水泵房自動排水設計

16/16二采區(qū)泵房自動化系統(tǒng)技術說明書徐州圣能科技XXX

目錄TOC\o"1-3"\h\u1.概述 31.1系統(tǒng)參數(shù) 31.2所有權(quán)信息 32.技術要求 32.1設計依據(jù) 32.2設計原則 42.3設計引用標準 52.4系統(tǒng)要求 52.5應用軟件 62.6接入設備 72.7環(huán)境要求 72.7.1環(huán)境溫度和濕度要求 72.7.2供電電源和接地 82.7.3通風冷卻要求 82.7.4振動測試要求 82.7.5抗電磁干擾要求 83.泵房控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計 93.1水泵控制對象﹑控制點位和保護對象 93.2水泵控制設備的選型設計 103.3水泵控制系統(tǒng)主要功能及要求 103.3.1數(shù)據(jù)采集與檢測 113.3.2水泵自動輪換 113.3.3自動控制 113.3.4動態(tài)顯示 123.3.5通訊接口 133.3.6系統(tǒng)功能及特點 14

1.概述為了進一步提高礦井綜合自動化管理水平，達到減人提效、節(jié)能減排目的，按照國家煤炭工業(yè)局下發(fā)《關于推進煤炭企業(yè)信息化工程的意見》、《國務院關于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》的通知要求，結(jié)合礦井實際情況，認真落實井下泵房應用無人值守和遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實施意見，認真組織對****泵房排水系統(tǒng)設備遠程監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)研和方案論證。1.1系統(tǒng)參數(shù)二采區(qū)排水泵房現(xiàn)狀現(xiàn)安裝五臺MD280-43×6揚程258m,流量280m3/h型多級離心水泵，設兩排φ219×12-497m無縫鋼管排水管路通過鉆孔直接向地面排水。1.2所有權(quán)信息徐州圣能科技XXX針對****煤礦泵房自動化控制系統(tǒng)提供本技術方案。本技術方案的所有權(quán)歸屬徐州圣能科技XXX，如果沒有征求賣方的同意和允許，不得復制、發(fā)表和提供給其他任何人或單位。2.技術要求2.1設計依據(jù)（1）設計方案根據(jù)***煤礦安全生產(chǎn)泵房自動化監(jiān)控實際要求而做出。（2）系統(tǒng)設備符合平朔煤炭工業(yè)公司安家?guī)X煤礦生產(chǎn)環(huán)境條件，符合《煤礦安全規(guī)程》相關要求。《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備防爆型電氣設備》；《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備本質(zhì)安全型電路和電氣設備》；《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》相關制造廠商技術資料；《煤礦安全規(guī)程》（2005）；《電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件》GB4796《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》GB20062《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB50058《低壓電器電控設備》GB4720-84《電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施式及驗收規(guī)范》GB50171-92《低壓開關和控制設備的外殼防護等級》IEC144《可編程儀器的數(shù)字接口》ANSI4882.2設計原則該控制系統(tǒng)是由地面操作員站、井下控制主站和水泵控制分站三部分組成。主站控制器采用羅克韋爾ControlLogix系列PLC，站內(nèi)主控PLC以太網(wǎng)模塊分別通過通訊管理機上傳地面調(diào)度室，。PLC控制站對泵房內(nèi)排水泵、射流系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、管道電動閥門和水泵軸震動等裝置實施了自動控制及運行參數(shù)自動檢測，通過檢測水倉水位、電機電流、電機電壓、閘閥開啟度、流量、真空度等參數(shù)，控制水泵工作?？刂撇僮髋_設有9701-VWSS025AENE液晶屏，就地實時以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式，直觀、形象、實時地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉水位、電機工作電流、電機溫度、水泵溫度、排水管流量、水泵真空度等參數(shù)。與分站通訊控制水泵輪換工作，合理調(diào)度5臺水泵運行。另外一個串口通訊模塊與每個分站上的溫度巡檢儀通訊，檢測每臺電機和泵的軸溫。通訊管理機將各種數(shù)據(jù)信息傳送到地面生產(chǎn)調(diào)度中心和生產(chǎn)設備控制中心，地面操作員站進行實時監(jiān)測監(jiān)控及報警顯示、故障歷史查詢、模擬量曲線顯示和報表打印。該系統(tǒng)具有運行可靠、操作方便、自動化程度高等特點。圖2-1泵房系統(tǒng)圖2.3設計引用標準《煤礦安全規(guī)程》《煤礦設計規(guī)范》《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備本質(zhì)安全型電路和電氣設備要求》GB3836.4-83《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用要求》GB3836.1-83《礦用一般型電氣設備》GB12173-90《煤礦通信、檢測、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術要求》MT209-90《工業(yè)自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范》GBJ93-86《工業(yè)企業(yè)通信設計規(guī)范》GBJ42-81《通用用電設備配電設計規(guī)范》GB50055-932.4系統(tǒng)要求控制系統(tǒng)由地面控制臺、井下控制分站組成，控制器選用羅克韋爾ControlLogix系列PLC，實現(xiàn)就地一鍵控制、地面遠程控制和檢修控制三種模式，遠程控制可以分為聯(lián)鎖控制、集中一鍵控制和單機分步控制等多種控制模式，可以供操整理根據(jù)現(xiàn)場實際情況靈活選用，確保在系統(tǒng)正常運行時操作靈活、易于維護，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或通訊中斷時本地可以就地控制確保水泵設備的正常運行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實現(xiàn)水泵的自動控制和無人值守?？刂圃O備或傳感器的選型滿足煤礦安全生產(chǎn)的有關規(guī)定。充分滿足現(xiàn)場運行、檢修要求。保證整個系統(tǒng)運行可靠、故障率低、維護方便、修改靈活。系統(tǒng)具有靈活、可靠的控制功能，簡單實用，易于掌握，人機界面友好。系統(tǒng)具有自診斷功能，并具有語音、圖象以及報警功能。系統(tǒng)具有實時數(shù)據(jù)采集、處理及顯示功能。2.5應用軟件在統(tǒng)一提供的控制軟件平臺(平臺選用國際主流組態(tài)軟件ifix4.0)上進行軟件的開發(fā)：在標準畫面和用戶組態(tài)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(jiān)視和控制。要求應用軟件能夠監(jiān)視或控制本工藝點的生產(chǎn)過程畫面及生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)。應用軟件采用組態(tài)軟件、模塊化設計。應用軟件應具有漢化界面。應用軟件應具有報警處理功能：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，包括報警設定值(報警條件)、報警值、報警狀態(tài)、報警時間。這些報警信息能使操作人員可以快速地調(diào)用與本報警有關的畫面，以得到可以尋找故障原因的詳細資料。所有的報警信號應以時間先后排隊，對歷史報警隊列，操作人員可以從鍵盤上的一個專用鍵或鼠標來獲取。歷史報警隊列在畫面上應采用顏色的閃爍和顏色的變化來表示一個報警信號是否被確認和是否已恢復到正常的工況。對于末確認的報警應持續(xù)發(fā)出聲光報警，直至值班人員確認，還應依據(jù)報警信號重要性動態(tài)改變報警級別。應用軟件在控制人機界面設計上應滿足：人機界面應運用開放系統(tǒng)的圖形窗口技術。友好的操作人員界面。程序員可在線修改和編輯畫面。帶有詳細的聯(lián)機幫助功能。應用軟件應具有安全登錄和密碼保護功能設計監(jiān)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(nèi)容、時間等，防止非法操作，確保排水設備安全有序運行。2.6接入設備接入設備的選用要考慮很多的因素，尤其重要的幾點包括：標準化、可靠性、可擴展性等。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(xié)議連接，必須在最終接入工業(yè)以太網(wǎng)時支持國際標準的網(wǎng)絡接口和協(xié)議，以提供高度的開放性。高可靠性：接入設備本身不應對通訊網(wǎng)絡（PLC總線、工業(yè)以太網(wǎng)絡）的可靠性產(chǎn)生影響?？缮壓涂蓴U展性：隨著技術不斷發(fā)展、新的標準和功能不斷增加，接入設備必須可以進行固件升級，已提供更先進、更多的功能。高性能：接入設備應具備獨立的數(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，同時接入設備不應對現(xiàn)有PLC系統(tǒng)的性能造成較大的影響，確?？刂七壿嫷恼Ｌ幚恚_保生產(chǎn)的安全。接入設備不應造成網(wǎng)絡通信的瓶頸，為確保監(jiān)控的實時性，接入設備與PLC設備連接一側(cè)通訊速率應不低于該類PLC之間互連所采用總線的最低通信的速率。2.7環(huán)境要求2.7.1環(huán)境溫度和濕度要求海拔高度1400m；工作溫度-10～60℃存儲溫度-40～85℃工作濕度5～95%保護等級IP54（不低于）防爆類型隔爆，本安環(huán)境溫度-5°～+40℃電網(wǎng)為50Hz正弦波，電壓幅值波動-10%～+10%；2.7.2供電電源和接地交流電源標稱值（V）：127/660VAC電壓波動范圍：127/660VAC±10％，50Hz±5％。2.7.3通風冷卻要求電源設備發(fā)生故障或工作不正常時，要送出可視和可聞告警信號，并且告警狀態(tài)能在上一級監(jiān)控系統(tǒng)中得到反映。應詳細說明電源中斷時對存儲器(RAM、ROM)的影響和保護措施。供電系統(tǒng)某支路發(fā)生故障及在起弧過程中產(chǎn)生尖鋒電壓不應在設備上造成故障。通風：自冷方式；散熱方式：自然散熱。2.7.4振動測試要求經(jīng)過振動檢驗后，設備性能應無改變。應采用以下參數(shù)進行測試：震動 10～150Hz 5.0G最大峰值加速度認證機構(gòu) UL,SA,CE等2.7.5抗電磁干擾要求系統(tǒng)應能在電子噪聲、射頻干擾及振動都很大的現(xiàn)場環(huán)境中連續(xù)運行，且不降低系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)設計應采用各種抗干擾技術，包括光電隔離、高共模抑制比、合理的接地和屏蔽。在距電子設備1.2米以外發(fā)出的工作頻率達200MHz--900MHz、功率輸出達5W的電磁干擾和射頻干擾，應不影響系統(tǒng)正常工作。3.泵房控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計3.1水泵控制對象﹑控制點位和保護對象（1）水泵系統(tǒng)（以3臺水泵為例）：圖3-1泵房監(jiān)控系統(tǒng)圖（2）水泵配電控制柜：控制系統(tǒng)就地顯示控制可采用羅克韋爾液晶觸摸屏9701-VWSS025AENE完成，可顯示水泵電機的電壓，電流以及功率因數(shù)；通過指示燈顯示水泵及附屬設備的工作狀態(tài)；水泵的開停及附屬設備開停控制，能對水泵進行就地控制，可作為水泵的操作柜。顯示屏具有DH+、RS485通訊接口，通過以太網(wǎng)或工業(yè)總線接口與上級監(jiān)控系統(tǒng)完成通訊，實現(xiàn)遠距離監(jiān)控。監(jiān)測需要的所有信號，經(jīng)傳感器檢測，送入相應的信號變送器變成標準的4～20mA信號或1～5V信號，由變送器送入1756控制器配置的I/O模塊，實現(xiàn)對原始一次信號的采集，實現(xiàn)對所監(jiān)測信號的采集與傳輸，包括所需的電氣參數(shù)、水泵系統(tǒng)工作狀態(tài)、故障等信號等。同時能接受上級監(jiān)控系統(tǒng)傳來的各種動作指令和保護調(diào)試指令并可靠執(zhí)行，實現(xiàn)遠方操作或自動化運行控制、接受解鎖命令后能修改參數(shù)設定等。（3）水位檢測、流量檢測：超聲波水位計、超聲波流量計信號接入。（4）射流系統(tǒng)：真空度檢測、射流電磁閥控制、排氣管路電磁閥控制等。（5）抽真空系統(tǒng)：抽真空電機控制、排氣管路電磁閥控制、真空度檢測等。3.2水泵控制設備的選型設計根據(jù)排水泵的工作要求及以后實現(xiàn)煤礦綜合自動化的需要等考慮，對排水系統(tǒng)實行遠程監(jiān)控和就地控制，把所監(jiān)測到的信號經(jīng)傳感器檢測，送入相應的信號變送器變成標準的4～20mA信號或1～5V信號，由變送器再送入1756控制器配置的I/O模塊，PLC的信息通過光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)信息和控制信息通過工業(yè)以太網(wǎng)進行傳輸，不具備工業(yè)以太網(wǎng)平臺條件的通過礦井光纖傳輸至地面上位機中，實現(xiàn)集中控制。上位機具備雙機熱備功能，同時設有一個觸摸屏和PLC連接,可顯示水泵系統(tǒng)工作狀態(tài)模擬圖,各種運行參數(shù)和電氣參數(shù)。3.3水泵控制系統(tǒng)主要功能及要求實現(xiàn)水泵運行自動化,保證水泵安全穩(wěn)定運行。水泵自動控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、水泵自動輪換、水泵自動控制、狀態(tài)動態(tài)顯示、故障報警和數(shù)據(jù)上傳等6個部分。如圖3-2所示圖3-2水泵自動化控制程序系統(tǒng)圖3.3.1數(shù)據(jù)采集與檢測系統(tǒng)采集與檢測的數(shù)據(jù)：模擬量為電機電流、電機溫度、水泵軸溫、閘閥開度、出水口壓力、水倉水位、主排水管流量、真空度；數(shù)字量有：電動閘閥的開關限位、電磁閥狀態(tài)、電機運行返回、電機故障點、電動閥的工作狀態(tài)與開關限位、射流泵工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集主要由PLC實現(xiàn)，PLC通過超聲波水位計連續(xù)檢測汲水小井水位，將水位變化信號進行轉(zhuǎn)換處理，計算出單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，自動投入或退出水泵。電機電流、水泵軸溫、電機溫度、排水管流量等傳感器，主要用于監(jiān)測水泵、電機的運行狀況，溫度超限報警。PLC采集各種系統(tǒng)中各個設備狀態(tài)的開關量信號進行處理，控制每個水泵系統(tǒng)的啟停。3.3.2水泵自動輪換為了防止備用泵、電氣設備和備用管路長期不用而導致設備受潮或出現(xiàn)其他故障未經(jīng)及時發(fā)現(xiàn)，當工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時，而不能及時投入以至影響礦井排水安全，本系統(tǒng)程序設計了5臺泵自動輪換工作，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運行時間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動記錄累計，系統(tǒng)根據(jù)這些運行參數(shù)按一定規(guī)律自動啟停水泵，使各水泵及其管路的使用率分布均勻，當水泵在啟動或運行過程中出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)自動停止故障水泵、投入新的水泵排水，實現(xiàn)水泵自動輪換工作，同時系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警，并在操作屏和地面操作站上動態(tài)閃爍顯示，記錄事故，達到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理。3.3.3自動控制系統(tǒng)控制設計選用了羅克韋爾ControlLogix為控制主機，該PLC為模塊化結(jié)構(gòu)，由1756控制器、數(shù)字量I/O、模擬量輸入、通訊口等模塊構(gòu)成。PLC自動化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉水位的高低或者根據(jù)井下用電負荷的高、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)學模型，合理調(diào)度水泵，自動準確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制5臺水泵運行。為了保證井下安全生產(chǎn)，系統(tǒng)可靠運行，水位信號是水泵自動化一個非常重要的參數(shù)，因此，系統(tǒng)設置在不同水艙的兩套超聲波水位傳感器，PLC將接受到的模擬量水位信號分成若干個水位段，計算出單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，也本系統(tǒng)可以同時檢測井下供電電流值，計算用電負荷率，根據(jù)礦井涌水量和用電負荷，控制在用電低峰和一天中電價最低時開啟水泵，用電高峰和電價高時停止水泵運行，以達到避峰填谷及節(jié)能的目的。3.3.4動態(tài)顯示就地動態(tài)模擬顯示選用羅克韋爾公司9701-VWSS025AENE操作屏，地面操作站系統(tǒng)動態(tài)模擬顯示采用iFix4.0組態(tài)軟件開發(fā)，系統(tǒng)通過圖形動態(tài)顯示水泵、真空泵、電磁閥和電動閘閥的運行狀態(tài)，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(shù)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(fā)出預告信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警，用事先錄制的語音提示形式提醒操作人員注意。采用圖形、趨勢圖和數(shù)字形式直觀地顯示2趟管路的瞬時流量及累計流量、水泵軸溫、電機溫度等動態(tài)值，超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)據(jù)，并通過每臺水泵的流量計算出水泵的有效功率，以提醒巡檢人員及時檢修或更換水泵。系統(tǒng)畫面參照如下：圖3水泵房系統(tǒng)示意圖圖4水泵房實時報警示意圖圖5水泵房操作記錄示意圖3.3.5通訊接口PLC通過485通訊協(xié)議與操作屏進行通訊，將水泵機組的工作狀態(tài)與運行參數(shù)傳至操作屏，完成各數(shù)據(jù)的就地動態(tài)顯示；通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議由井下光纖，將水泵機組的運行狀態(tài)、參數(shù)傳至地面生產(chǎn)指揮調(diào)度中心或機電控制中心，在地面生成圖形、趨勢圖和數(shù)字形式等直觀的界面信息，開放通訊協(xié)議，在地面監(jiān)控中心有上位機，上位機通過OPC接入全礦井安全生產(chǎn)自動化控制網(wǎng)，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設備的所有檢測數(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)的三遙，并為礦領導提供生產(chǎn)決策信息。操作屏與監(jiān)測監(jiān)控站均可動態(tài)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。3.