1、1. 概述1.1 重要性礦用自動排水裝置是根據煤礦井下的實際情況，在原來的設施基礎上進行自動化改造，以使設備在無人職守的情況下自動運行和自我診斷的一套系統。通過工業計算機的決策控制，對設備的運行狀態、運行過程進行自動檢測、自動控制，使設備達到最佳工作狀態，從而達到有效地節約能源、降低勞動強度、降低運行成本和延長設備使用壽命等目的。基于以上原因實現礦井排水自動化控制和地面遠程監控：第一：可依據水倉水位起停水泵，提高水泵有效利用率，大大降低生產成本。第二：可減少看護人員，相應減少工資投入，并可充實設備維護檢修隊伍，提高維護質量，減少事故發生，變事故發生后的被動檢修為主動的定期檢修，提高設備的使用率

2、。第三：可以保證安全生產，改善工作環境，提高勞動生產率。第四：可有效的保護水泵電機等設備。延長使用壽命，減少事故停機時間，提高排水能力。第五：通過調整開停時間避開電力負荷高峰期，有效地削峰填谷，節約電費開支。1.2 現場情況我礦生產用水是以井下東嶺泵房深井泵泵水至東嶺水倉，再由水倉水泵泵至地面東嶺高山水庫，通過自壓水向各個工作面供水。a) 東嶺高山水庫容量2200噸，至1152大巷高260米。b) 東嶺水倉由主副水倉構成，主水倉1200噸，副水倉600噸。c) 現增加潛水泵2臺。d) 因要實現自動化控制，高壓開關4臺需要更換保護器，低壓饋開2種需要廠家提供通訊協議，軟啟動4臺、照明綜保1臺無通

3、訊接口需要更換設備。2. 設計依據與選型原則2.1 設計依據 GB3836.1-2000 爆炸性氣體環境用電氣設備 第1部分：通用要求GB3836.4-2000 爆炸性氣體環境用電氣設備 第4部分：本質安全型“i”GB50017-2003 鋼結構設計規范GB50040-1996 動力機器基礎設計規范GB50054-1995 低壓配電設計規范GB50055-1993 通用用電設備配電設計規范GB50093-2002 自動化儀表工程施工及驗收規范GB50215-2005 煤炭工業礦井設計規范GB50451-2008 煤礦井下排水泵站及排水管路設計規范GBJ42-1981 工業企業通信設計規范GB/

4、T13729-2002 遠程終端設備GB/T13926.24-1992 工業過程測量和控制裝置的電磁兼容性AQ6201-2006 煤礦安全監控系統通用技術要求MT209-1990 煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求MT/T772-1998 煤礦安全監控系統主要性能測試方法MT/T1008-2006 煤礦安全生產監控系統軟件通用技術要求煤礦安全規程 （2010年版）2.2 選型原則符合煤礦安全規程第四百四十四條“井下電器設備選用規定”。所有設備最低配置為“礦用一般型”設備，優先選用本安型設備和防爆設備。符合煤安監技裝字2001109號“關于公布執行安全標志管理的煤礦礦用產品目錄（第一

5、批）的通知”、所有設備應有“安標”。選用可靠性高、智能型、先進性、可擴展型、兼容性強的設備。選用布線簡單的設備。系統所選設備在工作安全可靠、實用的前提下，還要充分考慮技術的先進性。系統的硬件設計要充分考慮到將來擴充的需要，控制器的選用要留有足夠的余量。系統的網絡接口要配置完善，為將來集成其他采區泵房子系統或接入礦井信息化系統預留接口。3. 系統組成及工作原理3.1 系統組成 主排水自動控制系統，利用工業以太網環網，將主排水自動控制系統就近原則的接入到礦井工業以太環網中，最終可以在全礦礦井綜合自動化調度集成平臺對水泵的運行工況進行監測并可以遠程控制。3.2 工作原理 工程建設要求最終能夠達到減人

6、提效，集中監測、監控礦井排水系統的工序節點，可靈活地設置監控模式，并可進行實時的高質量的數據傳輸，方便存儲數據和檢索歷史數據。每臺水泵放置一臺礦用隔爆兼本安型可編程控制箱，用于完成正壓、負壓、溫度、流量的模擬量采集；完成閘閥開到位、關到位、電機運行狀態等開關量的采集；完成閘閥開、關，球閥開、關，電機開啟、關閉等控制設備的執行。在操作工值班處，設置一臺礦用隔爆兼本安型顯示控制箱，用于與每臺可編程控制箱通訊，并把泵房所有數據上傳給上位機，完成數據的采集、臨時存儲及數據交換。自動工作模式下，根據水泵的使用效率，調度每臺水泵的開啟與關閉；遠程工作模式下，接收上位機的開啟與關閉指令，下達相應的控制箱，完

7、成水泵的開啟與停止操作。數據采集由PLC自動實現，PLC輸入模塊經過各種傳感器將開關量信號采集變送至PLC中作為邏輯處理條件和依據。連續檢測水倉水位，將水位變化信號進行轉換處理。檢測正壓、負壓、排水管路流量等、控制水泵啟、停。地面畫面組態需采用組態軟件進行組態顯示，有整個泵房的總體運行畫面，有單個水泵的運行畫面，有歷史曲線、報警記錄、參數設置、狀態查看、操作幫助信息、水泵運行統計等畫面。4. 系統功能及特點4.1 系統功能具有遠程啟動、停止、復位和測試功能，并可進行地面遠程編程、故障（保護）屏蔽及控制方式轉換；具有 “自動”、“手動”、“檢修”、“遠程”四種工作方式，工作方式可直接在井下控制柜

8、上設定或由地面主機設定。4.1.2 自動a) 由液位傳感器連續監測水倉水位，根據水倉和吸水井的水位，自動開停水泵及其閥門，在正常水位時，各水泵自動輪換工作，在危險水位時，自動投入必要數量的水泵。b) 根據所監測的水位信號，設定出低水位、中水位和高水位信號。低水位時停泵；中水位時水泵一臺運行、兩臺備用；高水位時，依據水位上升趨勢，依次開啟1#、2#、3#、4#水泵。c) 可根據工況設定，以及時間、水位、煤礦用電負荷等參數，根據避峰填谷的原則自動開啟、停止水泵的運轉，并能實現泵閥的聯鎖啟動，對運行中的各種參數進行實時監控。d) 當運行的水泵出現軸承超溫（先報警，后報故障）、開關柜故障、流量不夠或壓

9、力突然降低時自動停止運行，并提示報警。通過接口向上傳送數據、畫面。4.1.3 手動操作人員根據水倉顯示水位，人工手動開停水泵及確定開泵臺數，電機及其閥門的開、停由PLC自動執行。可現場就地或地面監控中心就地完成，對運行中的各種參數進行實時監測，通過接口向上傳送數據。4.1.4 檢修維修人員用操作按鈕可操作任一水泵電機、電動閘閥、電磁閥的開關，解除相互閉鎖關系。4.1.5 遠程由地面監控中心選擇“遠程控制”界面，該狀態下可以進行“手動”和“自動”狀態的控制。 “參數設置”畫面，可進行不同設置，一定要保證閘閥開度不為0，然后選擇“循環開泵”，（選擇循環開泵時，最好先選擇一個，然后確定，再選擇另一個

10、，要保證選擇開泵時的時間不在“水泵開泵時間設置”時間段內。）當系統狀態在“自動狀態”下時，操作員可以進入單臺泵界面下，進行“一鍵啟動”或“一鍵停止”。4.1.6 網絡功能在地面機電監控中心設置上位機，將現場設備運行狀態、故障狀態、傳感器信號等傳輸到上位機，并入礦井信息化系統。4.1.7 故障自診斷功能可準確判斷故障類型、位置并能進行圖像和語音提示及打印輸出，故障自動切換時間小于20秒。4.1.8 實時報警/報警記錄當被測參數超限、保護動作及設備運行狀態改變后，在井下控制柜及地面上位機均可發出語音、文字告警提示，并進行聲、光、語音報警。實時保存信息。4.1.9 圖形曲線顯示在地面上位機上實時顯示

11、各設備運行狀態圖。顯示實時曲線，可顯示年、月、日各時間段的歷史曲線和具體數據表。4.1.10 打印功能實時或按時間段打印相關設備的運行參數（如運行時間、電機電流等）和運行狀態（如開停狀態、故障類型、故障發生時間等）。主要數據保存至少一個月，對數據進行綜合處理，滿足報表統計、曲線圖、柱狀圖顯示并能打印輸出。4.1.11 水泵運行計量/時間/運行統計在地面控制站上應可分別對每臺水泵的運行電耗、工作時間等進行統計，便于管理人員及時掌握每臺水泵的工況。5. 工作方式5.1 啟動狀態5.1.1 自動將工作方式選擇開關旋在“自動”位置。當水倉水位高于低水位時，計算機將自動選定待開水泵，按照所設定的運行程序

12、，自動啟動待開水泵。5.1.2 檢修工作方式選擇開關旋在“檢修”位置。此方式遠程啟動不起作用?？刂品绞揭姟笆謩印薄?.1.3 手動工作方式選擇開關旋在“手動”位置；選定待開水泵與潛水泵；首先啟動潛水泵，待泵體內充滿水后啟動主排水泵；打開所啟動水泵的出水口電動閘閥，并觀察電機、水泵運轉情況是否正常。5.2 運行狀態5.2.1 水泵在運行期間，應經常進行以下觀測，發現問題及時采取措施：-電壓不得超過額定值的5，電流不得超過額定值。-觀察壓力、真空和流量指示的變化情況。-觀察模擬量的顯示和水倉水位的變化情況。-電機和水泵有無異狀。-檢查進、出水管路，泵體、閘門、盤根密封等有無漏水現象。5.2.2 水

13、泵在運行期間出現下列情況之一時，應緊急停泵：-水泵不上水。-水泵或電機有異狀。-電機或電氣設備冒火和冒煙。-泵體嚴重漏水。-平衡水失常。5.3 正常停泵5.3.1 自動水泵在“自動”工作方式下運行，當水倉水位低于低水位時，計算機首先停止主排水電動閘閥，依次停止主排水泵、潛水泵。5.3.2 檢修水泵在“檢修”工作方式下運行，需要停泵時，司機應按照下列順序操作：-關閉出水管路電動閘閥；-關閉水泵出水口電動閘閥，嚴禁閥門在開通位置停機；-待閥門關閉到位后，停電動機。5.4 故障停泵5.4.1 自動水泵在“自動”工作方式下運行時，當發生故障時，計算機將按照所設定的停泵程序自動停止運行水泵。5.4.2

14、檢修水泵在“檢修”工作方式下運行時，當發生故障需要停泵時，應按下列順序操作：-同時關閉管路和水泵出水口的電動閘閥，嚴禁閥門在開通位置停機；-待閥門關閉到位后，停電動機；-不論水泵在哪一種工作方式下運行，當發生故障需要緊急停泵時，司-機可按下“急?！卑粹o(帶機械自鎖)。-故障排除：按“故障復位”按紐，使系統恢復正常。6. 系統主要組成部分6.1 電動閘閥6.1.1主要特點1、 流體阻力小，啟閉時所需力矩??；2、 全開時閘板所受工作介質的沖蝕??；3、 無安裝方向要求，雙向密封，流阻小，使用壽命長；4、 工作電壓660V；5、 承壓：16Mpa6、 口徑：符合我礦管路口徑范圍。6.1.2執行標準符合

15、國家標準和行業標準要求。6.2 閘閥控制箱6.3 GPD40壓力傳感器，GPD0.1F負壓傳感器6.3.1 概述 GPD40型煤礦用壓力傳感器型可對礦井管路正壓進行連續監測。它可以實時地顯示被測點的差壓值。使用環境條件： 環境溫度：0-40； 平均相對濕度：98%RH； 大氣壓力：80KPa -106KPa； 無顯著振動和沖擊的場合； 煤礦井下有爆炸性混合物，但無破壞絕緣的腐蝕性氣體的場合。6.3.2 主要技術參數 工作電壓：直流12V18V 工作電流：電壓為18V時55mA 基本誤差： 2% 輸出信號: 4-20mA 信號傳輸距離:2Km 測量范圍：0-10MPa(負壓為-100-0Mpa)

16、 過載能力：150%最大測量值 防爆型式: 礦用本質安全型 防爆標志: “ExibI”6.4 流量傳感器6.4.1 概述主要用途及使用范圍礦用本安型超聲波流量傳感器（以下簡稱流量傳感器）采用低電壓多脈沖平衡發射接收專利技術設計的一種全新通用時差型多功能超聲波傳感器，適用于工業環境下連續測量不含大濃度懸浮粒子或氣體的大多數清潔均勻液體的流量和熱量。6.4.2 使用環境條件環境溫度540；海拔高度不超過2000m；空氣相對濕度不大于95（25時）；在有瓦斯、煤塵爆炸危險的場所；在無破壞絕緣的腐蝕性氣體或蒸汽的場所；在無顯著振動和沖擊的場所；污染等級為3級；安裝類別為類。6.5 液位傳感器6.5.1

17、 概述-主要用途及使用范圍礦用本安型超聲波物位傳感器主要用于煤礦井下水位的檢測，安裝在水位上方，輸出電流信號，用于對水位進行實時監測，本產品采用高精度芯片，具有自動功率調整、增益自動控制，溫度補償，有效保證了數據的準確性、穩定性?？捎糜跍y試各種液體的高度及固體物料的高度。6.5.2 使用環境及條件環境溫度540；海拔高度不超過2000m；空氣相對濕度不大于95（25時）；在有瓦斯、煤塵爆炸危險的場所；在無破壞絕緣的腐蝕性氣體或蒸汽的場所；在無顯著振動和沖擊的場所；污染等級為3級；安裝類別為類。6.5.3 工作原理由換能器（探頭）發出高頻超聲波脈沖遇到被測介質表面被反射回來，部分反射回波被換能器

18、接收，轉換成電信號。超聲波脈沖以聲波速度傳播，從發射到接收到超聲波脈沖所需時間間隔與換能器到被測介質表面的距離成正比。根據發射和接收的時間差計算出發射點到被測物的實際距離。6.5.4 技術特性-輸入電壓：DC18V；-工作電流：20mA；-盲區： 0.4m；-發射角度：12o。-量程：010米。6.6 隔爆高壓開關因我礦東嶺高壓開關要實現自動化遠程控制，所以需要更換高壓配電裝置綜合監控保護器。保護功能 三段式過電流保護 電流型漏電保護 三種特性反時限過電流保護 電纜絕緣完好性監視保護 功率方向型漏電保護 “異頻信號法”選擇性漏電保護 斷相、缺相、反轉保護 風電閉鎖遠程斷電保護 低（欠）電壓保護

19、 瓦電閉鎖遠程斷電保護 過電壓保護 PT斷線保護 零序過壓告警 保護動作閉鎖合閘 溫度監視告警 相序錯誤告警 級聯縱差保護 遠程故障模擬實驗功能6.7 隔爆饋電開關因東嶺低壓饋電開關需要遠程自動化控制，需要廠家提供保護通訊協議。6.9 照明綜保技術要求東嶺現使用照明綜保無通訊接口，所以需要更換l 執行標準：Q/SJMTK 0032009 GB38362000l 防爆型式：礦用隔爆型l 防爆標志：ExdIl 額定電壓（V）：1140、660/133。l 額定容量（KVA）：12l 額定電流（A）：2.02、3.50/17.4l 共頻耐壓值：2500Vl 主變壓器耐壓值：3600Vl 外殼顏色為黃

20、色。l 反時限過載保護l 短路保護l 斷相保護l 漏電保護與漏電閉鎖保護l 瓦斯報警保護功能l 保護器分別配有帶隔離RS-485/RS-232標準并帶通訊接口，通訊方式可用通信電纜線。6.10 潛水泵技術要求隔爆型潛水電泵技術要求1）揚程330米，流量150m3/h,立式安裝，數量3臺2）符合標準GB3836.1國家防爆標準.通用要求。2011版煤礦安全規程。符合原煤炭部83年煤礦機電設備完好標準3）技術要求u 電源頻率為50Hz，電壓等級1140/660V，允許5-10%。u 周圍介質溫度不超過40C。u 適用污物、煤塵和泥沙等固體顆粒含量體積比4%；介質重度 11KN/m3。u 能連續無故

21、障運行2500小時以上。u 密封符合國家標準要求。u 噪聲90dB(A)4）技術資料要求生產廠家應提供潛水泵總裝配圖，配件圖，使用軸承型號表，防爆電氣設備應提供防爆合格證、防爆電氣設備生產許可證、煤礦礦用產品標志證書和標志。6.11 軟啟動技術要求東嶺現使用磁力起動器無通訊接口需要更換帶通訊接口的軟啟動。1、 初始電壓：10-80%可設定；軟起時間：0-120S可設定；限流倍數：100-400%可設定；軟停時間：0-60S 可設定；突跳時間：0-3S 可設定；參數校準：電壓值，可設定；電流值，可設定；額定電流：可根據現場工況情況進行設定；速斷電流：可根據現場工況情況進行設定；過載電流：可根據現

22、場工況情況進行設定；過欠壓值：可根據現場工況情況進行設定；2、 停車方式：自由停車、軟停車，可設定；3、 起動控制：多種起動控制，斜坡電壓控制、限流控制、恒壓控制、突跳控制；4、 參數設置：界面操作、菜單化、中文語言、大屏LCD 顯示；5、 每小時起動次數鎖定：可根據現場工況情況進行設定；6、 通訊接口及通訊協議：RS485-Modbus 或RS485-Profibus；7、 參數顯示：顯示電源電壓、電機電流、起動時間及各種故障狀態8、 界面采用大型液晶中文顯示；9、 整機可進行低壓380V 測試；10、中高壓電動機固態軟起動裝置：柜體顏色：RAL7032防護等級：不低于IP4011、優先選用

23、先進的電流變換技術，晶閘管的觸發系統采用脈沖變壓器隔離技術和光纖傳輸技術，晶閘管的觸發檢測與低壓控制回路之間進行有效控制；12、主控板要采用雙CPU 結構，產地采用美國微芯多位數字信號處理器DSPIC 執行核心控制,并選用高性能的PIC 單片機對數據和通信進行管理,使設備控制實時高效、穩定性好；13、可根據實際情況在現場調整有關參數后，每次都能根據設定好的參數起動，以獲得滿意的起動特性；14、軟起動器具有RS-485或Profibus通信接口可選，可與上位機或集中控制中心進行通信；15、軟起動器具備完善的保護功能，如自檢、晶閘管溫度、過電流、過電壓、欠壓、電機接地、缺相、電機溫度“通過繞組自身

24、電阻受溫度變化不同電阻值不同的溫度控制”、在線控制、監測、診斷功能、以上信息必須通過顯示屏漢字顯示 16軟起動器的控制方式具有斜坡電壓控制、斜坡電流控制、限流控制、恒壓控制、軟?？刂频龋饎臃绞骄哂鞋F場按鈕起動、上位機遙控起動、鍵盤按鍵起動、組合起動等軟起動曲線和軟停車曲線可以根據實際工況進行設定；17、軟起動器裝置具有旁路功能，起動平穩，對機械設備無沖擊,起動過程完成后自動發信號平穩地切換到旁路運行。18、軟起動器預留系統信號接點：軟起器輸出信號接點：軟起狀態信號：常開和常閉觸點運行狀態信號：常開和常閉觸點軟起總故障信號：常開和常閉觸點軟起總報警信號：常開和常閉觸點允許起動信號：常開和常閉觸

25、點軟起內各真空開關合閘信號：常開和常閉觸點外部輸入信號接點：開關柜合閘信號：一常開接點開關柜分閘信號：一常閉接點開關柜允許信號：一常開接點以上各接點信號均為無源干接點19、顯示屏為LCD，具有背光、屏幕保護功能，采用中文菜單顯示，人機界面良好，具有事件記錄功能，保存最近發生的事件，可通過顯示屏顯示每個事件發生的故障原因和時間；20、軟起動柜能即時顯示電源電壓、電機電流等相關參數。7. 實施方案7.1 每臺水泵放置1臺礦用隔爆兼本安型可編程控制箱，控制箱使用西門子PLC為主控器，核心部件全部選用進口品牌?？刂葡溆糜诳刂?臺電動閘閥的開啟與關閉；用于采集正壓、負壓、溫度、流量等模擬量參數；采集閘閥開關到位信號、電機啟停信號等開關量數據。通過網絡與主控箱通訊。7.2 在操作工值班處設置一臺顯示控制箱，用于采集3臺泵的各種數據，匯總并傳輸給上位機。并根據水位的上升曲線、合理根據避峰填谷的原則，調度每臺水泵的開啟與關閉。顯示控制箱有語音輸出功能，對各