確發出啟、停水泵的命令，控制水泵運行。4.6 動態顯示系統能夠將通過圖形動態顯示水泵、真空泵、電磁閥和電動閘閥的運行狀態，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。用實時趨勢圖方式和數字形式準確實時地顯示水倉

14、水位，并在啟停水泵的水位段發出預告信號和低段、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，通過水泵機組預埋的溫度探頭采集顯示水泵軸溫、電機溫度等動態值，超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數據，以提醒巡檢人員及時檢修。4.7 系統拓展系統應開放通訊協議，地面監控中心上的監控主機能夠通過接入全礦井安全生產自動化控制網，礦方技術主管人員在地面即可掌握井下主排水系統設備的所有檢測數據及工作狀態，又可根據自動化控制信息，實現井下主排水系統的四遙。4.8 監控軟件（1） 能夠在標準畫面和用戶組態畫面上設定、

15、匯集和顯示有關的運行信息，供運行人員對設備的運行工況進行監視和控制。（2） 能夠監視或控制本工藝點的生產過程畫面及生產實時數據。（3） 采用組態軟件、模塊化設計。（4） 具有漢化界面。（5） 在標準畫面和用戶組態畫面上設定、匯集和顯示有關的運行信息，供運行人員對設備的運行工況進行監視和控制。（6） 具有一鍵開停機和閉鎖功能。（7） 能夠監視或控制本工藝點的生產過程畫面及生產實時數據。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） 在控制人機界面設計上能滿足：Ø 人機界面應運用開放系統的圖形窗口技術。&#

16、216; 友好的操作人員界面。Ø 程序員可在線修改和編輯畫面。Ø 帶有詳細的聯機幫助功能。（10） 具有安全登錄和密碼保護功能：設計監控對應多個操作級別，對各個級別的操作都設置密碼，并能記錄操作人員工號、操作內容、時間等，防止非法操作，確保排水設備安全有序運行。（11） 組網功能：通過工業用上位機的接口接入全礦綜合自動化系統。4.9 抗電磁干擾系統能在電子噪聲、射頻干擾及振動都很大的現場環境中連續運行，且不降低系統的性能。系統設計應采用各種抗干擾技術，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，應不影響系統正常工作共模抑制比、合理的接

17、地和屏蔽。在距電子設備1.2 米以外發出的工作頻率。5 工作環節監控裝置可概括為以下六個環節：排真空環節、閘閥操縱環節、水位自動監控環節、參數傳示環節、故障保護環節和電動機的自動控制環節。5.1排真空環節水泵只有在其葉輪完全淹沒于水中的情況下，泵體內部才能造成必要的真空度實現正常排水。如果真空度不夠，泵內有空氣存在，將會造成不上水和轉動部件燒壞等故障。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測真空度，壓力、流量作為監測真空度的后備。5.2閘閥操縱環節1) 為了減小啟動功率，水泵操作規程規定離心式水泵一定要關閉出水閘閥啟動，而當水泵停車時，為

18、了避免水錘事故，必須先關閉閘閥，緩慢減小流速，最后停車。2) 當泵體內充滿水后，以啟動和停止1泵為例，其過程如下：啟動時，先啟動1電機，然后打開相應電動閥（以“輪換工作”原理，根據上次所使用的管路，此次換另一趟管路），停止時，先關電動閥，最后停1電機。5.3水位自動監控環節1) 水位自動監控環節的任務是根據水位的高低自動準確發出開、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，若處于高計費段，則暫緩啟動。當水位繼續

19、上升至水位3時，則不論電網如何，必須啟動水泵。若水位繼續上升至水位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。5.4參數傳示環節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。所有的檢測參數及工作狀態均可由井下PLC通過傳輸網絡傳送給地面計算機，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

20、員作出正確判斷，向井下可編程控制器發出控制命令。5.5故障保護環節水泵電機容量大，耗電量高，屬一級負荷。因此，對排水設備自動控制系統的安全性、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，轉為啟動另一臺水泵。5.6電動機的自動控制環節該環節是排水設備綜合自動化控制系統的中心環節。它由PLC、中間繼電器、接觸器等組成，以上環節最終都要與本環節配合，根據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現，當緊急情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全，本環節按“輪換工作制”來控制，以達到有故障早發現、早處理，以免影響礦井安全的目的。系統根據水泵的開啟次數自動按一定順序輪換開啟水泵。當某臺或其所屬閥