主排中央水泵房自动化控制方案说明目录一、系统概述 (3)二、设计依据 (5)2.1 设计依据 (5)2.2 适用环境 (6)2.3水泵及控制对象描述 (6)2.4 现场情况及系统配置 (6)三、系统特点 (7)3.1 安全可靠性 (7)3.2 经济性 (13)3.3 适用性及先进性 (13)四、系统设计原则 (14)4.1 安全可靠性 (14)4.2 先进性 (14)4.3 经济性 (14)五、系统构成 (15)5.1 系统结构图 (15)5．2 水泵管路系统图 (17)5．3 布线图 (19)5.4 KJP-660-30矿用隔爆兼本安型控制器 (20)六、系统功能 (20)6.1 系统功能综述 (20)6.2 运行模式 (22)6.3 系统参数的采集 (23)七、系统工作原理及配置 (25)7.1系统工作原理及工作方式 (25)7.2水泵控制的控制原则 (26)7.3系统配置 (27)八、上位机软件操作界面（参考） (29)九、传感器介绍 (36)9.1 LCZ-803矿用隔爆兼本质安全型数字超声波流量计 (36)9.3 GUY10煤矿用投入式液位传感器 (37)9.4 DFH20矿用防爆电动球阀组成 (38)9.5 GYD本质安全型压力变送器 (39)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。
但目前矿井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。
国家安全生产监督管理总局2009年12月1日实施的《煤矿防治水规定》第118条规定：受水威胁严重的矿井，应当实现井下泵房无人值守和地面远程监控，本系统正是根据此规定进行设计的。
井下主要排水设备必须有工作、备用和检修水泵，必须有工作和备用水管；并应有同水泵相适应的配电设备，能同时开动工作和备用水泵等。
井下的水泵电压高、功率大、启动复杂，水泵启动前吸水管路的充水，通常采用抽真空吸水的方法来完成。
现泵房内设备的运行与管理以及水仓水位的观察，普遍采用人工操作方式，操作过程繁琐、劳动强度大、水泵启动时间长、自动化程度低、不适应现代化矿井管理。
矿井中央泵房是矿山企业的机电要害场所，直接影响到矿山企业的安全生产，现在国内的矿山企业矿井中央泵房的自动化水平还不是很高，这影响了生产的安全生和高效性，矿井中央泵房无人值守自动化系统可以有效解决这些问题。
矿井中央泵房无人值守自动化系统应该具有以下的一些功能和特点：系统应满足水泵机组起停、故障诊断和数据处理上完全自动化，不需要人工干预；达到节约能源和人力资源的功能，并能长时间连续稳定地工作。
针对矿井的实际要求，本系统主要实现如下几项内容:1、采用集中控制器对水泵房设备运行实行在线监控，自动、手动控制水泵的启停及闸阀的开、关，并具有自诊断功能，可实现水泵房的无人值守。
2、控制系统通过以太网接入矿井工业以太干网，实现水泵监控子系统与全矿井的监控系统信息共享，满足全矿井自动化控制的要求。
3、集中控制器采用西门子S7300系列工业级PLC及先进的过程控制软件，综合考虑矿井各种安全信息，实现井下排水监控系统的最优控制策略；井下排水监控系统的报警，信息显示，报表统计处理全部融入整个矿井监控系统的数据系统。
4、水泵房现场以计算机图形界面结合现场操作，最大程度简化操作与状态显示。
5、根据水位控制原则，自动实现水泵的轮换工作。
6、结合水仓水位和全矿电力负荷信息，以“移峰填谷”原则确定开、停水泵时。
7、系统具有多种通讯协议可选，可与系统互联互通，软件修改可在控制室完成。
8、水泵监控子系统有三种工作方式，“自动”、“手动”、“检修”。
自动：自动控制下，控制室控制所有设备，并显示各水泵及闸阀工作状况和各种故障显示。
PLC采集各种信号。
集中控制室按照工艺流程及PLC闭锁程序顺序控制水泵及闸阀的开启。
由液位传感器连续检测水仓水位，根据吸水井的水位及其他因素，合理调度自动开停水泵及其阀门，在正常水位时，各台水泵能自动轮换工作，最大涌水及突出涌水时，自动投入必要数量的水泵运行。
此方式下可实现无人值守。
当水泵出现故障时，能够及时报警，并能够自动开启备用水泵。
根据水泵使用台数和水位变化率的情况可判断矿井涌水情况，从而确定水泵增加台数。
手动：操作工人根据水仓显示水位，人工手动开停水泵及确定开泵台数，电机及其阀门的开、停由PLC自动执行，即PLC完成单台水泵抽真空、启泵、开液压阀等自动控制，并完成运行停止。
检修：可操作任一水泵电机，闸阀，电磁阀的开关，可以实现不通过PLC完成水泵的启停。
相互动作互不闭锁。
9、实施监测水泵各工况参数，包括水位、电压、电流、压力、功率、温度、振动、真空度等。
10、实现远程编程、现场编程、完善修改系统功能。
11、具有较强的兼容性和扩展性。
12、根据以往同类设备运行的经验，自动注水环节对整个系统运行的可靠性起着至关重要的的作用，为保证该环节的可靠运行，采用工作原理不同而且抽真空管路相互独立的真空泵及水射流两种方式来完成自动注水环节。
采用运行可靠、实现真空度高、抽真空时间短的真空泵运行为主，以水射流为辅的原则。
为进一步提高可靠性，真空泵可采取一用一备的冗余配置。
水射流以消防洒水为能源。
二、设计依据2.1 设计依据某科技设计研究院《某煤业有限公司某煤矿+50中央水泵房主排水泵控制》《ZP-30矿用自动排水控制装置企业标准》Q/CN09-2009《KXJ1-200/660-3矿用隔爆兼本质安全型自动排水控制器企业标准》Q/CN08-2009GB 3836-2000爆炸性气体环境用电气设备系列标准《煤炭工业矿井设计规范》《煤矿安全规程》（2005）；《电工电子产品环境条件》GB4796《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB20062《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058《低压电器电控设备》GB4720-84《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施式及验收规范》GB50171-92 《低压开关和控制设备的外壳防护等级》IEC144《包装储运图示标志GB/T 》191-2000《高低压配电设计规范》(GB50054-95)《矿用一般型电器设备》(GB12173-90)《外壳防护等级的分类》(GB4208-84)《煤矿通讯、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》(MT209-90)《电力装置的继电保护和自动装置的设计规范》(GB50062-92)《应用电视设备安全要求》(GB14861-93)《安全防范工程程序与要求》(GA/T 75-94)《可编程仪器的数字接口》ANSI4882.2 适用环境海拔高度：≤1100m；工作温度： 0～60℃存储温度： -40～85℃工作湿度： 5～95%工作环境：无滴水及震动保护等级： IP54（不低于）防爆类型：隔爆，本安环境温度： -5°～+40℃；地震：抗震设防烈度为6度。
2.3水泵及控制对象描述主水泵：六台流量：扬程：结构说明：电机：6kV 710kW 采用电抗器降压启动系统供电电压：AC6K V±15％；电网为50Hz正弦波，电压幅值波动-10%～+10%；控制回路电压：系统的输入电源为两路独立的127V单相50HZ交流电，电源采用防爆型式,并配有后备电池。
控制对象：电动球阀（22个）、电液动闸阀（6台）、电抗降压启动器（6台）；2.4 现场情况及系统配置项目性质：新建项目设备类型：隔爆兼本质安全型隔爆型电动机：耐磨多级离心泵：数量：六台现场条件：煤矿井下温度信号：电机采购时自带一路PT100温度传感器检测电机运行温度，另加装温度传感器检测电机轴承温度。
流量信号：每路主排水管安装矿用超声波流量传感器压力、真空度：在每台水泵的吸水口安装本安型负压传感器、在每台水泵的出水口安装本安型压力传感器、在每路主排水管安装本安型压力传感器主排水管：两路防爆电动闸阀：六台提供开到位、关到位、过转矩等信号排真空方式：以抽真空为主、水射流为备用，排真空管路直径：1英寸电量信号：电流二次侧信号：AC 0-5A由低压智能馈电开关的微机控制综合保护器提供电压二次侧信号：AC 100V由低压智能馈电开关的微机控制综合保护器提供中央变电所进线电流：二次侧信号AC 0-5A水位检测：两台投入式液位传感器，一用一备；两只浮球开关备用。
控制方式：自动模式、软手动模式、远程控制模式、检修模式(配置就地控制箱) 地面控制中心：工控机、光口交换机、组态软件、操作台、光纤等PLC 类型：西门子S7300系列电机启动方式：电抗器降压启动三、系统特点3.1 安全可靠性1、拥有高可靠性的多线制开关量接口“星型”结构模式所谓多线制结构模式就是控制核心PLC与被控设备采用多线制的开关量接口作为控制及反馈的接口，因为开关量本身具有不受周围环境干扰的特点，同时这种结构本身是一种“星型结构”，所以某一故障点不会影响其它环节的工作，也就是说整个系统具有极高的可靠性。
系统结构见下图：主排水泵房自动化控制方案说明多线制开关量接口“星型”结构模式8主排水泵房自动化控制方案说明这种结构形式具有如下特点：A、手动(检修)模式为真正意义上的手动(检修)模式。
如上图所示：自动模式下由PLC通过开关量输出模块控制被控设备，当系统转为手动模式，或者PLC故障、PLC失电等特殊情况下，系统自动转为手动模式，可以通过操作就地控制柜上的按钮以纯继电控制的方式进行手动操作，而不是通过PLC或数据口通讯的方式控制被控设备。
B、系统具有高可靠性因为开关量本身具有不受周围环境干扰的特点，同时这种结构本身是一种“星型结构”，所以某一故障点不会影响其它环节的工作，也就是说整个系统具有极高的可靠性。
C、手动操作方式为集中操作对于某一台泵而言，其手动操作完全可以通过在水泵附近的就地操作柜进行全部的手动操作，例如真空泵操作、射流阀操作、排气阀操作、排水泵操作、主排水电动阀操作等等，不用到这些被控设备附近进行操作。
D、主排水泵运行电量的采集灵活主排水泵运行电量的采集即可以通过电磁启动器的微机综保的智能数据接口采集，也可以通过多线制方式直接采集二次侧的电流、电压输出，第二种采集方式特别适合于矿井电力自动化占用微机综保的智能数据接口情况下的电量采集。
E、系统布线较复杂由于系统采用了多线制星型的结构，所以必然造成布线较多、较复杂的缺点，但也正因如此，为系统的可靠运行提供了保证。
与此种结构相对应的是总线制“树型”结构，如下图主排水泵房自动化控制方案说明总线制“树型”结构10这种结构具有如下特点：A、采用树型结构，系统的可靠性由所有树型结点共同的可靠性来决定由于系统采用了PLC与各节点(例如电动闸阀控制柜)之间的MODBUS总线通讯的方式，而节点的核心是一枚单片机为核心的国产设备控制单元，其可靠性远低于西门子S7300为核心的PLC，更低于纯继电控制的多线制开关量控制模式，所以系统总体的可靠性就会降低。