-.z.***煤礦泵房自動化排水系統設計方案常州蘭陵閥門控制聯序言平安、優質、節能、高產、減少崗位人員、提高勞動效率最終到達降低本錢，增強企業市場競爭能力，企業要生存、要開展，必須走平安、高效、高產實現礦井自動化之路，通過提高自動化控制水平，實現健全、全礦井的自動化、信息化網絡化建立，提高管理管理水平，做到平安生產，減員增效，提高生產率。而井下自動化排水系統是井下自動化系統的重要組成局部。全礦井中央水泵控制系統主要由兩局部組成：井上監視、控制局部和井下中央水泵房排水控制局部。1、井上監視、控制局部采用上位機控制，用于實現全礦井水泵控制系統的地面監控與井下的數據傳輸、并配有功能強大的軟件操作系統，用于實現全礦井的排水控制與監控，通過礦井網絡系統將信息傳送到全礦井綜合自動化平臺，全礦井綜合自動化平臺對有關信息進展分析后在WEB網頁上發布，實現信息的共享。該系統軟件功能強大，界面直觀，操作簡便，功能齊全，形象逼真的動態畫面和全中文顯示，還具有實時報警監視、數據采集、處理、顯示及打印功能，平安確認機制和歷史數據記錄功能。在工控機通過局域網與工控機連接的計算機都可瀏覽各水泵的運行狀態及其信息。計算機和系統軟件留有足夠的冗余和以太網、OPC接口，可以方便地進展擴展，為實現全礦井綜合自動化奠定根底。各監控系統實時采集生產工況參數，可以采用圖形、報表的形式顯示系統的實時工況。該系統優化了生產方案，在效勞器中建立了綜合歷史數據庫，定時將水泵控制站的運行時間、水倉水位、流量等數據存入數據庫中，便于統一管理，更好的利用峰谷電差價降低生產本錢，設定不同的使用權限，各司其職。2、中央水泵房控制局部中央水泵房控制局部由PLC可編程控制箱、水泵綜合控制箱和各種傳感器組成，具有以下功能。自動啟泵過程：綜合控制箱與PLC結合可實現水位自動監控，系統可根據水位的上下準確地發出開、停泵指令。當水位到達高位時，立即起動；當水位繼續上升至高位極限水位時，系統根據診斷結果，起動備用水泵，以最大的排水能力來排除礦井涌水。不管起動幾臺水泵，當水位按要求逐漸下降過程中，系統會逐漸減少運行水泵的數量。當以太網或PLC編程箱發生故障時，水泵綜合控制箱也能獨立自動控制單臺水泵運行。3、根本控制功能系統功能應有數據自動采集、泵閥自動控制、系統自動控制、動態顯示及故障記錄報警幾個局部組成。3.1數據自動采集和檢測數據自動采集和檢測應分為兩類：模擬量數據和數字量數據，通過PLC的模擬量、數字量模塊進展讀取，保證數據的準確性及響應時間。刷新周期不大于1S。模擬量檢測的數據主要有：電機工作電壓、電機工作電流、水倉水位、出水管流量、水泵溫度、每臺泵出口壓力和水泵吸水管真空度。數字量檢測的數據主要有：水泵的工作狀態〔工作、備用或者檢修狀態〕、水泵的起、停狀態、電動閘閥的工作狀態和啟閉位置、射流泵總成專用閥的工作狀態和液位開關的狀態。數據自動采集系統將水位變化信號進展轉換處理、實時檢測、從而判斷礦井的涌水量，根據不同的水位狀態來控制排水泵的啟停。電機溫度、流量計等傳感器與變送器，主要用于檢測水泵、電機的運行狀況，超限、報警，以防止水泵和電機的損壞。PLC的數字量輸入模塊將各種開關量信號采集到PLC中作為數據處理的條件和依據，控制水泵的啟停。3.2泵閥控制整個系統要求到達設計的預期目的，閥門的控制是關鍵，系統的主控部件采用電動閘閥和射流泵總成。所有閥門可以通過PLC控制箱、水泵綜合自動控制箱進展開關控制。水泵系統采用射流泵抽真空上水方式起動，啟泵時將自動翻開射流泵入水管路閥門，同時翻開射流泵真空管路閥門，使泵體內造成必要的真空度，系統接收到負壓傳感器的信號后，同時關閉射流泵真空管路及射流泵入水管路閥門，閥門關閉后將自動起動水泵電機，當水泵出水口到達設定的壓力值，系統接收到正壓傳感器的信號后翻開出水管路電動閘閥進展排水。假設電動閘閥翻開后一定時間內水泵壓力未到達設定值，系統應會自動停頓水泵運行并關閉電動閘閥同時報警。當水倉水位到達低位時將先自動關閉排水管路電動閘閥，電動閘閥關閉到到位后，停頓水泵電機。3.3自動控制在水泵綜合自動控制箱處于遠程自動控制狀態時通過自動檢測水倉水位及相關參數，依據水位的動態情況啟停水泵，依據涌水量和排水量增減水泵的數量。合理調度、水泵輪換工作、遠程監控、故障報警、水情預警，可實現節能降耗、減人提效的目的。在自動運行狀態下，依據水泵使用臺數和水位變化情況可判斷礦井涌水情況，根據涌水量和容水量的相對關系，自動啟、停水泵以及自動判斷啟、停臺數；系統能依據涌水量和容水量避峰填谷、節能運行；系統能根據輪換工作原則，自動實現水泵的輪換運行，防止單臺水泵長期運行導致故障。3.4動態顯示與畫面監控系統通過圖形動態顯示水泵、電機、電動閘閥、射流泵總成的運行狀態，采用改變圖形顏色或閃爍功能進展事故報警。直觀顯示電動閥的開閉位置，實時顯示水泵抽真空狀況和壓力值。用趨勢圖或數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出預告信號和地段、超低段、高端、超高段水位分段報警。采用趨勢圖或數字形式直觀的顯示各趟管路壓力、水泵軸溫、電機溫度等進展動態顯示。超限報警并自動記錄故障類型、時間等歷史數據，并建立報警顯示頁面，提醒工作人員及時檢測、防止水泵和電機的損壞。上位計算機監控系統還可通過操作員發送指令控制系統的運行，輸入運行數據，修改控制參數，實現操作人員的控制指令，依據權限位置不同，對響應權限的設備進展控制。操作人員能夠對排水設備進展實時檢測、監視和必要的控制。PLC系統應預留有RS485通信模塊，便于和智能供電設備或現場級其它智能設備建立連接，到達數據讀取功能。系統以太網通訊接口與地面上位機之間實現通訊。整個網絡采用工業自動化領域開放式的以太網標準技術。設備可從現場級一直連接到管理級。實現系統范圍內的通訊，并支持工廠范圍內的工程與組態，直到現場級均支持IT標準。提高產品的易用性及系統的可維護性。采用實時以太網，通道數據響應小于150毫秒。控制系統要求具有地面遠程自動、地面遠程手動、井下自動、井下手動等幾種工作方式。遠程自動：自動控制下，控制室控制所有設備，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聯鎖程序順序控制水泵及閘閥的開啟。根據吸水井的水位及其他因素，合理調度自動開停水泵及其閥門，在正常水位時，各臺水泵根據設定輪換工作，最大涌水及突出涌水時，自動投入必要數量的水泵運行。當水泵出現故障時，能夠及時報警，并能夠自動開啟備用水泵。根據水泵使用臺數和水位變化的情況可判斷礦井涌水情況，從而確定水泵增加臺數。遠程手動：操作工人根據水倉顯示水位，人工手動開停水泵及確定開泵臺數，電機及其閥門的開、停由PLC自動執行，即PLC完成單臺水泵抽真空、啟泵、開電動閥等自動控制，并完成運行停頓。井下自動：操作工人根據水倉顯示水位，通過水泵綜合自動控制箱對單臺水泵進展自動起動。井下手動：操作工人根據水倉顯示水位，通過水泵綜合自動控制箱對單臺水泵進展手動起動。每臺水泵設置有"工作〞、"備用〞和"檢修〞三種工作方式。工作方式：指當前水泵在本次水泵操作中，優先被開啟。備用方式：指當前水泵在本次水泵操作中，處于備用狀態，當已開啟水泵不能滿足排水需要時，被開啟投入工作。檢修方式：指當前水泵在本次水泵操作中，不被利用，而是對該水泵進展檢修。1〕電動機故障保護由電網系統提供井下水泵高壓開關的參數，利用上位機和PLC實時監測電壓、電流、漏電、超負荷等電氣故障，并進展控制。〔此功能依據現場的設備配置而定〕2〕水泵啟動保護水泵在啟動時候，先啟動射流泵或者是真空泵，監測真空管路的壓力，當壓力到達設定值時，啟動水泵電機，同時關閉真空管路閥門，水泵電動閥門翻開后，監測排水管內的壓力，當在一定時間內，壓力沒有到達設定值時，系統就會自動停頓水泵的運行并發出故障報警信號。3〕超溫保護水泵在長期運行中，當軸承溫度或者定子溫度超過設定值時，系統就會發出故障報警信號并根據情況停機。4〕電動閘閥保護當控制閥門開關后，電動閥門會反應一個狀態信號給PLC,當兩者信號不一致時，系統就會發出告警并在上位機上顯示報警信息。方案采用的標準電氣設備的設計和制造符合以下標準1、IEC標準〔國際電工委員會〕2、ISO標準〔國際標準化組織〕3、GB3836.1-2000爆炸性氣體環境用電氣設備第1局部：通用要求4、GB3836.2-2000爆炸性氣體環境用電氣設備第1局部：隔爆型"d〞5、GB3836.4-2000爆炸性氣體環境用電氣設備第1局部：本質平安型"ｉ〞6、GB4942.2低壓電器外殼防護等級7、MT209煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求8、"煤礦平安規程"〔2007版〕泵房現場情況一號泵房水泵房3臺水泵，水泵出水口徑300mm，PLC預留5臺允余量；主排水管道2路，口徑350mm，壓力64公斤二號泵房水泵房4臺水泵，水泵出水口徑200mm主排水管道3路，口徑250mm，壓力64公斤四、各種產品功能介紹1、PLC隔爆兼本質平安型可編程控制箱隔爆兼本質平安型可編程控制箱作為水泵自動控制系統的核心，主要負責采集關聯設備的運行信息、設備狀態，通過工業以太網與上位機通訊、交換信息，同時對各設備進展集中監控。用于煤礦井下有瓦斯及煤塵爆炸危險的場所，作為各種設備的自動監測、保護控制裝置。圖PLC可編程控制箱圖礦用隔爆型水泵綜合自動控制箱2、礦用隔爆型水泵綜合自動控制箱1〕、水泵綜合控制箱可根據正、負壓傳感器信號控制單臺水泵配套的所有電動閥門、射流泵總成及水泵電機的啟停，可安裝在水泵房內。2〕、水泵綜合自動控制箱在操作上分為就地/遠方，現場手動/現場自動三種選擇控制，如發生以太網或PLC編程箱故障時，綜合自動控制箱也能獨立自動控制單臺水泵。A、遠方自動控制：接收PLC控制位號，實現對全排水系統的自動編程控制和信息傳輸。B、現場手動控制：在現場手動控制狀態下可以完成對所有的受控單元的手動控制。C、現場自動控制：在現場自動控制狀態下通過現場啟停按鈕來實現對單臺水泵的聯動啟停控制。3〕具有短路保護、過載保護、欠壓保護、過力矩保護、短相保護及相序鑒別自動糾正等多種保護功能。4〕射流泵水源選擇，出水管路選擇，一臺綜控箱最多能選擇5路出水管。用戶只需將正壓傳感器、負壓傳感器的模擬量電流信號引入綜控箱，不需要做其它處理。5〕綜控箱設置了各種運行監視指示，如電源指示、水泵運行、開閥指示、關閥指示、過力矩指示及系統出現的所有故障指示等，同時向外輸出故障信號。6〕輸入/輸出信號均經繼電器隔離，抗干擾能力強；開關閥控制通過了控制模塊的電子互鎖和接觸器的機械互鎖，到達控制箱的可靠性。3、MZ礦用隔爆型電動閥MZ系列電動閥門與水泵綜合自動控制箱配套使用，可以拓寬閥門在自動化控制中的應用范圍，實現閥門在自動化控制中根據控制需要準確定位閥門的開度，可靠的開啟與關閉閥門。圖MZ電動閥圖礦用LFSS綜合連接器LFSS超短型綜合連接器專為礦井水泵自動化而設計，主要有以下兩大功能：1〕井下水泵房地方小，水泵安裝位置緊湊，全部連接為硬連接，維護保養不方便，將水泵與主出水閥的連接收改為LFSS綜合連接器后，僅需通過法蘭的調節螺栓即可在0－30mm范圍內調整管道間隙，并能吸收管道的變形，無安裝方向要求，平安可靠、調節螺栓可以有效地吸收管內介質壓力產生的軸向壓力以及水泵的振動波。2〕井下水泵上都配有抽真空用的連接口，但由于地面以及水泵自身等因素，水泵開啟前抽真空成功率約為80%，在LFSS綜合連接器上加裝了抽真空連接口后，通過適當調整綜合連接器高度，水泵抽真空成功率為100%。K*BC系列隔爆型控制箱是為控制礦用ZB系列閥門電動裝置而設計的產品，改產品在電氣性能設計上具有與DCS系統接口的銜接，使控制箱在自動化系統中應用更為廣泛、可靠。在此根底上控制箱具有短路保護、過載保護、欠壓保護、過力矩保護、斷相保護及相序識別自動糾正、機械及電氣連鎖等功能，并設置了行程控制、遠方/就地控制的切換功能，使其實用功能更趨完善。P*WII系列礦用配水閥具有構造簡單、密封性能好、清污方便、操作靈活、省力等特點，主要應用于井下水泵房吸水井的配水。圖礦用配水閥7、礦用隔爆兼本安型操作臺1〕功能觸點開關量的，接點容量〔2-5A〕，所有的開關量觸點全部采用光電隔離，隔離電壓：AC1500V，操作臺上的按鈕及觸動開關輸出全部為無源干接點。2〕顯示局部采用隔爆裝置，輸入及輸出均為隔爆形式。3〕顯示屏TPC1561H技術參數如下：分類TPC1561H尺寸15液晶屏TFT顯示顏色真彩65535色分辨率1024×768液晶屏亮度300cd/m2觸摸屏電阻式供電電源DC24V額定功率20WCPU主板ARMCPU400MH內存64M存儲設備128FLASH組態軟件MCGS嵌入式組態軟件〔運行版〕工作溫度0-5工作濕度5-90％儲存溫度-10～6振動加速度/s2振動掃描頻率Oct/min≤1構造鋁合金構造顏色深灰色面板尺寸〔mm〕420×320機柜開孔〔mm〕384×284串行2×RS2322×RS232/485USB2主以太網RJ45以太網認證CE/FCC防護等級IP65〔前面板〕抗干擾性工業三級8、SBS型射流泵總成SBS型射流泵總成是由SB型射流泵、MGQ礦用高壓小口徑專用閥、正負壓傳感器、管道及管件組成。SBS型射流泵總成主要供大、中型水泵去掉底閥后能虹吸上水，簡化了設備構造。以前射流泵總成中配套的是手動閥或電磁閥，因電磁閥構造性能缺陷，易泄露，無法提供閥位開、關信號，停電時亦不能手動開閥。MGQ電動閥適用于與各種自動化控制系統的配套使用，在井下排水自動化控制系統中與射流泵和真空泵配套使用，可以提供開到位、關到位各種信號，可滿足水泵全自動化控制的需要。9、傳感器A、正壓傳感器：用來監測水泵內部的壓力，當壓力到達設定值時自動翻開出水口閘閥向上排水，當壓力低于設定值時自動停泵。B、負壓傳感器：主要用在水泵啟動之前，監測吸水管路的真空度，當真空度到達設定條件時，才能啟動水泵電機。C、液位傳感器：主要用來實時監測水倉水位變化的，系統根據當前水位變化情況，自動實現高水位起泵和低水位停泵。D、液位開關：液位開關作為水倉的高水位、低水位的極限報警開關。E、流量傳感器；流量傳感器主要用來實時監測主排水管路的流量，系統根據排水管的流量情況來判斷管路是否故障并在低流量時自動報警。五、系統電氣控制實物圖六、系統電氣控制示意圖(一號泵房)-.z.七、主排水管網安裝位置示意圖〔一號泵房〕主排水管網安裝位置示意圖〔二號泵房〕-.z.八、設備清單〔一號泵房〕名稱型號單位數量備注礦用隔爆型PLC可編程控制箱K*J127臺2西門子模塊、含控制監控軟件，〔預留5臺允余量〕礦用隔爆兼本質平安型操作臺TJ127*臺1用戶可根據現場情況，選擇是否配置礦用隔爆型水泵綜合自動控制箱K*B-18/660S臺3每臺控制箱可獨立控制單臺水泵的自動運行，控制對象：電動閘閥、射流泵總成、及水泵的啟停指令；礦用電動閘閥MZ941H-64DN300套3礦用電動閘閥MZ941H-64DN350套6礦用止回閥H44H-64DN300臺3礦用綜合連接器LFSSII-64DN300臺3礦用電動配水閥P*WII-800套7礦用隔爆型一控三控制箱K*BC-3*15/660DZ臺3礦用SBS型射流泵總成SBSIIDN25套3每套射流泵總成包含：2臺MGQI-64/D