煤矿水泵房自动化设计方案Word格式.docx
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3、系统具备网络控制、就地自动控制、就地手动控制、启动柜面板控制几种操作方式。
4、在水仓水位满足条件的前提下，系统能按避峰填谷的原则进行
5、水泵的启停控制；
按连续运转的时间长短控制倒机运行。
6、按操作规程要求的顺序进行水泵的启动和停止操作。
7、对电机和水泵的运行参数与保护参数进行实时的监测和传送，这些参数包括：
电机温度、实时流量、水位、真空度、电压、电流、水泵出水口压力、各种闸阀、电动球阀的位置信号、过转矩信号等。
8、整个系统做到可靠运行、维护方便、修改灵活。
3．系统设计方案
3.1中央泵房现状
1、泵房设备基本情况表
水泵型号
600-60×
9
水泵单台电机功率
140010
水泵数量
7台
扬程（m）
水泵出水口管径（）
250
流量（m3）
电动闸阀数量
9416425035台
主排水管
4趟
抽真空
射流泵
泵房控制电源
660V
电动球阀
系列21台
信号传输
以太网或光纤传输
电控装置就地显示
人机界面
七台水泵改造完成后形成一个独立的排水系统，整个网络建成双环型工业以太网，实时监测水泵的运行情况、水文参数与故障信息等。
3.2系统设计
3.2.1系统组成
井下泵房自动化监控系统主要由三部分组成：
1、地面自动化控制中心
地面监控站设置在地面自动化控制中心，通过工作站对井下泵房相关设施进行集控和监视。
主要设备、设施包括工作站、22”显示器、不间断电源等。
2、信息传输通道
利用工业以太环网作为井下泵房监控系统的主干网，实现泵房相关设备的数据的实时传输。
3、泵房监控单元
井下监控单元由井下监控主控站与信号采集装置、传感器等组成，主控制站作为井下控制部分的通信核心，完成分站监控信息与地面控制中心的监控信息交互传递。
同时，通过在现场的操作显示屏，为井下巡检人员提供整个系统的运行情况。
井下监控单元结构如图所示：
系统网络通信结构如下：
3.2.2泵房监控单元
1、泵房监控单元概述
泵房监控单元由数据采集和设备控制设备控制柜、就地控制和显示设备操作台、抽真空系统、闸阀控制系统和各种传感器组成。
2、泵房监控单元系统实施
针对煤矿的实际情况和要求，泵房内配备本安控制箱，完成泵、电动闸阀和电动球阀的就地控制，将每台泵的出水口处的手动闸阀更换为电动闸阀，改造引水方式，将原来的手动射流阀更换为手动电动一体的电动球阀以达到电控的要求，同时配备水位、流量、温度、压力、负压等传感器。
使用控制柜制作井下水泵房电控系统，在控制柜上加装以太网模块，通过工业以太环网将数据传输到地面调度室，通过软件编程，在调度中心能发布控制命令，并能监视该系统所需运行参数和该系统设备运行画面情况。
井下监控单元由井下监控主控站与信号采集装置、传感器、显示单元等组成，主控站作为井下控制部分的核心，完成分站监控信息与地面控制中心的信息交互传送、设备的自动控制与工况参数的就地显示功能。
通过的通信接口，把所要监控的数据传送到安全生产指挥中心进行远程监控。
主控站本身也具备对中央泵房的监控功能。
泵房监控单元结构如下图所示：
泵房系统原理图
泵房自动化控制系统的具体设计如下：
Ø
电控设计
1）、每台泵配备三台电动球阀，其中两台25阀，一台20阀，将原来的手动球阀更换为电动球阀。
2）、每台泵配备2台手动阀门，1台射流泵。
3）、中央泵房配备7台矿用本安型控制箱完成泵、电动闸阀和电动球阀的就地控制。
4）、中央泵房配备2台164监控分站完成泵、电动闸阀和电动球阀等设备的控制和数据采集。
传感器设计
1）、每趟管路配置一台流量计，完成对泵房排水流量的统计和计算。
2）、每个水仓配备一个水位传感器完成对水仓水位的实时监测。
3）、每台泵配备一个压力传感器和一个负压传感器完成对泵的正压和负压的监测。
数据传输
1）、泵房内控制站配置以太网模块，通过井上下工业以太环网将数据传输到地面集控室，视频图像也通过工业以太环网实现数据传输。
3.2.3操作过程
单台水泵自动启动的过程为：
启动射流系统、检测真空度、启泵、检测水泵出水口压力、打开水泵出水口电动阀。
停机过程则为先关水泵出口电动阀，后通过启动柜停止水泵。
1、运行前状态检测
开泵前必须检查待开水泵的高压柜、直流柜、直流接触器柜、低压柜与电机综保的供电是否正常。
待开水泵的各种显示是否正常，水仓水位显示不小于2米，且应无故障显示。
2、启动：
系统根据水仓水位的情况启动水泵，井下泵房排水泵的启动方式有两种：
（一）、自动
1、工作方式选择开关打在“自动”位置；
2、选定排水管路；
3、选定待开水泵，并确定射流管路；
4、按下待开水泵的启动按纽，计算机将按照《泵房水泵运行流程图》所设定的运行程序，自动启动待开水泵。
（二）、手动
1、工作方式选择开关打在“手动”位置；
2、选定排水管路，打开管路闸阀；
4、开启射流；
5、观察真空表，确认泵体内已充水（否则不能进行下一步操作）；
6、启动电机；
7、关闭射流
8、打开所启动水泵的出水口电动闸阀，并观察电机、水泵运转情况是否正常；
3、运行
（一）水泵在运行期间，应经常进行以下观测，发现问题与时采取措施：
1.电压不得超过额定值的正负5％，电流不得超过额定值；
2.观察压力、真空和流量指示的变化情况；
3.观察模拟量的显示和水仓水位的变化情况；
4.电机和水泵有无异状；
5.检查进、出水管路，泵体、闸门、盘根密封等有无漏水现象。
（二）水泵在运行期间出现下列情况之一时，应紧急停泵：
1.水泵不上水；
2.水泵或电机有异状；
3.电机或电气设备冒火和冒烟；
4.泵体严重漏水；
5.平衡水失常；
4、正常停泵
与启动相对应，正常停泵方式也有两种：
（一）自动：
水泵在“自动”工作方式下运行，需要停泵时，司机应按下“停止”按钮，计算机也将按照《泵房水泵运行流程图》所设定的停泵程序自动停止运行水泵。
（二）水泵在“手动”工作方式下运行，需要停泵时，司机应按照下列顺序操作：
1.关闭出水管路电动闸阀；
2.关闭水泵出水口电动闸阀，严禁阀门在开通位置停机；
3.待阀门关闭到位后，停电动机。
5、故障停泵
1）水泵在“自动”工作方式下运行，当发生故障时，计算机将按照《泵房水泵运行流程图》中所设定的停泵程序自动停止运行水泵。
2）水泵在“手动”工作方式下运行，当发生故障需要停泵时，应按下列顺序操作：
a、关闭水泵出水口的电动闸阀，严禁阀门在开通位置停机；
b、待阀门关闭到位后，停电动机；
c、不论水泵在哪一种工作方式下运行，当发生故障需要紧急停泵时，司机可按下“急停”按纽（带机械自锁）。
3）故障停泵后，查明故障原因，立即向有关领导汇报。
4）按下“故障复位”按纽，使系统恢复正常，为启动备用水泵做好准备。
3.3系统功能和特点
1、地面控制中心
1）系统采用冗余设计，地面控制站采用一主一备用，当主控制站出现问题时可自动切换到备用工控机。
2）使用5.0作为上位机组态软件，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点，用户可随心所欲描绘各种动态图形、静态图形，同时支持多种图形格式。
3）图形显示和控制：
在地面控制站上应可实时显示各设备运行图，图形画面具有链接功能，可以很方便地切换其它画面显示。
可显示实时曲线、年、月、日个时间段的历史曲线和具体数据表等，同时可以实现数据参数的设定、设备的控制等。
4）实时报警/报警记录：
在地面控制站上可显示现场报警信息并报警以与保存的报警记录。
2、传输线路
传输线路采用工业以太环网，传输线路近、数据传输稳定可靠。
3、井下监控单元
通过控制主站和本安控制箱可以实现井下泵房的就地控制和远程控制两种控制方式。
采用就地控制方式时，通过本安控制箱的控制按钮和触摸屏，实现泵房设备的开停。
采用远程控制方式时，通过传输线路接收控制中心的控制指令，实现泵房设备的开停。
其主要功能和特点如下：
（1）可以采集或接入各种参数、保护信号、相关设施状态信号、并具有扩展性。
（2）可以方便定义和修改所有被测模拟参数的报警值、保护动作值。
（3）实现多路控制输出，启动或停止有关设施。
（4）实现采集数据、参数、运行状态的就地显示，并可上传地面中心站。
（5）实现故障位置、原因、类型等的就地显示，并可上传地面中心站。
（6）具有运行方式选择与防止非规定操作人员随意操作的保护措施。
（7）与地面断开后系统仍能正常运行在就地或自动方式下。
（8）能检测水泵与其电机的工作参数，如:
水泵流量、轴温、电机温度、电机启动与工作电流等。
（9）可控制各泵轮流工作,使每台磨损程度均等。
（10）根据水仓水位、供电峰谷段时间划分等情况,合理调度水泵运行,以节省运行费用。
泵房排水泵为煤矿主要耗电设备之一,因此节省此项费用非常有意义。
（11）应具有故障报警、自动保护等功能。
系统能检测水泵流量、轴温、电机温度、电机启动与工作电流，水仓水位，出水压力，电动阀状态，真空度的信息。
设置过载、过热等多种保护,一旦出现异常,立即停车,以防造成重大事故。
4、控制模式
为了满足日常运行、检修、故障处理等需要，具备两种控制模式：
就地控制和远程控制。
操作人员可采用不同方式控制泵的自动开停。
控制方式有两种:
1、地面集中控制
在这种方式下，操作人员只需在地面控制中心操作键盘或鼠标，控制井下泵房泵的自动开停以与故障解除等。
并且通过计算机语音系统发布操作提示命令。
2、人工就地控制
在该控制方式下，操作人员可在泵房的本安控制箱上对泵进行开停操作。
3、控制方式变换
可以通过泵房本安控制箱上的远程/就地和手动/自动切换开关进行转换，使得二种控制方式互为备用、互相闭锁，提高系统的可靠性和灵活性。
5、语音功能
地面控制站配置音箱，如果出现事故异常，地面主控室通过语音系统给出语音报警提示信号。
3.4上位机组态软件
是全球最领先的自动化监控组态软件，已有超过300，000套以上的软件在全球运行。
世界上许多最成功的制造商都依靠的软件来全面监控和分布管理全厂范围的生产数据。
在包括煤炭、冶金、电力、石油化工、制药、生物技术、包装、食品饮料、石油天然气等各种工业应用当中，独树一帜地集强大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成为任何生产环境下全面的解决方案。
利用各种领先的专利技术，可以帮助企业制定出更快、更有效的商业与生产决策，以使企业具有更强的竞争力。
强大的分布式客户／服务器结构
服务器负责采集、处理和分发实时数据
可选的客户机类型包括：
，（用于）和。
实时客户／服务器结构具有无与伦比的可扩展性
快速的系统开发与配置
使用强大的“智能图符生成向导”更快速地开发和配置应用系统
利用特有的“即插即解决”能力集成第三方附加应用软件
在线开发您的应用程序，无需停止生产线或重新开机
键宏编辑器为触摸键提供了强大而多样的功能
动画专家使您无须掌握编程即可使用内部的和第三方的控件
点组编辑器节省了大量的开发时间
事件调度器令任务在前台或后台自动运行
应用集成
将最佳应用软件“插入”到满足特殊需求的应用系统中
“嵌入”（）控件并立即可利用它们的属性、事件和方法
可以将生产系统与更高级的、系统连接起来
得益于安全容器（）特性，确保用户引入系统中的控件没有危害
围绕安全，电子签名和记录功能设计一个安全系统
功能广泛
✓基于20002003
✓容易与关系数据库集成
✓过程可视化
✓监视控制
✓基于用户和基于节点的分段安全管理；
能够实现与2000同步
✓实时历史趋势
✓数据采集与数据管理
✓集成式的报表生成
✓报警和报警管理
✓分布式的高性能网络结构
✓智能图符生成向导
✓在线组态
✓控件数据库连接
✓支持
✓基于时间和事件调度
✓历史数据采集显示
✓内置
✓支持和
✓基于对象的图形界面
✓支持2005数据库
✓即插即解决结构
3.5系统软件功能
系统建成后可以实现自动采集、现实水泵的各种运行参数；
根据水仓水位、生产工作制与负荷情况控制水泵自动工作。
根据监测到的信号判断水泵的工作情况，故障时能与时发出报警信号，并根据工作类型停泵；
可自动、手动控制水泵的启停与电动闸阀的开、关。
在矿井地面调度监控中心可完成对水泵控制的各种操作。
系统能与矿井综合调度系统无缝连接，实现数据的共享。
系统设自动、手动操作控制方式，在自动控制中可实现无人值守全自动运行或在上位机上通过鼠标键盘完成操作，在手动控制中可实现自动控制故障或退出集控时在机房操作箱上操作。
具体表现以下几个方面：
1、自动控制功能
系统根据工况设定，以与时间、水位、煤矿用电负荷等参数自动开启、停止水泵的运转、并能实现泵阀的联锁起动，对运行中的各种参数进行实时控制，通过接口向上传送数据。
1）地面计算机统计每天矿井的用电负荷情况，确定用电高峰、低谷时间，并将参数传给本系统控制主机机；
或在本机上根据统计出的时间进行设定。
2）根据所监测的水位信号，设定出低水位、高水位和上限水位信号。
3）每台水泵设置运行、备用和检修三种工作方式，该方式可以在本机上设定或地面主机设定。
当水位达到高位或不在高位而处在用电低谷时间内，将自动启动运行泵。
当水位达到高位或不在高位而处在用电高峰时间时自动停泵。
当水位到上限水位时，自动运行泵与备用泵，直到水位低于高位时停止“备用泵”只运行“运行泵”，当达到低于或不在高位而处于用电高峰时间内时自动停泵。
4）系统可自动或手动选择以实现备用泵的循环启动和停止。
5）将本机工作方式转为“地面控制”时，各水泵由地面主机控制。
6）当运行的水泵出现轴承超温、开关柜故障、流量不够时自动停止运行，并提示、报警。
2、手动控制功能
根据实际需要也可以从自动控制方式切换到手动控制方式。
系统采用手动操作时，由工作人员根据生产需要以与设备状况操作控制箱上的按钮完成设备的启动、停止。
3、单机自动控制
地面监控主机将工作方式切转到单机自动时，可在地面监控主机上单独控制系统中的各设备。
此时各分站仍处于自动状态，当保护信号动作时仍报警停机。
4、就地紧停功能
不论在何种控制方式下，均可在通过紧停按钮来停止运行该设备。
5、现场编程
用户可在现场通过面板上的键盘对系统参数进行修改。
6、组网功能
该分站挂接在中央变电所的网络交换机上，通过交换机与全矿综合自动化系统连接。
7、水泵运行计量/时间/运行统计
在地面控制站上应可分别对每台水泵的运行电耗、工作时间等进行统计，便于管理人员与时掌握每台水泵的工况。
8、图形曲线显示
在地面控制站上应可实时显示各设备运行图。
并提供开放式的图形制作软件，用户可随心所欲描绘各种动态图形、静态图形，同时支持多种图形格式，图形画面具有链接功能，可以很方面地切换其它画面显示。
可显示实时曲线，可显示年、月、日个时间段的历史曲线和具体数据表。
9、实时报警/报警记录
在现场控制器上可汉字显示各故障信息并报警，在地面控制站上可显示现场单元当前的报警信息以与保存的报警记录。
系统示例界面如下：
系统主界面
系统分界面
4.核心设备
4.1164矿用隔爆兼本安型监控分站
供电电源
交流供电电源：
a）127660V，功率66W；
b）允许波动范围：
标称值的75110%；
c）谐波：
不大于10%；
d）频率：
50，允许偏差±
5%。
分站通过光缆与接口之间的信号传输（可选）
a）传输方式：
、单模；
b）传输速率：
9600;
c）输出光功率:
-20～-5；
d）接收灵敏度：
≤-25；
e）最大传输距离：
10。
输入输出信号
模拟量：
200～1000；
在整个频率范围内其正脉冲和负脉冲宽度均≥0.3；
有源输出高电平电压应≥3V（输出电流为2时），有源输出低电平电压≤0.5V。
开关量：
电流型信号：
50，4～5对应开，0.5～1对应停。
控制量：
无源触点，触点容量：
25010A
模拟量输入传输处理误差
模拟量传输处理误差应不大于0.5%。
最大传输距离
a）分站通过光缆到传输接口最大传输距离10。
b）分站到传感器与执行器的最大传输距离2。
最大监控容量
分站具有8路模拟量信号输入、8路开关量信号输入、4路控制量信号输出。
备用电源（可选）
a）型号规格：
镍氢电池C3000,1.23,20节串联。
b）生产厂家：
深圳市威可力电源有限公司
c）工作时间：
不小于2h（额定负载时）。
4.2矿用本安型控制箱
规格型号
防爆型式：
本质安全型。
防爆标志：
产品功能
有4个出线嘴（通路），盒内有16路本安端子
排。
8个控制按钮，矿用隔爆兼本安型光纤可编程控制箱配
接使用,将传感器上所得到的信号传到控制箱上。
4.3矿用电动闸阀
材质：
球墨铸铁、铸钢，304不锈钢
压力：
1.0-16
口径：
40-1000
主要特点与用途
①.流体阻力小，启闭时所需力矩小；
②.无安装方向要求，双向密封，流阻小，使用寿命长；
③.全开时闸板所受工作介质的冲蚀比截止阀小；
④.主要用于介质不受流向限制的水、污水、油、汽等场合，不推荐使用介质内含有悬浮颗粒的场合。
⑤.如果有开关速度要求，还可以通过增加阀杆螺纹头数或改变电动装置的输出转速予以满足。
4.4超声波流量计
产品特点：
◆独特的信号数字化处理技术，使仪表测量信号更稳定、抗干扰能力强、计量更准确。
◆无机械传动部件不容易损坏，免维护，寿命长。
◆电路更优化、集成度高、功耗低、可靠性高。
◆智能化标准信号输出，人机界面友好、多种二次信号输出，供您任意选择。
◆防爆转换器选用磁力感应式键盘操作，不用打开机箱，即可实现对仪表的操作。
◆防爆传感器分外夹式和插入式两种。
◆插入传感器无滴漏、可不停产带压安装、精度高、免维护、工作更可靠。
（专利产品）
◆外夹传感器捆绑在管路外侧，不影响液体流态，安装和维护不需停水，适用于任何压力管道。
性能参数：
性
能
参
数
插入式
外夹式
测量液体
充满被测管道的水、污水与其它均质液体，悬浮物含量小于10g，粒径小于1。
管路材质
钢管、铸铁管、非金属管
可焊接或压接的管材料
准确度
±
1.0%
1.5%
重复性
0.5%
0.8%
流速范围
0.3m±
12.0m
管径范围
802000
传感器材质
1189（不锈钢）
传感器承压能力
管内部分2，管外部分0.3
（带压安装应在管内压力1以下）
与管内压力无关
（传感器浸水深度不超过3m）
工作环境
转换器
环境温度：
-10℃45℃；
湿度≤85%（）
传感器
常温型：
-10℃~50℃；
高温型：
0℃~150℃；
湿度：
可浸水
电
缆
采用双芯带屏蔽高频电缆，工作温度-4070℃
信号输出
光隔离4~20或0~20或0~10软
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