礦井潛水泵站自動控制系統(tǒng)

1、.勝利服務(wù)廠-425水平潛水泵自動化控制系統(tǒng)撫礦集團公司西露天礦2010年11月24日勝利服務(wù)廠-425水平潛水泵自動化控制系統(tǒng)一、概述潛水泵最大優(yōu)勢是不怕水淹，礦井潛水泵站綜合自動控制系統(tǒng)針對潛水泵站特點，可以在井下對泵站水泵機組設(shè)備進行就地操作控制，也可以在地面遠程對泵站水泵機組設(shè)備運行進行操作控制，即使在淹井狀況下仍能正常排水。正常排水時，根據(jù)水位、涌水量的大小、設(shè)備狀態(tài)等參數(shù)和調(diào)度指令，依據(jù)“輪值控制”、“避峰填谷”（供電峰谷）原則進行智能自動化運行控制，從而實現(xiàn)泵房無人值班、智能化高效運行。潛水泵站綜合自動控制系統(tǒng)采用自動控制、計算機信息網(wǎng)絡(luò)、實時在線檢測、數(shù)據(jù)庫及專家智能軟件等先進

2、技術(shù)組成三級或四級分布式自動化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件使用公司為泵站自動化開發(fā)的HD智能控制軟件平臺，配套使用恒大自控自主研制的潛水泵專用綜合保護儀HD-200SB，配合視頻電視監(jiān)控系統(tǒng)，使泵站運行做到“無人值班”，更進一步保證了潛水泵的可靠性、安全性，優(yōu)化潛水泵運行，實現(xiàn)機、電、儀三位一體。實現(xiàn)對礦井泵站運行過程自動優(yōu)化控制、安全聯(lián)鎖保護和綜合信息管理。系統(tǒng)設(shè)計原則：（1）采用先進自動化技術(shù)構(gòu)建分布開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),實現(xiàn)“無人值班,少人值守”。（2）全過程實時在線檢測泵站性能參數(shù)和所有設(shè)備狀態(tài)，故障和異常自診斷、報警、聯(lián)鎖，完善的誤操作預(yù)防措施，實現(xiàn)“泵站安全無故障運行”。（3）通過在“避峰填谷”原

3、則下的“峰谷運行時間控制”和“輪值控制”等智能控制技術(shù)，充分利用資源、節(jié)能降耗，使水泵機組在良好狀態(tài)下運行，使用壽命最長，降低維護成本，經(jīng)濟運營，實現(xiàn)“泵站運行最優(yōu)化和設(shè)備壽命最大化”。（4）全過程參數(shù)采集、記錄、數(shù)據(jù)庫建立和報表生成，方便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計、查詢、追朔，實現(xiàn)“泵站管理信息化和透明化”。（5）多級加權(quán)操作控制，標準通訊接口，與上級管理調(diào)度系統(tǒng)實時通訊，傳輸實時數(shù)據(jù)及控制指令，實現(xiàn)“最優(yōu)化調(diào)度”?！局饕δ堋縧 參數(shù)監(jiān)測：泵站運行參數(shù)（水位、流量、揚程、電流、電壓、功率、功率因數(shù)）、設(shè)備和系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)（運行/停止、正常/故障、手動/自動/遠程）的自動采集監(jiān)視。l 優(yōu)化控制：潛水泵機組及泵

4、站其它電動設(shè)備運行的自動智能控制（根據(jù)實時水位和水位變化趨勢、涌水量和涌水速度確定運行/停止水泵機組臺數(shù)；根據(jù)水泵機組運行累計時間和故障記錄確定運行/停止水泵機組編號，輪值控制；滿足礦產(chǎn)工藝對水位要求的前提下，避峰填谷，確定最優(yōu)運行控制水位）。l 安全保護：潛水泵機組及泵站其它電動設(shè)備、電控裝置、自動化系統(tǒng)設(shè)備、軟件系統(tǒng)安全狀態(tài)的自動化監(jiān)測和異常故障狀態(tài)安全聯(lián)鎖保護。l 信息管理：泵站運行參數(shù)信息、設(shè)備和系統(tǒng)狀態(tài)信息、故障信息等的采集、處理、存儲和上傳，歷史和實時數(shù)據(jù)庫建立，歷史和實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計、查詢，報表自動生成、打印。l 遠程通訊：標準接口，與泵站自動化系統(tǒng)、上級管理調(diào)度系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)

5、、第三方控制系統(tǒng)進行通訊，數(shù)據(jù)交換，網(wǎng)絡(luò)管理。l 多級操作：分級加權(quán)操作-就地手動、現(xiàn)地遙控/自動、控制室集中遙控/自動、中控室遠程遙控（可選），按從低到高設(shè)定優(yōu)先等級，確保操作安全。二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置泵站自動化控制系統(tǒng)由地面中央控制（調(diào)度）室監(jiān)控上位機操作站（工程師站）、大屏幕投影拼接墻系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、井下礦用隔爆兼本安控制器（PLC）、礦用隔爆型遠程監(jiān)控箱、水位傳感器、壓力傳感器、流量計、安裝附件和管線敷設(shè)設(shè)施等。視頻電視監(jiān)控系統(tǒng)由工業(yè)攝像儀、視頻控制主機等設(shè)備組成。上位機操作站、大屏幕投影拼接墻系統(tǒng)等布置在地面中央控制（調(diào)度）室內(nèi)。系統(tǒng)設(shè)上位機操作站兩套，實現(xiàn)雙機互備，其中一套可兼做工程

6、師站。大屏幕系統(tǒng)拼接墻由6套60”的Visionpro C-DGC60X2+投影單元、1套Digicom® Ark1200多屏處理器系統(tǒng)、控制管理軟件、視頻矩陣、RGB矩陣等附屬的外圍組成。顯示單元規(guī)格如下： 單屏面積：1220mm (寬) ×915mm (高) 1.12m²整屏面積：1220mm (寬) ×3 ×915mm (高) ×2=3660mm (寬) ×1830mm (高) 6.70m²井下礦用隔爆兼本安控制器（PLC）、礦用隔爆型遠程監(jiān)控箱安裝在井下-280m水平潛水泵高壓配電室處，系統(tǒng)設(shè)礦用隔爆兼本安

7、控制器2套（其中一臺控制三臺潛水泵，另一臺控制二臺潛水泵及局扇）、礦用隔爆型遠程監(jiān)控箱4套（每套控制二臺水泵，其中一臺控制局扇），隔爆型遠程監(jiān)控箱上設(shè)有控制按鈕和LCD顯示屏，實現(xiàn)對水泵的控制及各類參數(shù)的顯示；礦用隔爆兼本安控制器包括PLC、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、串口服務(wù)器等，除完成水泵的控制和參數(shù)采集功能外，還可以實現(xiàn)與HD-200SB潛水泵保護儀、高爆開關(guān)綜保等設(shè)備的通訊。在水倉設(shè)投入式液位計2只（其中1只作為備用），實時監(jiān)測水倉水位；每臺潛水泵出口設(shè)壓力變送器1只，監(jiān)測出水口壓力，另在-280m位置設(shè)壓力變送器3只，作為透水時的備用壓力監(jiān)測；在-280m出水管道上設(shè)超聲波流量計3臺，測量排水流量。在

8、高壓配電室安裝防爆攝像頭2臺、水倉和出水口各設(shè)防爆攝像頭2臺，視頻信號通過光纖傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度室。三.功能特點上位機操作站主要完成集中監(jiān)視、數(shù)據(jù)管理、運行程序管理等以及與其他信息系統(tǒng)的通訊。兩臺操作站其中一臺兼作工程師站，通過授權(quán)操作，可以實現(xiàn)設(shè)定值修改、控制軟件修改和升級等。隔爆兼本安控制器主要完成對泵站水泵等設(shè)備的控制、保護、操作顯示及與上位機的通信。3.1.參數(shù)監(jiān)測自動采集實時運行參數(shù)如水倉水位、流量、壓力、溫度等，集中顯示監(jiān)測。自動實時采集設(shè)備運行狀態(tài)、電源工作狀態(tài)等參數(shù)，集中顯示監(jiān)測。掌握各設(shè)備動作情況，收集報警信息，同時對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)按要求進行篩選處理，并存入數(shù)據(jù)庫，自動生成實

9、施曲線和歷史曲線。包括： 模擬量的采集與處理：a. 對電量和非電量進行周期采集，越限報警等，最后經(jīng)格式化處理后形成實時數(shù)據(jù)并存入實時數(shù)據(jù)庫。b. 泵站主要的模擬量是水倉水位、流量、壓力、電壓、電流、功率等，經(jīng)PLC采集并傳遞到控制系統(tǒng)顯示和處理。流量有實時流量和累積流量積算顯示功能，根據(jù)流量自動判斷水泵是否真正啟動并正常運行，實現(xiàn)閉環(huán)監(jiān)控，同時根據(jù)水泵開停時間計算排水時間并顯示。 開關(guān)量的采集與處理a. 采集事故信號、斷路器及重要繼電保護的動作信號等中斷開關(guān)量信號，能以中斷方式迅速響應(yīng)這些信號并作出一系列必要的反應(yīng)及自動操作。中斷開關(guān)量信號輸入為無源接點輸入，中斷方式接收。b. 采集各類故障信

10、號、隔離開關(guān)的位置信號、排水泵及輔助設(shè)備運行狀態(tài)信號、手動自動方式選擇的位置信號等非中斷開關(guān)量信號，對這些信號的采集方式為定期掃描。對信號的處理包括光電隔離，接點防抖動處理，硬件及軟件濾波，數(shù)據(jù)有效性合理性判斷，啟動相關(guān)量功能(如發(fā)事故報警音響，畫面自動推出以及自動停機等)，最后經(jīng)格式化處理后存入實時數(shù)據(jù)庫。 開關(guān)量輸出特指各類操作指令。輸出這些信號前進行校驗，經(jīng)判斷無誤后送至執(zhí)行機構(gòu)，為保證信號的電氣獨立性及準確性，開關(guān)輸出信號經(jīng)光電隔離，接點防抖動處理后發(fā)出。3.2.水泵機組和輔助設(shè)備控制控制對象：水泵機組、供配電設(shè)備、局扇設(shè)備、高壓設(shè)備開關(guān)合/分操作等。（1） 水泵機組智能控制。自動控制

11、開、停水泵機組，泵組聯(lián)合運行的投/切控制。根據(jù)工藝要求和水位等各種整定值、設(shè)定限值進行自動控制。² 實現(xiàn)單臺水泵運行自動控制；² 實現(xiàn)多臺水泵智能優(yōu)化控制。系統(tǒng)根據(jù)水位、壓力、時間控制原則，自動實現(xiàn)水泵的輪換工作，最大限度延長了水泵的使用壽命?？刂破靼垂に嚥僮饕蠹翱刂茥l件，按一定的控制規(guī)律開、停泵站設(shè)備。對水位進行自動檢測，根據(jù)水位情況設(shè)置有高高限、高限、低限、低低限、報警及連鎖功能。對泵出口壓力及總管壓力進行自動檢測，設(shè)置壓力高高限、高限、低限、低低限報警及連鎖功能。根據(jù)水位、壓力及泵工作工況對泵進行自動控制，按照設(shè)定的程序自動控制水泵的輪值運行。當水位升至某一設(shè)定的水

12、位值時，PLC系統(tǒng)將自動按次序依次開啟一臺至多臺水泵投入運行，計算水位變化速率，改變水泵的運行臺數(shù)，直到水位能保持在正常范圍內(nèi)為止?？刂破鞲鶕?jù)記錄的每臺設(shè)備運行的時間數(shù)及運行狀況，優(yōu)先啟動運行時間較少故障率較小的泵。反之，當水位降至某一設(shè)定的水位值時自動減少水泵的運行臺數(shù)。優(yōu)先停運行時間較長的泵。同時，系統(tǒng)累積各個水泵的運行時間，自動輪換啟停，保證各水泵累積運行時間基本相等，使其保持在最佳運行狀態(tài)。水泵輪值時保證在輪值水泵啟動正常的情況下，才可以令當前運行水泵停止工作。當水位降至運轉(zhuǎn)水位時，自動控制全部水泵停止運行?？刂破鲉觽溆帽玫脑瓌t是選擇運行時間最少的泵機組，停機的原則是停運行臺時最長的

13、泵機組，這樣能做到每臺泵機組運行時間大致相同，避免有的泵機組長期不運轉(zhuǎn)而受潮損壞?？刂破鞅ＷC泵機組的開、停次數(shù)不頻繁?？刂破鳈z測到超限水位，并有上升趨勢，同時泵機組均處于運行狀態(tài)時，控制器送報警信號到中央計算機，并在操作站CRT上彈出操作窗口，提示值班人員采取應(yīng)急處理措施，調(diào)整進入泵站（水倉）的水量，保證泵站（水倉）安全。² 系統(tǒng)根據(jù)用戶工藝水位要求、現(xiàn)場實際條件情況以及電網(wǎng)負荷和供電部門的規(guī)定，以“避峰填谷”原則確定合理水位設(shè)定值，優(yōu)化開、停水泵時間，從而合理地利用電網(wǎng)信息，使水泵機組最大限度在低電費區(qū)間運行，降低運營費用提高礦井的水泵運行的經(jīng)濟效益。 ² 系統(tǒng)根據(jù)水位和

14、涌水量信息，自動投入和退出水泵運行臺數(shù)，合理地調(diào)度水泵運行。（2）安全保護聯(lián)鎖控制。根據(jù)設(shè)備運行狀態(tài)、異常故障信息等進行安全聯(lián)鎖控制、報警，順序停機，保障設(shè)備、礦井、人身安全。主要保護有：u 超溫保護：水泵溫度過高，停機并報警。u 缺水保護：潛水泵電機出現(xiàn)漏水現(xiàn)象報警，嚴重缺水時，聯(lián)鎖停機報警。u 流量、壓力、水位保護：水泵啟動后，出口流量、壓力異常，停機并報警；水泵進水環(huán)境水位偏低，報警并按規(guī)程處理。u 故障保護：水泵等設(shè)備工作電流、電壓不正常，立即報警并按規(guī)程處理。3.3.運行監(jiān)視和事件報警 運行實時監(jiān)視控制系統(tǒng)可以使運行人員通過操作站對全站各主設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視。所有要進行監(jiān)視的

15、內(nèi)容包括當前各設(shè)備的運行及停運情況，并對各運行參數(shù)進行實時顯示。 參數(shù)越限報警記錄控制系統(tǒng)將對某些參數(shù)以及計算數(shù)據(jù)進行監(jiān)視。對這些參數(shù)量值可預(yù)先設(shè)定其限制范圍，當它們越限及復(fù)限時要作相應(yīng)的處理。這些處理包括越限報警，越復(fù)限時的自動顯示、記錄和打?。粚τ谥匾獏?shù)及數(shù)據(jù)還應(yīng)進行越限后至復(fù)限的數(shù)據(jù)存儲及召喚顯示；啟動相關(guān)量分析功能，作故障原因提示。對于一些重要參數(shù)要有趨勢報警。 事故順序記錄當水泵機組發(fā)生事故造成跳閘動作等情況時，控制系統(tǒng)立即以中斷方式響應(yīng)并自動顯示、記錄和打印事故名稱及時間；記錄和打印相關(guān)設(shè)備的動作情況，自動推出相關(guān)畫面，做事故原因分析及提示處理方法。 故障狀態(tài)顯示記錄系統(tǒng)定時掃查

16、各故障狀態(tài)信號，一旦發(fā)生狀變將在顯示器上即時顯示出來，同時記錄故障及其發(fā)生時間，并可用語音報警。系統(tǒng)對故障狀態(tài)信號的查詢周期不超過2秒。統(tǒng)計與制表對采集的定時數(shù)據(jù)與檢測的事件進行在線計算，打印輸出各種運行日志和報表。人機接口在線顯示實時圖形，使運行人員對泵站運行過程進行安全監(jiān)視，并通過主控站微機功能鍵盤，運行人員可以在線調(diào)整畫面，顯示數(shù)據(jù)和狀態(tài)，修改參數(shù)，控制操作等。設(shè)置根據(jù)工作人員職權(quán)不同，操作權(quán)限不同。畫面顯示畫面顯示是泵站控制系統(tǒng)的主要功能。畫面調(diào)用將允許自動及召喚方式實現(xiàn)。自動方式指當有事故發(fā)生時或進行某些操作時有關(guān)畫面的自動推出，召喚方式指操作某些功能鍵或以菜單方式調(diào)用所需畫面。畫面

17、種類包括單線圖、泵站布置圖、棒形圖、曲線、各種語句、表格等。 3.4 數(shù)據(jù)通信及系統(tǒng)擴展 與上級管理調(diào)度系統(tǒng)的通信（預(yù)留接口） -將泵站的有關(guān)數(shù)據(jù)和信息通過光纜（或無線通信方式）上傳到上級管理調(diào)度中心 -通過過光纜（或無線通信方式）接收管理調(diào)度中心下發(fā)的各種命令 -實現(xiàn)雙向?qū)崟r通訊，提供標準通信協(xié)議文本和接口配合 控制系統(tǒng)與設(shè)備的數(shù)據(jù)通信與第三方系統(tǒng)或設(shè)備進行通訊，如：變電站監(jiān)控系統(tǒng)、主井提升監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)機房監(jiān)控系統(tǒng)、礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)、壓風(fēng)機房監(jiān)控系統(tǒng)、選礦廠監(jiān)控系統(tǒng)等。 系統(tǒng)擴展工業(yè)以太網(wǎng)、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、模塊化軟件結(jié)構(gòu)、標準化接口使系統(tǒng)具有極易擴展性。系統(tǒng)留有擴展接口，實現(xiàn)與后續(xù)工程的連

18、接。4. 運行控制方式控制方式可分為：遠程自動、遠程手動、就地集中、就地手動控制方式（1）遠程自動：在上位機上選擇此方式，水泵根據(jù)液位自動起動，即恒液位控制。（2）遠程手動：在上位機上選擇此方式，鼠標選擇相應(yīng)水泵點擊起動再確認。（3）就地集中：在主控制箱上選擇此方式，按下相應(yīng)水泵起、停按鈕，一“鍵”式完成水泵開、停。（4）就地手動：每臺水泵配置就地控制箱，在就地控制箱上選擇此方式，按下就地控制箱相應(yīng)設(shè)備起、停按鈕，直至完成水泵開、停。就地控制優(yōu)先于遠程控制，手動控制優(yōu)先于自動控制。勝利服務(wù)廠潛水泵自動化控制系統(tǒng)設(shè)備明細表序號名稱型號規(guī)格單位數(shù)量單價總價生產(chǎn)商一中央控制室（調(diào)度室）1工控計算機研華酷睿2.4G/2G/320G/22”液晶套27,260 14,520 研華2激光打印機HP1005臺11,760 1,760 HP3UPS電源山特 C2K/兩小時臺14,895 4,895 山特4視頻控制主機酷睿2