中央水泵房设计方案.(2)

唐山开诚电器有限责任公司 山西新元煤矿水泵自动化控制系统设计方案

时，利用三趟排水管路中一趟管路排水，相应排水管路电动闸阀开启，其余两个电动闸阀处于关闭状态。

二、系统要求

1. 能够自动采集、显示水泵的各种运行参数；

2. 能够根据水仓水位、生产工作制及负荷情况控制水泵自动工作。 3. 能够根据监测到的信号判断水泵的工作情况，故障时能及时发出报警信号，并根据故障类型停泵。

4.可自动、手动控制水泵的启停及电动闸阀的开、关。 5. 在矿井地面调度监控中心可完成对水泵控制的各种操作。 6. 系统应能与矿井综合调度系统无缝连接，实现数据的共享。

三、设计方案

系统控制柜采用防爆型，配以本安操作台实现对水泵的自动控制，在水泵房设一台防爆控制站。系统应具有现场可编程、输入/输出点数可扩展、显示操作简便等特点，除能完成水泵的单机控制外，还可通过RS485或工业以太网传输接口模块与设置在井下中央变电所的网络交换机连接，由井上调度中心监控所有排水泵等被控设备。

控制系统应具有较强的抗干扰能力，并具有汉字显示功能,可自动汉字提示故障信号和系统有关信息。

系统的主要监测信号有：各水泵及真空泵的开停信号；各电动闸阀的开关位置信号；排水管路的流量；水仓的水位信号；水泵的真空度、排水压力；电机温度及电机轴承温度信号；水泵电机的工作电流等。

系统的控制信号有：主电机的开停控制；真空泵开停控制；液动闸阀控制。

为实现控制系统的功能，在每台水泵出口各设三台电动闸阀对应三趟排水管路；在三趟排水管路上安装三台超声流量计，以检测排水量；在两个水仓分别设一超声波水位计及响应液位开关，以检测水仓水位。可实现低水位—用于停泵信号；第一水位—用于启动第一台水泵信号；高水位—用于启动第二台水泵运行信号；危险水位—用于启动备用泵信号。另外，为更好地保护电机，还应各设一台红外温度传感器，以检测电机轴承温度。 系统应预留水窝排水泵液动闸阀控制和监测接口，由PLC实现水窝的自动排水。 系统功能:

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1、自动控制功能

根据工况设定，以及时间、水位、煤矿用电负荷等参数自动开启、停止水泵的运转，并能实现泵阀的联锁启动，对运行中的各种参数进行实时监控，通过接口向上传送数据。

1）地面计算机统计出每天矿井的用电负荷情况，确定用电高峰、低谷时间，并将参数传给本机；或在本机上根据统计出的时间进行设定。 2） 根据所监测的水位信号，设定出低水位、第一水位、高水位、危险水位信号。低水位时停泵；第一水位时启动第一台水泵；高水位时启动第二台水泵；危险水位时启动备用泵。

3）每台水泵设置运行、备用和检修三种工作方式，该方式可直接在本机上设定或由地面主机设定。当水位达到高位或不在高位而处在用电低谷时间内，将自动启动运行泵，当达到低位或不在高位而处在用电高峰时间内时自动停泵。当水位达到上限水位时，自动启动“运行泵”及“备用泵”，直到水位低于高位时停止“备用泵”只运行“运行泵”， 当达到低位或不在高位而处在用电高峰时间内时自动停泵。

4）系统可自动或手动选择以实现备用泵的循环启动和停止。 5）将本机工作方式转为“地面控制”时，各水泵由地面主机控制。 6）当运行的水泵出现轴承超温、开关柜故障、流量不够时自动停止运行，并提示、报警。

2. 手动控制功能：根据实际需要也可以从自动控制方式切换到手动控制方式。此方式下操作人员在分站上人工手动控制。

3. 单机自动控制：地面监控主机将工作方式切转到单机自动时，可在地面监控主机上单独控制系统中的各设备。此时各分站仍处于自动状态，当保护信号动作时仍报警停机。

4. 就地手动控制：各设备工作方式打到就地位置时，可直接在开关柜上人工手动控制。此方式主要用于设备检修时。

5. 现场编程：用户可在现场通过面板上的键盘对程序或参数进行修改。 6. 组网功能：该分站与水窝排水控制器一起挂接在中央变电所的网络交换机上，通过交换机与全矿综合自动化系统连接。

7. 水泵运行计量/时间/运行统计：在地面控制站上应可分别对每台水泵的运行电耗、工作时间等进行统计，便于管理人员及时掌握每台水泵的工况。

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8. 图形曲线显示：在地面控制站上应可实时显示各设备运行图。并提供开放式的图形制作软件，用户可随心所欲描绘各种动态图形、静态图形，同时支持多种图形格式（Bmp、Jpg、Gif、Icon、Avi等等），图形画面具有链接功能，可以很方便地切换其它画面显示。可显示实时曲线，可显示年、月、日各时间段的历史曲线和具体数据表。

9. 实时报警/报警记录：在现场PLC控制器上可汉字显示各故障信息并报警，在地面控制站上可显示现场单元当前的报警信息以及保存的报警记录。

四、 系统功能与特点

本设计方案是唐山开诚电器有限责任公司根据新元矿中央泵房控制原理图而设计。本系统投入后，可使中央泵房系统更加安全可靠，提高排水能力，降低事故率，减少故障处理时间，提高矿井效益。能够最大限度地减少因电控系统故障而造成的事故，提高供电、排水系统的可靠性，节约设备维修费用，延长设备使用寿命。

为达到主排水系统安全可靠运行，系统实现自动化控制是很有必要的。同时，根据现在的技术水平，配备先进的检测、监控系统，完成水泵的自动开停和工况检测，实现主排水系统自动化控制。

本控制系统在井下泵房集控室设PLC集中控制站，采集各种信号，按照工艺流程控制各台水泵及相应的电动闸阀，显示各种工作状态。整个集中控制系统由PLC集控及监控部分、现场设备两大部分组成，具体配置见附表。

1. PLC配置及功能特点：

本系统采用SIEMENS公司的S7-300系列可编程控制器。S7-300是模块化中小型 PLC 系统，它能满足中等性能要求的应用。

---- 模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得

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S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。它具有如下特点：

SIMATIC S7-300的大量功能支持和帮助用户进行编程、启动和维护 。

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高速的指令处理

0.6~0.1ms的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。

?

浮点数运算

用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算

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方便用户的参数赋值

一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，这样就节省了入门和培训的费用。

?

人机界面 (HMI)

方便的人机界面服务已经集成在S7-300 操作系统内。因此人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面(HMI)从S7-300中要求数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送。

?

诊断功能

CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件

(例如：超时，模块更换，等等)。

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口令保护

多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经

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允许的复制和修改。

?

操作方式选择开关

操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序。

---- SIMATIC S7-300

具有多种不同的通讯接口：

?

多种通讯处理器用来连接AS-i接口、PROFIBUS 和工业以太

网总线系统

? ?

通讯处理器用来连接点到点的通讯系统

多点接口(MPI) 集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、

人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。 ---- 这是一个经济而有效的解决方案；方便用户的step7的用户界面提供了通讯组态功能，这使得组态非常容易、简单。 ---- CPU 支持下列通讯类型：

?

过程通讯

通过总线(AS-i或PROFI- BUS)对I/O模块周期寻址(过程映象交换)

?

数据通讯

在自动控制系统之间或人机界面(HMI)和几个自动控制系统之间，数据通讯会周期地进行或被用户程序或功能块调用。 2. 本监控系统具有以下几方面特点：

1) 选用先进的控制器，系统的实时性好，可靠性高，数据处理速

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