口 煤 矿 水 泵 智 能 控 制 方 案
重庆恒邦矿山机械制造有限公司 3
、 概述 1 r/ U _ 、 丿八口口特,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
三、 主要用途及适用范围,,,,,,,,,,, 四、 使用环境条件 五、 设计依据及原则 六、 系统功能介绍
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七、 系统组成及工作原理,,,,,,,,,,, 八、 水泵监控系统操作说明 九、 配件清单及价格 十、 质量保证和售后服务 4
井下泵房排水控制系统技术方案 一、系统概述 随着计算机控制技术的迅速发展，以微处理器为核心的可编程序控制器（ PLC ）控制已逐步取代继电器 控制，普遍应用于各行各业的自动化控制领域。但目前煤矿井下主排水系统仍多采用继电器控制，水泵的开 停及选择切换均由人工完成，还做不到根据水位或其它参数自动开停水泵，这将严重影响井下主排水泵房的 管理水平和经济效益的提高，为了提高工作效率和节省水泵的运行费用以及满足矿领导的决策，做如下实施
该系统采用PLC +触摸屏+传感器+电动阀门，运用组态友好的人机界面实时监测， 实现手动控制和自动 控制，在保证各个设备独立可靠运行的情况下又实现集中控制；实现系统参数检测和储存、监视；故障信息 查询、监控；对关键参数实行自动调节等，从而实现整个系统的自动控制。现场设本安操作台和隔爆兼本安 型电气控制箱实现三台水泵的排水控制。操作台上设操作按钮及开关、指示灯、报警蜂鸣器、触摸屏、实现 系统工作方式选择就地启/停控制等操作、系统状态指示、报警指示、触摸屏实现整个系统的状态监测、数据 监视、参数修改等。隔爆兼本安型电气控制箱内设 PLC，实现整个系统控制。 二、 产品特点 本系统的特点是集数字化、自动化、信息化为一体，实现无人值守全自动化控制。系统采用模块化结构， 具有很好的维护性和可扩展能力。 三、 主要用途及适用范围 本系统主要用于完成矿山水泵等远程无人值守控制，产品的主要适用范围如下： 功率：50KW 〜2000KW 电压： AC127V 〜AC6000V 频率：OHZ〜60HZ 四、 使用环境条件 环境温度与湿度： 工作环境温度不超过+ 40oC，并且24小时内的平均温度不超过+ 35oC，最低环境温 度不得低于—5oC。相对湿度在最高温度为+ 40oC时不超过50%，在较低温度时，允许有较高的相对湿 度（如在20oC时为90%）。 空气质量：不含有过量的尘埃、酸、碱腐蚀性及爆炸性微粒和气体。 海拔高度：海拔高度不超过2000米。 振 动：安装地基处允许的振动条件：振动频率范围 10— 150HZ，最大振动加速度不应超过 5m/s2。 5
电网质量：电压波形应为正弦波，只要实际电压的瞬时值与基波电压相对的瞬时值最大偏差不大于基波 电压的10%，即认为电压波形为正弦波。频率波动不超过额定值的土 2%。 五、 设计依据及原则 5.1《煤矿安全规程》（2010版）。 5.2《矿山电力设计规范》 （GB50070-94 ）。 5.3现行国家电工委员会及其它有关标准。 5.4进口电气设备遵守国际电工委员会 IEC标准。 5.5电控系统设备技术参数符合行业相关标准及规定，具有技术先进、经济实用、安全可靠、故障率 低、维护方便等特点。 5.6改造所用的相关控制及显示设备、传感器、阀们、缆线等设备、材料， “三证”齐全、符合《煤矿 安全规程》的相关规定。 5.7井下控制主机具有触摸屏显示，显示各个泵组运行状态，本机显示各个泵组的相关模拟量参数。报警 信息有文字、语言。 5.8系统具有以太网接口、 RS485接口。 5.9 改造所需配备的电动阀门。 六、 系统功能介绍 该系统具有电动阀门开关状态、水仓水位、管道压力值；泵体前后轴承、盘根压盖温度；电动机相线电 压、相线电流、前后轴承、定转子温度；水泵开停机状态、排水量、运行工况曲线图等参数进行检测，模拟 信号经变送器转换为 4~20mA的标准信号后送给 PLC ；再经PLC及特殊功能控制模块的运算处理， 将数据以 数字量信号实时显示于屏幕，控制相应的阀门、水泵等。 A） 每个水仓水位采用两个液位传感器实时检测，双线冗余，确保检测可靠； B） 排水流量采用流量计实时检测； C） 排水压力、排水流量等采用矿用高精度（不锈钢）传感器实时检测； D ）电机电流、电压等分别采用多功能带变送输出的仪器仪表实时检测等。 主要功能如下： 每台水泵具有就地控制、自动控制两种工作方式。 压力超限延时、水仓水位自动起停泵组。 出水流量过低延时报警、停机。
泵体前后轴承、盘根压盖超温延时自动停机 。（矿方如需要可加） 高压开关欠电压、过载延时自动停机。 报警功能：具有水泵流量过低、水仓高水位、压力超限、电动机前后轴承、定转子超温；泵体前后
电动机前后轴承、定转子温度超温延时自动停机。 （矿方如需要可加） 6
轴承、盘根压盖超温报警功能及高压开关超压报警。 •显示功能：具有电动阀门开关状态、水仓水位、管道压力值；泵体前后轴承、盘根压盖温度；相线 电压、相线电流、前后轴承、定转子温度；水泵开停机状态、时间、排水量等。 其他保护功能： 水仓水位监测与干保护； 排水泵电机重启动延时保护； 排水泵起停连锁保护； 提供水位恒定+削峰填谷自动控制模式设置； 能实现不出水、电机电流大、轴承温度过高等逻辑故障诊断； 支持改造为软起动控制； 水泵控制器提供以下高级控制功能； 区分电网运行状态、实现削峰填谷； 泵房使用优先级控制方案：手动就地控制一一无人值守自动控制； 手动就地控制时要能自动切断无人值守自动控制。 七、系统组成及工作原理 系统组成 矿井下主排水泵自动化控制系统由数据自动采集、自动轮换工作、手动控制、自动控制、动态显示、故 障记录报警等5个部分组成。
系统工作原理 7.1数据自动采集与检测 数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。 模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、电压、水泵轴温、电机温度、排水管流量；数字 量检测的数据主要有：水泵的工作状态、电动阀的工作状态与启闭位置。 数据自动采集主要由 PLC实现，PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，水位变化信息，控 制排水泵的启停。电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电 机的运行状况，超限报警，以避免水泵和电机损坏。 PLC的数字量输入模块将各种开关量信号采集到 PLC中 作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停；在数据采集过程中，模拟量信号的处理是将模拟信号变换 7
成数字信号（A/D转换），其变换速度由采样定律确定。一般情况下，采样频率应为模拟信号中最高频率成分 的2倍以上，这样经A/D变换的精度可完全恢复到原来的模拟信号精度。 7.2自动轮换工作 为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用，而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发 现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计 2台泵自 动轮换工作控制，当某台泵或所属阀门故障时，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录 事故，同时将故障泵或管路自动退出轮换工作，检修泵和管路自动投入轮换工作，以达到有故障早发现、早 处理，以免影响矿井安全生产的目的。 7.3手动控制 最基本的水泵控制单元，独立完成单台水泵的启停控制。当主轮循程序检测到操作者对目标水泵下达开 / 停指令时，系统即调用对应的手动控制模块，完成水泵启动 /停止控制。 启动过程：首先启动抽真空装置，比较器将模拟量采集处理模块每个周期刷新后的负压值与设定启动条 件值比较，满足条件后启动电机，同时关闭抽真空装置；电机启动后，比较压力值，压力满足要求后开电动 闸阀，开始排水；闸阀开到位后启动过程结束。流程如图 7.3-1所示。 停止过程：为防止排水倒流对水泵造成损害，首先关闭闸阀，闸阀关到位后停止电机运行。 8 7.3-1水泵半自动启动流程 7.4全自动控制 PLC自动化控制系统根据水仓水位的高低、井下用电负荷的高、低峰和供电部门所规定的平段、谷段、 峰段供电电价时间段（时间段可根据实际情况随时在触摸屏上进行调整和设置）等因素，建立数学模型，合 理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制 3台水泵运行。 为了保证井下安全生产，系统可靠运行，水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，因此，系统设置 了两套液位传感器，两套传感器均设于水仓的排水配水仓内， PLC将接受到的模拟量水位信号分成若干个水 位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，同时检测井下供电电流值， 计算用电负荷率，根据矿井涌水量和用电负荷，控制在用电低峰和一天中电价最低时开启水泵，用电高峰和 电价高时停止水泵运行，以达到避峰填谷及节能的目的。9
开始 Y N
N Y
对应时段?
选择运行时间最短的 水泵（跳过故障泵）
N
闭锁疋时 运行中?
水位判断 （到达上限? 启动元成? Y N 启动：调用对应 半自动控制模块 水位判断 （到达下限? 停泵：调用对应 半自动控制模块 N弋 停泵元 5成? Y Y N 水位变化率 （正常？）
逻辑处理
启动闭锁定时器
7.4-1全自动控制流程图
