井下水泵房自動化集控系統(tǒng)技術(shù)要求

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。井下水泵房自動化集控系統(tǒng)技術(shù)要求義煤集團(tuán)華興公司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- 1 -1.1 泵房設(shè)備統(tǒng)計- 2 -2設(shè)計原則及依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)- 3 -2.1 設(shè)計原則- 3 -2.2 依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)- 3 -3系統(tǒng)組成- 4 -3.1 地面監(jiān)控中心- 4 -3.2 泵房集控系統(tǒng)- 4 -4系統(tǒng)功能- 4 -4.1 數(shù)據(jù)采集與檢測- 4 -4.2 保護(hù)功能- 4 -4.3 控制功能- 5 -4.4 操作模式轉(zhuǎn)換- 5 -4.5 自動控制- 5 -4.6 動態(tài)顯示- 5 -4.7 系

2、統(tǒng)拓展- 6 -4.8 監(jiān)控軟件- 6 -4.9 抗電磁干擾- 6 -5工作環(huán)節(jié)- 7 -5.1排真空環(huán)節(jié)- 7 -5.2閘閥操縱環(huán)節(jié)- 7 -5.3水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié)- 7 -5.4參數(shù)傳示環(huán)節(jié)- 7 -5.5故障保護(hù)環(huán)節(jié)- 7 -5.6電動機(jī)的自動控制環(huán)節(jié)- 8 -5.7流程自動控制環(huán)節(jié)- 8 -6主要硬件設(shè)備要求- 8 -隔爆兼本安型PLC控制箱- 8 -7系統(tǒng)配置參考表- 8 -8售后服務(wù)：- 9 -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(yùn)用當(dāng)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(yùn)行監(jiān)測、智能控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、運(yùn)行管理、業(yè)務(wù)管理

3、等功能，達(dá)到泵房安全高效運(yùn)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(yùn)行參數(shù)和電氣參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測和分析，監(jiān)測水泵的運(yùn)行工況，對可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)警，控制水泵按預(yù)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(yùn)行、避峰填谷等操作程序，具有就地、遠(yuǎn)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(yùn)行趨勢曲線等管理功能，實現(xiàn)水泵的在線監(jiān)測、故障預(yù)警、自動化操作控制和運(yùn)行管理，使水泵始終處于安全、高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)采用就地及遠(yuǎn)程控制相結(jié)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(xiàn)無人值守。1.1 泵

4、房設(shè)備統(tǒng)計1) 水泵：型號：排水壓力：4Mpa （40公斤）揚(yáng)程：300M數(shù)量：3臺2) 電機(jī)： 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(biāo)準(zhǔn)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），適應(yīng)煤礦惡劣環(huán)境下工作。（3） 系

5、統(tǒng)功能完全達(dá)到礦方對監(jiān)控管理系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，人機(jī)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(jìn)的基礎(chǔ)上，做到系統(tǒng)簡單，經(jīng)濟(jì)實用。（5） 系統(tǒng)選用設(shè)備符合以下幾個原則： Ø 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展性：隨著技術(shù)不斷發(fā)展、新的標(biāo)準(zhǔn)和功能不斷增加，接入設(shè)備可以進(jìn)行固件升級，已提供更先進(jìn)、更

6、多的功能。Ø 高性能：接入設(shè)備應(yīng)具備獨(dú)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?，確保生產(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(biāo)準(zhǔn)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 3836.2-2000 爆炸性氣體環(huán)

7、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(hù)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(biāo)準(zhǔn) EIA RS-232-C國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) ISO DIS11898工

8、業(yè)計算機(jī)系統(tǒng)安裝環(huán)境條件 ZBN18-001遠(yuǎn)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(jī)，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(jī)動態(tài)畫面監(jiān)視。監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)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(yùn)行數(shù)據(jù)、曲線、事件信息、操作記錄、故障報警，遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行情況，遠(yuǎn)程操作控制排水設(shè)備的運(yùn)行和試驗。3.2 泵房集控系統(tǒng)泵房集控系統(tǒng)負(fù)責(zé)泵房排水設(shè)備狀態(tài)參數(shù)顯示、供電設(shè)備

9、的運(yùn)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(yuǎn)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(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示，泵房業(yè)務(wù)管理。充當(dāng)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(yùn)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(jī)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(jī)運(yùn)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(zhǔn)確顯示水倉水位，并在最高水位和最低水位應(yīng)能報警提

10、示。Ø 溫度采集: 系統(tǒng)具備接入溫度傳感器，采集電機(jī)預(yù)埋的溫度傳感器的信號，標(biāo)準(zhǔn)為PT100熱電阻探頭。4.2 保護(hù)功能Ø 流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動后或正常運(yùn)行時，如流量達(dá)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(hù)功能。Ø 壓力異常保護(hù)：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(dá)不到設(shè)定值自動停泵，具有壓力異常保護(hù)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 水位突變報警：水位增長速度超過正常

11、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(yuǎn)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(yùn)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?？刂屏鞒蹋炭厮玫膯优c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(yuǎn)程控制：在地面計算機(jī)監(jiān)控畫面上，在有一定的授權(quán)權(quán)限條件下，根據(jù)水倉水位情況，通過

12、計算機(jī)鼠標(biāo)來控制相應(yīng)水泵的啟停。Ø 系統(tǒng)應(yīng)具有遠(yuǎn)程/就地閉鎖功能，防止意外操作。Ø 系統(tǒng)在正常運(yùn)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(yùn)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(jī)。Ø 系統(tǒng)程序能根據(jù)水泵累計運(yùn)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(yuǎn)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(jìn)程控制電動遠(yuǎn)程控制自動檢測控制，手動控制時能自動切斷遠(yuǎn)程控制和自動控制；遠(yuǎn)程控制時能自動切斷自動控制；在遠(yuǎn)程控制失靈時，控制系統(tǒng)能自動轉(zhuǎn)入自動控制。4.5 自動控制地面控制中心能通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)

13、控各個水泵的運(yùn)行情況及主要的運(yùn)行參數(shù)及信號，同時可遠(yuǎn)程控制泵的開停，設(shè)定和修改水泵的運(yùn)行條件、工況參數(shù)和控制程序，可遠(yuǎn)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(fù)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(xué)模型，合理調(diào)度水泵，自動準(zhǔn)確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制水泵運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進(jìn)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(shù)字形式準(zhǔn)確實時地顯示水倉水

14、位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)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(jī)的電參數(shù)，通過水泵機(jī)組預(yù)埋的溫度探頭采集顯示水泵軸溫、電機(jī)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(jī)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） 能夠在標(biāo)準(zhǔn)畫面和用戶組態(tài)畫面上設(shè)定、匯

15、集和顯示有關(guān)的運(yùn)行信息，供運(yùn)行人員對設(shè)備的運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視和控制。（2） 能夠監(jiān)視或控制本工藝點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)畫面和用戶組態(tài)畫面上設(shè)定、匯集和顯示有關(guān)的運(yùn)行信息，供運(yùn)行人員對設(shè)備的運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視和控制。（6） 具有一鍵開停機(jī)和閉鎖功能。（7） 能夠監(jiān)視或控制本工藝點(diǎn)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(jī)界面設(shè)計上能滿足：Ø 人機(jī)界面應(yīng)運(yùn)用開放系統(tǒng)的圖形窗口技術(shù)。

16、16; 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(xì)的聯(lián)機(jī)幫助功能。（10） 具有安全登錄和密碼保護(hù)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(yùn)行。（11） 組網(wǎng)功能：通過工業(yè)用上位機(jī)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(yùn)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(dá)200MHz-900MHz、功率輸出達(dá)5W 的電磁干擾和射頻干擾，應(yīng)不影響系統(tǒng)正常工作共模抑制比、合理的接地

17、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(hù)環(huán)節(jié)和電動機(jī)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關(guān)閉出水閘閥啟動，而當(dāng)水泵停車時，為了

18、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(dāng)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(jī)，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(jī)。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(zhǔn)確發(fā)出開、停水泵命令。水位傳感器的可靠性和準(zhǔn)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(jī)械型、維護(hù)方便、安裝容易、標(biāo)定簡單等許多優(yōu)點(diǎn)。2）當(dāng)水位達(dá)到水位2時，若處于低計費(fèi)時段，可以立即啟動，若處于高計費(fèi)段，則暫緩啟動。當(dāng)水位繼續(xù)上

19、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(biāo)定。分時計費(fèi)亦由PLC通過軟件標(biāo)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(jī)、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(jī)，由計算機(jī)分析處理，在顯示器上模擬顯示，并做出曲線、報表，以利于地面管理人員

20、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(hù)環(huán)節(jié)水泵電機(jī)容量大，耗電量高，屬一級負(fù)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(hù)當(dāng)水泵啟動后或正常運(yùn)行中，如流量達(dá)不到正常值，通過流量保護(hù)裝置使本臺水泵停車，轉(zhuǎn)為啟動另一臺水泵。5.6電動機(jī)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(jī)受潮或有其它故障而未被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(dá)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(dāng)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(yùn)行。5.7流程自動控制環(huán)節(jié)自動控制過程：水倉水位達(dá)到最高報警提示開啟抽真空噴射器使水進(jìn)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(yùn)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(fù)。6 主要硬件