排水子系統(tǒng)

一.1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

控制系統(tǒng)通過采用PLC技術實現(xiàn)對井下排水系統(tǒng)進行自動監(jiān)控改造,實現(xiàn)井下排水泵,、托底泵與管道電動閥門等裝置的自動控制及運行參數(shù)的自動檢測,實時顯示,并可以通過井下環(huán)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度室,同時可以對水泵進行實時監(jiān)測及報警顯示,、故障歷史查詢、模擬量曲線顯示和報表打印.

系統(tǒng)通過檢測水倉水位,、電機電流,、電機電壓、閘閥等參數(shù),控制水泵輪流工作,合理調(diào)度各臺水泵運行,并具有自診斷功能,并有語音,、圖像以及報警功能,實現(xiàn)水泵的自動控制.

一.2 設計標準

所遵循的有關標準:

n 煤礦安全規(guī)程

n -2000      爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第1部分:通用要求

n -2000      爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第1部分:隔爆型

n -2000      爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第1部分:本質安全型

n MT5007-94           煤炭工業(yè)選煤廠設計規(guī)范

n GBGB4796            電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件

n GB4720-84           低壓電器電控設備

n ANSI488             可編程序控制器的數(shù)字接口

n ISA-            過程運算的二進制邏輯圖

n ISA-            過程操作的二進制邏輯圖

n ISA-            儀表回路圖

n MEMA-ICS4           工業(yè)控制設備及系統(tǒng)的端子板

n MEMA-ICS6           工業(yè)控制裝置及系統(tǒng)的外殼

n GB2625-81           過程檢測和控制流程圖用文字和圖形符號

n HG/T 20505-20515    化工自控設計規(guī)范

n GB/T1250-1990       計算機軟件質量保證計劃規(guī)范

n GB-8566             計算機軟件開發(fā)規(guī)范

n GB/T3453-1994       數(shù)據(jù)通訊基本型控制規(guī)范

n GB/T15538-1995      計算機軟件單元測試

n HG/T20573-95        分散型控制系統(tǒng)工程設計規(guī)定

n GB50174-93          電子計算機機房設計規(guī)范

n HG20508-92          控制室設計規(guī)定

n HG20509-92          儀表供電設計規(guī)定

n HG20511-92          信號報警,、聯(lián)鎖系統(tǒng)設計規(guī)定

n GBJ93-86            工業(yè)智能化儀表工程施工及驗收規(guī)范

n GBJ131-90           智能化儀表安裝工程質量檢驗評定標準

n GA/T  75-94        安全防范工程程序與要求

n GA/T  75-1999      安全防范工程通用圖形符號

n GA  308-2001       安全防范系統(tǒng)驗收規(guī)則

n HG/T20573-95         分散型控制系統(tǒng)工程設計規(guī)定

一.3 系統(tǒng)組成

根據(jù)礦方的實際情況本次投標配置如下:

上位機

利用綜合智能化軟件平臺實現(xiàn)系統(tǒng)的管理.

控制柜(每套泵房)

每個水泵房內(nèi)設置1臺集中控制柜和1臺就地顯示柜,用于控制電機水泵、閘閥,、球閥及相關數(shù)據(jù)的采集.控制柜控制核心采用西門子系列PLC,配置以太網(wǎng)通迅模塊,實現(xiàn)控制柜和上位機之間的通訊.集中控制柜,、顯示柜和觸摸屏之間通過線纜進行通訊,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸.

電動閘閥配置(每套泵房)

在每臺水泵出口各設置一臺電動閘閥

電動閘閥控制靠控制閥體本身電動機正反轉來控制閥門開關;閥門開關位置設置限位開關.

傳感器配置(每套泵房)

XX煤礦井下主水泵房內(nèi)有2個水倉,配置2個水位傳感器,可依據(jù)監(jiān)測到的水位信號啟停水泵

在四臺水泵出口各設置一臺壓力傳感器,檢測水泵出口的排水壓力,以控制排水閘閥的開啟.

在兩趟排水管路各設置一臺超聲波流量傳感器,檢測排水流量.

每臺水泵配置兩個礦用本安型表面溫度傳感器,用于檢測溫度.

一.4 系統(tǒng)拓撲圖

控制系統(tǒng)通過配置相應的傳感器采集排水系統(tǒng)的數(shù)據(jù),將各傳感器接入可編程控制柜,可以對數(shù)據(jù)進行匯總、分析,、處理,、這些數(shù)據(jù)作為對水泵的控制依據(jù).PLC除完成水泵的控制外,可通過以太網(wǎng)接口利用井下千兆光纖環(huán)網(wǎng)將井下水泵房的信息取到服務器,以實現(xiàn)在綜合智能化調(diào)度中心對井下排水系統(tǒng)的監(jiān)控,采用TCP/IP通訊協(xié)議接入.通過排水監(jiān)控系統(tǒng)的建設,既可實現(xiàn)單臺水泵控制,又可實現(xiàn)多臺水泵智能化控制;可實時監(jiān)測水倉水位、流量,、壓力,、溫度、閘閥開度等一系列參數(shù);可手動,、自動啟停水泵,開,、關閘閥以及控制閘閥的開度進行流量控制;具有過熱過載等各種保護.

井下排水系統(tǒng)拓撲圖

一.5 系統(tǒng)功能

控制系統(tǒng)都具有管路流量監(jiān)測、閥門開關狀態(tài)監(jiān)測,、水倉液位監(jiān)測,、出口壓力檢測,能夠實現(xiàn)水泵遠程控制功能.PLC實時采集監(jiān)測水位信號,并參與程序的邏輯控制.并利用集控室上位機畫面實時顯示閘閥的開關狀態(tài)、電機的軸溫,、繞組溫度,、管路壓力及流量,實現(xiàn)相關水泵聯(lián)鎖,進行相應的控制;具備報警功能并在集控中心顯示動態(tài)畫面,實時顯示水位、流量,、壓力等參數(shù),超限報警,、故障畫面自動彈出、故障點自動閃爍,、故障記憶,、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能,減少人力并可實現(xiàn)無人值守.

1.數(shù)據(jù)采集分析功能

 PLC通過液位計連續(xù)檢測水井水位,將水位變化信號進行轉換處理,自動切換投入或退出水泵.溫度、管流量等傳感器主要用于監(jiān)測水泵,、電機的運行狀況,溫度超限報警,PLC采集系統(tǒng)中對各個設備狀態(tài)的開關量信號進行處理,將這些保護信號參與控制每臺水泵系統(tǒng)的啟,、?？刂?第一時間把故障信息反饋給操作調(diào)度人員,給生產(chǎn)調(diào)度提供科學的依據(jù).

檢測水泵及其電機的工作參數(shù)包括:水倉水位,、水泵流量、壓力,、軸溫,、電機溫度,、電機功率與工作電流、電壓,、電機轉速,、水泵電機振動、油壓,、水泵起動設備的起停狀態(tài),、電動閘閥的工作狀態(tài)與開關位置等.

2、檢測與保護功能

水泵自動控制系統(tǒng)的檢測與保護信號:水倉水位,、真空壓力(適用于抽真空起動),、水泵出水口壓力、水泵電機振動,、主排水管路流量,、電機軸承溫度、起動設備的起停狀態(tài),、水泵電機振動.

1)水倉水位檢測:

實現(xiàn)實時檢測水倉水位,水位信號上傳到控制箱和操作臺并顯示水倉水位,實現(xiàn)高水位起泵低水位停泵.

2)水泵出水口壓力及油泵油壓:

在水泵啟動前對油泵供油管路壓力進行檢測,并上傳到操作箱和操作臺并顯示供油管壓力,并根據(jù)供油壓力控制油泵的啟停.

水泵啟動后電動閘閥開啟前檢測水泵出水口壓力,出水口壓力信號上傳由控制箱和操作臺并顯示出水口壓力,如果出口壓力長時間無法達到規(guī)定條件則停泵并報警.

3)排水管路流量檢測:

水泵排水時對排水管路流量進行實時檢測,排水管路流量信號上傳控制箱和操作臺并顯示管路流量,當流量過低時則停泵并報警.

4)電機及水泵軸瓦溫度檢測:

水泵啟動后對電機及水泵前后軸瓦的溫度進行實時檢測,檢測到的溫度信號上傳控制箱和操作臺并顯示溫度值,當電機或水泵前后軸溫度過高則停泵并報警.

5)起動設備的電壓,、電流檢測:

水泵啟動后對起動設備的電壓、電流進行檢測;將檢測得到的電參量上傳控制箱和操作臺并顯示出來,以便準確地判斷系統(tǒng)運行的狀態(tài).由于決大多數(shù)故障在早期均體現(xiàn)在電機電流的變化上.所以通過準確地檢測電機的工作狀態(tài),并通過檢測結果與電機額定值的比較,判斷過(欠)壓,、過流,、相不平衡等相應故障的發(fā)生可以及時地甚至提前對故障進行預警,以便于限,實現(xiàn)對井下主排水系統(tǒng)的啟、?？刂?

井下設置操作屏與地面監(jiān)控站均可實時顯示主排水系統(tǒng)運行的模擬圖,、運行參數(shù)圖表,記錄系統(tǒng)運行和故障數(shù)據(jù),并顯示故障點,以便井下當班人員分析,及時發(fā)現(xiàn)問題,排除故障隱患.

6、報警功能

系統(tǒng)通過高度模擬現(xiàn)場排水工藝流程,采用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警,直觀地顯示水泵及相關設備的工作狀態(tài),如水位,、壓力,、電機軸溫、水泵外殼溫度等的超限報警,均會實時彈出報警信息窗口,自動記錄報警信息以便工程師分析故障信息.

7,、數(shù)據(jù)記錄和存儲

PLC控制器通過以太網(wǎng)進入井下工業(yè)網(wǎng),井上下環(huán)網(wǎng)將水泵運行工況傳到地面監(jiān)控系統(tǒng),地面監(jiān)控系統(tǒng)實時采集模擬量和開關量信號,并對流量,、水位、壓力,、電機軸溫,、繞組溫度、水泵外殼溫度,、連接軸溫度等重要參量進行定期存儲,定期的時間可以通過監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫來設定,在監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)報表界面,操作員只需操作對應的查詢按鈕,選擇查詢條件(如時間范圍),即可查詢存儲到歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)調(diào)出來選擇打印按鈕即可打印,又可查詢歷史曲線趨勢圖標,為技術員分析系統(tǒng)運行狀況提供科學的依據(jù).

一.6 系統(tǒng)特點

? 可以實現(xiàn)單水平自動排水和基于動態(tài)約束條件的多水平協(xié)調(diào)優(yōu)化排水控制,可有效避免大采深礦井多水平排水系統(tǒng)的溢倉現(xiàn)象.

? 可以實現(xiàn)水泵的均勻耐磨設計.實現(xiàn)水泵的自動輪換工作,使每臺水泵的磨損程度基本一致,從而提高運行的安全可靠性.           

? 將避峰填谷和負載均衡技術嵌入到最優(yōu)控制算法中,在保證安全的前提下,可實現(xiàn)排水成本的最小化,從而使礦井排水系統(tǒng)安全可靠,、節(jié)能高效、經(jīng)濟合理地運行,達到減員增效,、安全生產(chǎn)的目的.

? 采取有效的抗干擾措施,同時在軟件上增強系統(tǒng)的抗干擾性,防止因干擾引起的誤動作影響生產(chǎn).

? 系統(tǒng)數(shù)據(jù)可通過井下環(huán)網(wǎng)上傳到地面監(jiān)控中心.

? 系統(tǒng)技術達到國內(nèi)領先水平,為今后礦井生產(chǎn)綜合智能化打下良好基礎.