煤礦水泵控制

1、口 煤 礦 水 泵 智 能 控 制 方 案重慶恒邦礦山機(jī)械制造有限公司2015.08.14一、概述二、產(chǎn)品特點(diǎn)三、主要用途及適用范圍四、使用環(huán)境條件五、設(shè)計(jì)依據(jù)及原則六、系統(tǒng)功能介紹七、系統(tǒng)組成及工作原理八、水泵監(jiān)控系統(tǒng)操作說明九、配件清單及價(jià)格 十、 質(zhì)量保證和售后服務(wù)井下泵房排水控制系統(tǒng)技術(shù)方案一、系統(tǒng)概述隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，以微處理器為核心的可編程序控制器（PLC控制已逐步取代繼電器控制，普遍應(yīng)用于各行各業(yè)的自動(dòng)化控制領(lǐng)域。但目前煤礦井下主排水系統(tǒng)仍多采用繼電器控制，水泵的開停及選擇切換均由人工完成，還做不到根據(jù)水位或其它參數(shù)自動(dòng)開停水泵，這將嚴(yán)重影響井下主排水泵房的管理水平和

2、經(jīng)濟(jì)效益的提高，為了提高工作效率和節(jié)省水泵的運(yùn)行費(fèi)用以及滿足礦領(lǐng)導(dǎo)的決策，做如下實(shí)施該系統(tǒng)采用 PLC +觸摸屏+傳感器 +電動(dòng)閥門，運(yùn)用組態(tài)友好的人機(jī)界面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng) 控制，在保證各個(gè)設(shè)備獨(dú)立可靠運(yùn)行的情況下又實(shí)現(xiàn)集中控制；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)和儲(chǔ)存、監(jiān)視；故障信息 查詢、監(jiān)控；對(duì)關(guān)鍵參數(shù)實(shí)行自動(dòng)調(diào)節(jié)等，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)本安操作臺(tái)和隔爆兼本安 型電氣控制箱實(shí)現(xiàn)三臺(tái)水泵的排水控制。操作臺(tái)上設(shè)操作按鈕及開關(guān)、指示燈、報(bào)警蜂鳴器、觸摸屏、實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)工作方式選擇就地啟 / ?？刂频炔僮?、系統(tǒng)狀態(tài)指示、報(bào)警指示、觸摸屏實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù) 監(jiān)視、參數(shù)修改等。隔爆兼

3、本安型電氣控制箱內(nèi)設(shè)PLC實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)控制。二、產(chǎn)品特點(diǎn) 本系統(tǒng)的特點(diǎn)是集數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化為一體，實(shí)現(xiàn)無人值守全自動(dòng)化控制。系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)， 具有很好的維護(hù)性和可擴(kuò)展能力。三、主要用途及適用范圍本系統(tǒng)主要用于完成礦山水泵等遠(yuǎn)程無人值守控制，產(chǎn)品的主要適用范圍如下：功率：50KW- 2000KW電壓：AC127V AC6000V頻率：OHZ60HZ四、使用環(huán)境條件環(huán)境溫度與濕度： 工作環(huán)境溫度不超過+ 40oC,并且24小時(shí)內(nèi)的平均溫度不超過+ 35oC,最低環(huán)境溫度 不得低于5oCo相對(duì)濕度在最高溫度為+ 40oC時(shí)不超過50%在較低溫度時(shí)，允許有較高的相對(duì)濕度 （如 在20oC時(shí)為

4、90% o空氣質(zhì)量： 不含有過量的塵埃、酸、堿腐蝕性及爆炸性微粒和氣體。海拔高度： 海拔高度不超過 2000 米。振 動(dòng)：安裝地基處允許的振動(dòng)條件：振動(dòng)頻率范圍10 150HZ最大振動(dòng)加速度不應(yīng)超過5m/s2。電網(wǎng)質(zhì)量： 電壓波形應(yīng)為正弦波，只要實(shí)際電壓的瞬時(shí)值與基波電壓相對(duì)的瞬時(shí)值最大偏差不大于基波電壓的 10%，即認(rèn)為電壓波形為正弦波。頻率波動(dòng)不超過額定值的±2%。五、設(shè)計(jì)依據(jù)及原則5.1 煤礦安全規(guī)程 （2010 版）。5.2 礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范 （ GB50070-94）。5.3 現(xiàn)行國(guó)家電工委員會(huì)及其它有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。5.4 進(jìn)口電氣設(shè)備遵守國(guó)際電工委員會(huì) IEC 標(biāo)準(zhǔn)。5.5 電

5、控系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)參數(shù)符合行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定，具有技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠、故障率 低、維護(hù)方便等特點(diǎn)。5.6 改造所用的相關(guān)控制及顯示設(shè)備、傳感器、閥們、纜線等設(shè)備、材料， “三證”齊全、符合煤礦 安全規(guī)程的相關(guān)規(guī)定。5.7井下控制主機(jī)具有觸摸屏顯示，顯示各個(gè)泵組運(yùn)行狀態(tài)，本機(jī)顯示各個(gè)泵組的相關(guān)模擬量參數(shù)。報(bào)警 信息有文字、語言。5.8系統(tǒng)具有以太網(wǎng)接口、 RS485接口。5.9 改造所需配備的電動(dòng)閥門。六、系統(tǒng)功能介紹 該系統(tǒng)具有電動(dòng)閥門開關(guān)狀態(tài)、水倉水位、管道壓力值；泵體前后軸承、盤根壓蓋溫度；電動(dòng)機(jī)相線電 壓、相線電流、前后軸承、定轉(zhuǎn)子溫度；水泵開停機(jī)狀態(tài)、排水量、運(yùn)行工況曲線圖等參數(shù)

6、進(jìn)行檢測(cè)，模擬 信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換為 420mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后送給 PLC;再經(jīng)PLC及特殊功能控制模塊的運(yùn)算處理，將數(shù)據(jù)以數(shù) 字量信號(hào)實(shí)時(shí)顯示于屏幕，控制相應(yīng)的閥門、水泵等。A）每個(gè)水倉水位采用兩個(gè)液位傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)，雙線冗余，確保檢測(cè)可靠;B）排水流量采用流量計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)；C）排水壓力、排水流量等采用礦用高精度（不銹鋼）傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)；D）電機(jī)電流、電壓等分別采用多功能帶變送輸出的儀器儀表實(shí)時(shí)檢測(cè)等。主要功能如下：? 每臺(tái)水泵具有就地控制、自動(dòng)控制兩種工作方式。? 壓力超限延時(shí)、水倉水位自動(dòng)起停泵組。? 出水流量過低延時(shí)報(bào)警、停機(jī)。? 電動(dòng)機(jī)前后軸承、定轉(zhuǎn)子溫度超溫延時(shí)自動(dòng)停機(jī)。（ 礦方如需要可

7、加 ）? 泵體前后軸承、盤根壓蓋超溫延時(shí)自動(dòng)停機(jī) 。 （ 礦方如需要可加 ）精品? 高壓開關(guān)欠電壓、過載延時(shí)自動(dòng)停機(jī)。? 報(bào)警功能：具有水泵流量過低、水倉高水位、壓力超限、電動(dòng)機(jī)前后軸承、定轉(zhuǎn)子超溫；泵體前后 軸承、盤根壓蓋超溫報(bào)警功能及高壓開關(guān)超壓報(bào)警。?.顯示功能：具有電動(dòng)閥門開關(guān)狀態(tài)、水倉水位、管道壓力值；泵體前后軸承、盤根壓蓋溫度；相線 電壓、相線電流、前后軸承、定轉(zhuǎn)子溫度；水泵開停機(jī)狀態(tài)、時(shí)間、排水量等。? 其他保護(hù)功能：水倉水位監(jiān)測(cè)與干保護(hù)；排水泵電機(jī)重啟動(dòng)延時(shí)保護(hù)；排水泵起停連鎖保護(hù)；提供水位恒定+削峰填谷自動(dòng)控制模式設(shè)置；能實(shí)現(xiàn)不出水、電機(jī)電流大、軸承溫度過高等邏輯故障診斷；支

8、持改造為軟起動(dòng)控制；? 水泵控制器提供以下高級(jí)控制功能；區(qū)分電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)現(xiàn)削峰填谷；泵房使用優(yōu)先級(jí)控制方案：手動(dòng)就地控制一一無人值守自動(dòng)控制；手動(dòng)就地控制時(shí)要能自動(dòng)切斷無人值守自動(dòng)控制。七、系統(tǒng)組成及工作原理系統(tǒng)組成礦井下主排水泵自動(dòng)化控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)輪換工作、手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、動(dòng)態(tài)顯示、故 障記錄報(bào)警等5個(gè)部分組成。系統(tǒng)工作原理7.1數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)主要分為兩類：模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)。模擬量檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要有：水倉水位、電機(jī)工作電流、電壓、水泵軸溫、電機(jī)溫度、排水管流量；數(shù)字量檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要有：水泵的工作狀態(tài)、電動(dòng)閥的工作狀態(tài)與啟閉位置。PLC數(shù)據(jù)自動(dòng)采

9、集主要由 PLC實(shí)現(xiàn)，PLC模擬量輸入模塊通過傳感器連續(xù)檢測(cè)水倉水位，水位變化信息, 控制排水泵的啟停。電機(jī)電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、排水管流量等傳感器與變送器，主要用于監(jiān)測(cè)水泵、 電機(jī)的運(yùn)行狀況，超限報(bào)警，以避免水泵和電機(jī)損壞。PLC的數(shù)字量輸入模塊將各種開關(guān)量信號(hào)采集到中作為邏輯處理的條件和依據(jù)，控制排水泵的啟停；在數(shù)據(jù)采集過程中，模擬量信號(hào)的處理是將模擬信號(hào)變 換成數(shù)字信號(hào)（ A/D 轉(zhuǎn)換），其變換速度由采樣定律確定。一般情況下，采樣頻率應(yīng)為模擬信號(hào)中最高頻率成 分的 2 倍以上，這樣經(jīng) A/D 變換的精度可完全恢復(fù)到原來的模擬信號(hào)精度。7.2 自動(dòng)輪換工作為了防止因備用泵及其電氣設(shè)備或

10、備用管路長(zhǎng)期不用，而使電機(jī)和電氣設(shè)備受潮或其他故障未經(jīng)及 時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時(shí)，而不能及時(shí)投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 2 臺(tái) 泵自動(dòng)輪換工作控制，當(dāng)某臺(tái)泵或所屬閥門故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，并在觸摸屏上動(dòng)態(tài)閃爍顯示， 記錄事故，同時(shí)將故障泵或管路自動(dòng)退出輪換工作，檢修泵和管路自動(dòng)投入輪換工作，以達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)、 早處理，以免影響礦井安全生產(chǎn)的目的。7.3 手動(dòng)控制最基本的水泵控制單元， 獨(dú)立完成單臺(tái)水泵的啟?？刂?。 當(dāng)主輪循程序檢測(cè)到操作者對(duì)目標(biāo)水泵下達(dá)開 / 停指令時(shí)，系統(tǒng)即調(diào)用對(duì)應(yīng)的手動(dòng)控制模塊，完成水泵啟動(dòng) / 停止控制。啟動(dòng)過程：首先啟動(dòng)抽真空裝置

11、，比較器將模擬量采集處理模塊每個(gè)周期刷新后的負(fù)壓值與設(shè)定啟動(dòng)條 件值比較，滿足條件后啟動(dòng)電機(jī)，同時(shí)關(guān)閉抽真空裝置；電機(jī)啟動(dòng)后，比較壓力值，壓力滿足要求后開電動(dòng) 閘閥，開始排水；閘閥開到位后啟動(dòng)過程結(jié)束。流程如圖 7.3-1 所示。停止過程：為防止排水倒流對(duì)水泵造成損害，首先關(guān)閉閘閥，閘閥關(guān)到位后停止電機(jī)運(yùn)行。7.3-1水泵半自動(dòng)啟動(dòng)流程7.4全自動(dòng)控制PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉水位的高低、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(jià)時(shí)間段（時(shí)間段可根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)在觸摸屏上進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置）等因素，建立數(shù)學(xué)模型，合 理調(diào)度水泵，自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制3臺(tái)水泵運(yùn)

12、行。為了保證井下安全生產(chǎn)，系統(tǒng)可靠運(yùn)行，水位信號(hào)是水泵自動(dòng)化一個(gè)非常重要的參數(shù)，因此，系統(tǒng)設(shè)置了兩套液位傳感器，兩套傳感器均設(shè)于水倉的排水配水倉內(nèi)，PLC將接受到的模擬量水位信號(hào)分成若干個(gè)水位段，計(jì)算出單位時(shí)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，同時(shí)檢測(cè)井下供電電流 值，計(jì)算用電負(fù)荷率，根據(jù)礦井涌水量和用電負(fù)荷，控制在用電低峰和一天中電價(jià)最低時(shí)開啟水泵，用電高 峰和電價(jià)高時(shí)停止水泵運(yùn)行，以達(dá)到避峰填谷及節(jié)能的目的。開始NNYN選擇運(yùn)行時(shí)間最短的 水泵（跳過故障泵）閉鎖疋時(shí)運(yùn)行中?水位判斷（到達(dá)上限?對(duì)應(yīng)時(shí)段?YNY啟動(dòng)：調(diào)用對(duì)應(yīng) 半自動(dòng)控制模塊啟動(dòng)元成?水位判斷.（到達(dá)下限?停泵

13、：調(diào)用對(duì)應(yīng) 半自動(dòng)控制模塊停泵元成?N水位變化率（正常？）邏輯處理啟動(dòng)閉鎖定時(shí)器7.4-1全自動(dòng)控制流程圖7.5 故障監(jiān)控井下排水泵是一類需要頻繁啟停的大型設(shè)備，而且啟停過程較為繁瑣，涉及的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)種類也 較為繁多。因此在其運(yùn)轉(zhuǎn)過程中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題的話，勢(shì)必影響整臺(tái)泵的正常工作。引入自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)后， 可以把故障分為兩大類： （ 1）設(shè)備故障，主要包括泵體漏氣、閘閥故障、管路堵塞、軸承過熱以及電機(jī)故障 等；（2）傳感器失靈，主要指壓力、負(fù)壓、液位以及流量傳感器出現(xiàn)故障，不能正常工作，造成自動(dòng)控制無 法實(shí)現(xiàn)。7.5.1 設(shè)備故障： 針對(duì)水泵系統(tǒng)的設(shè)備故障，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水泵啟動(dòng)過程、運(yùn)行狀

14、態(tài)以及停止過程，一旦出現(xiàn)故障，采取 應(yīng)急措施，保護(hù)設(shè)備，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。啟動(dòng)及停止過程中結(jié)合定時(shí)器監(jiān)測(cè)每步動(dòng)作是否正常，出現(xiàn)故 障或者操作超時(shí)時(shí)程序自動(dòng)按照設(shè)定流程復(fù)位前端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行報(bào)警，給出指導(dǎo)性的故障提示，配合維 護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)；運(yùn)行過程中，主要監(jiān)測(cè)電流、流量、溫度等狀態(tài)量，出現(xiàn)異常停止水泵，并報(bào)警給出故障 提示。具體監(jiān)控流程如圖 7.5.1-1 至圖 7.5.1-3 。傳感器失靈： 傳感器就如同系統(tǒng)的眼睛，可靠的傳感器是系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)中參控變量中，水倉水位是整 個(gè)自動(dòng)化控制流程中水泵啟?？刂频膮⒄兆兞?，因此兼顧成本，這里采用兩個(gè)不同工作原理的液位傳感器， 互為冗余。

15、故障判斷過程如圖 7.5.1-4 ，其中邏輯判斷根據(jù)水泵運(yùn)行狀態(tài)判斷水位趨勢(shì)，將傳感器前后兩個(gè) 時(shí)刻的測(cè)量值進(jìn)行比較，比較結(jié)果異常的為失靈傳感器，給出報(bào)警?？紤]成本，其它傳感器未進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)， 程序中設(shè)置傳感器正常工作的上下限，超限時(shí)給出報(bào)警，因堵塞等原因引起的壓力、負(fù)壓以及流量傳感器測(cè) 值失真將影響水泵的啟動(dòng)、運(yùn)行，設(shè)備故障監(jiān)控流程會(huì)給出相應(yīng)報(bào)警信息。開始啟動(dòng)?至運(yùn)行監(jiān)測(cè)啟動(dòng)抽真空 判斷定時(shí)器抽真空Y超時(shí)？抽真空超時(shí)報(bào)警復(fù)位球閥真空度到達(dá)啟動(dòng)合閘定時(shí)器亠鎖定故障泵 嚴(yán)退出工作組合閘失敗 報(bào)警壓力判斷壓力報(bào)警壓力、正常？ ”啟動(dòng)電動(dòng)閘閥開超時(shí)判斷定時(shí)器停止水泵閘閥開超時(shí)Y或過轉(zhuǎn)矩？閘閥故障報(bào)警

16、7.5.1-1啟動(dòng)過程故障監(jiān)控流程7.5.1-2運(yùn)行過程故障監(jiān)控流程開始T7.5.1-3停止過程故障監(jiān)控流程7.5.1-4液位測(cè)量冗余監(jiān)測(cè)流程、GUY1（礦用液位傳感器1、功能：GUY1礦用液位傳感器（安標(biāo)證號(hào)：MFB070116為投入式壓力法測(cè)量水深、水位的固 定式儀表，主要用于連續(xù)測(cè)量煤礦水倉的水深水位。2、適用范圍及特點(diǎn)：GUY10礦用液位傳感器選用進(jìn)口不銹鋼隔離膜片敏感出件，將芯片裝入一不銹鋼殼體內(nèi)，采用特制的防水通氣電纜將信號(hào)引出。傳感頭投入被測(cè)液體內(nèi)，電纜接入儀表盒。由于采用特制 的防水通氣電纜，使感壓膜片的背壓腔與大氣良好相通，測(cè)量液位不受外界大氣壓的影響，測(cè) 量準(zhǔn)確，長(zhǎng)期穩(wěn)定性

17、好，并具有優(yōu)良的密封和防腐性能，可直接投入水、油等液體（包括腐蝕 性液體）中長(zhǎng)期使用。經(jīng)過儀表的特殊處理還可用于倉底有固體淤積的場(chǎng)所。環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)， 安裝調(diào)試方便，可以與國(guó)內(nèi)其它煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兼容使用。主要技術(shù)參數(shù)防爆型式：礦用本質(zhì)安全型防爆標(biāo)志；:Exibl本安參數(shù)：工作電壓：1218V DC工作電流：w 50mA測(cè)量范圍：010m過載能力：150%最大測(cè)量值基本誤差：土 2%輸出信號(hào)：2001000Hz二、DFH一 20/7 ( DN25礦用本質(zhì)安全型電動(dòng)球閥電礦用球閥DFH-20/7電動(dòng)球閥適用于煤礦井下具有瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)及水質(zhì)差、 水壓范圍廣的自動(dòng)化防塵、防滅火自動(dòng)控制噴霧，作水路自

18、動(dòng)控制開關(guān)；其特點(diǎn)：電動(dòng)球閥是 一種由球體旋轉(zhuǎn)而開閉水路的新型電動(dòng)閥門，其適應(yīng)的供水壓力范圍廣，不受泥沙、污水影響, 供水通徑大，工作過程中通電時(shí)間短、工作穩(wěn)定可靠，是一種用途廣、使用壽命長(zhǎng)、輸水能力 高、抗干擾能力強(qiáng)的理想的水控制閥門。技術(shù)參數(shù)：1、 防爆型式：礦用本質(zhì)安全型，防爆標(biāo)志為ExibI ;2、額定工作電壓：12VDC3、額定工作電流：w 150mA4、最高輸入電壓 Ui: 12.9VDC;5、最大輸入電流Ii : 400mA6、最大內(nèi)部電感Li : 0.3mH;7、最大內(nèi)部電容Ci: OuF&開啟或關(guān)閉時(shí)間：10s15s；9、供水壓力范圍：0.2MPa7MPa10、供水溫度范圍：0C60C；11、球閥口徑：20mm12、 電源電壓波動(dòng)適應(yīng)性：當(dāng)輸入電壓在 10VDC-15VDC范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí).電動(dòng)球閥應(yīng)能正常工作；13、環(huán)境溫度：0C40C；九、配件清單序號(hào)名稱型號(hào)單位數(shù)量單價(jià)總價(jià)備注1電動(dòng)閥DN150套32球閥DFH20/64套33電控箱KXJ127套14液位傳感器GUY 10套25壓力傳感器GPD40套36浮球液位開關(guān)KBU3000套27軟件INS18輔材批19光纖四芯米100010攝像頭套211光端機(jī)套2總價(jià)(含視頻)成交價(jià)：十、質(zhì)量保證和售后服務(wù)9.1我方保證(1) 向貴方提供