第11章井下主排水三遥系统.pdf

11-1 第十一章第十一章 井下主排水三遥系统井下主排水三遥系统 第一节 控制对象 第一节 控制对象 枣泉煤矿矿井主排水设备选用 3 台 MD280-658改型矿用 耐磨离心式排水泵配 YB 型4 极10kV630kW 矿用隔爆型电 动机正常涌水期 1 台工作1 台备用1 台检修最大涌水期 2 台 工作1 台检修排水管路选用 2 趟 D2738 无缝钢管分段选择壁 厚正常涌水期 1 趟工作最大涌水期 2 趟工作 为了节约能源排水系统设计选用 ZPB-G 型高压气水两用射 流装置使水泵实现无底阀运行 第二节 系统配置 第二节 系统配置 水泵房所控设备共 3 台水泵6 台手/电两用闸阀及 3 台电磁阀 电动闸阀安装于排水泵的出口管路 总出水管路上安装压力与流量传 感器 水仓设液位计连续测量水仓水位 作为自动调节的参考反馈量 现场控制器采用 AB 公司的 ControlLogix5555 处理器 完成数据采集 与控制功能控制点设于井下中央变电所中为二合一控制站即井 下排水三遥系统和中央变电所三遥系统共用硬件平台 水泵三遥系统 配置见图 11-2-1水泵自动化工艺原理图见图 11-2-2 11-2 图图 11-2-1 水泵三遥系统配置结构图水泵三遥系统配置结构图 11-3 图图 11-2-2 水泵自动化工艺原理图水泵自动化工艺原理图 11-4 第三节第三节 控制原理控制原理 整个自动控制系统分为数据自动采集 自动轮换工作 自动控制 动态显示及故障记录报警和通讯接口等五个部分 一一数据自动采集与检测数据自动采集与检测 数据自动采集与检测主要分为两类模拟量数据和数字量数据 模拟量检测的数据主要有水仓水位电机工作电流水泵轴温电 机温度排水管流量数字量检测的数据主要有水泵启动柜断路器 的状态电动阀的工作状态与启闭位置射流泵工作状态电磁阀状 态水泵吸水管真空度及水泵出水口压力 数据自动采集主要由 ControlLogix5555 控制器实现 ControlLogix 控制器模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位 将水位变化信号进行转换处理计算出单位时间内不同水位段水位的 上升速率从而判断矿井的涌水量控制排水泵的启停电机电流 水泵轴温电机温度排水管流量等传感器与变送器主要用于监测 水泵电机的运行状况超限报警以避免水泵和电机损坏控制器 的数字量输入模块将各种开关量信号采集到控制器中作为逻辑处理 的条件和依据控制排水泵的启停 在数据采集过程中 模拟量信号的处理是将模拟信号变换成数字 信号A/D 转换其变换速度由采样定律确定一般情况下采样 频率应为模拟信号中最高频率成分的 2 倍以上这样经 A/D 的精度 可完全恢复到原来的模拟信号精度A/D 变换的精度取决于 A/D 变 11-5 换器的位数如 5V 电压要求以 5mV 精度变换时5mV/5V0.1 即 1/1000 的十进制的 1000 用二进制表示时要求为 10 位而本系统 所采用的 A/D 模块无援以积分方式分辨率为 12bit 其精度在0.25 以上该精度等级足以满足控制系统要求同时PLC 所采用的 A/D 模块均以积分方式变换可使输入信号的尖峰噪音和感应噪声平均 化适用于噪音严重的工业场所 二二自动轮换工作自动轮换工作 为了防止因备用泵及其电气设备 或备用管路长期不用 而使电 机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现 工作泵出现紧急故障需 投入备用泵时 而不能及时投入以至影响矿井安全 本系统程序设计 了 3 台泵自动轮换工作控制 控制程序将水泵启停次数及运行时间和 管路使用次数及流量等参数自动记录并累计 系统根据这些运行参数 按一定顺序自动启停水泵和相应管路 使各水泵及其管路的使用率分 布均匀当某台泵或所属阀门故障某趟管路漏水时系统自动发出 声光报警关在显示屏上动态闪烁显示记录事故同时将将故障泵 或管路自动退出轮换工作 其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换 工作 以达到有故障早发现 早处理 以免影响矿井安全生产的目的 三三自动控制自动控制 系统控制设计选用了 ControlLogix 型的控制器为控制主机 该机 为模块化结构由机架CPU数字量 I/O模拟量输入电源通 讯等模块构成 控制器自动化控制系统根据水仓水位的高低 井下用 电负荷的高低峰和供电部门所规定的平段谷段峰段供电电价时 11-6 间段等因素建立数学模型合理调度水泵自动准确发出启停水 泵的命令控制水泵运行 为了保证井下安全生产 系统可靠运行 水位信号是水泵自动化 一个非常重要的参数因此系统设置了两套水位传感器模拟量和 开关量传感器 两套传感器均设于水仓的排水配水仓内 控制器将接 受到的模拟量水位信号分成若干个水位段 计算出单位时间内不同水 位段水位的上升速率 从而判断矿井的涌水量 同时检测井下供电电 流值计算用电负荷率根据矿井涌水量和用电负荷控制在用电低 峰和一天中电价最低时开启水泵用电高峰和电价高时停止水泵运 行以达到避峰填谷及节能的目的 四四动态显示动态显示 动态模拟显示选用 2711EK10C6 型智能式工业图形工作站 系 统通过图形动态显示水泵射流泵电磁阀和电动阀的运行状态采 用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警 直观的显示电磁阀和电动 阀的开闭位置实时显示水泵抽真空情况和压力值 用图形填充以及趋势图 棒状图方式和数字形式准确实时的显示 水仓水位并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段超低段高 段超高段水位分段报警用不同音响形式提醒工作人员注意采用 图形 趋势图和数字形式直观地显示管路的瞬时流量和累计流量 对 井下负荷的监测量 电机电流和水泵瞬时负荷和累计负荷 水泵轴温 电机温度等进行动态显示超限报警自动记录故障类型时间等历 史数据 并在屏幕下端循环显示最新出现的一条故障 以提醒工作人 11-7 员及时检修避免水泵和电机损坏 五五通讯接口通讯接口 主控制器通过通讯接口和通讯协议与工作站进行全双工通讯 将水泵机组的工作状态及运行参数传至工作站 完成各数据的动态显 示同时操作人员也可利用工作站将操作指令传至 ControlLogix 控制器控制水泵运行ControlLogix 控制器同时将水泵机组的运 行状态和参数经安全生产监测系统分站传至地面生产调度监控中心 主机与全矿井安全生产监控系统联网管理人员在地面即可掌握在 井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态 又可根据自动化控 制信息实现井下主排水系统的遥测遥控并为矿领导提供生产决 策信息 工作站与监测监控主机均可动态显示主排水系统运行的模拟 图运行参数图表记录系统运行和故障数据并显示故障点以提醒 操作人员注意 第四节 系统功能第四节 系统功能 1ControlLogix 控制器控制程序采用模块化结构系统可按程 序模块分段调试分段运行该程序结构具有清晰简捷易懂便 于模拟调试运行速度快等特点 2系统根据水位和压力控制原则自动实现水泵的轮换工作 延长了水泵的使用寿命 3系统可根据投入运行泵组的位置自动选择启动就近的射流 泵若在程序设定的时间内达不到真空度便自动启动备用射流泵 4系统根据电网负荷和供电部门规定的平段谷段峰段电价 11-8 时间段以避峰填谷的原则确定水泵开/停时间从而合理的利 用电网信息提高矿井的电网运行质量 5ControlLogix 控制器自动检测水位信号计算单位时间内不 同水位段水位的上升速率从而判断矿井的涌水量自动投入和退出 水泵的运行台数合理的调度水泵运行 6在工作站上动态监控水泵及其附属设备的运行状况实时显 示水位流量压力温度电流电压等参数超限报警故障画 面自动弹出 故障点自动闪烁 具有故障记录 历史数据查询等功能 7系统具有通讯接口功能ControlLogix 控制器可同时与触摸 屏及地面监控主机通讯 传送数据 交换信息 实现遥测遥控的功能 8系统保护功能有以下几种 超温保护水泵长期运行当轴承温度或者定子温度超出允许值 时通过温度保护装置及 ControlLogix 控制器实现超限报警 流量保护当水泵启动后或正常运行时如流量达不到正常值 通过流量保护装置使本台水泵停车自动转换为启动另一台水泵 电动机故障利用 ControlLogix 控制器及工作站监视水泵电机 过电流漏电低电压等电气故障并参与控制 电动闸阀故障 由电动机综保监视闸阀电机的过载 短路 漏电 断相等故障并参与水泵的连锁控制 9系统控制具有自动半自动和手动检修 3 种工作方式自动 时由 ControlLogix 控制器检测水位压力及有关信号自动完成 各泵组运行不需人工参与半自动工作方式时由工作人员选择某 11-9 台或几台泵这样投入ControlLogix 控制器自动完成已选泵组的启 停和监控工作手动检修方式为故障检修和手动试车时使用当某台 水泵及其附属设备发生故障时该泵组将自动退出运行不影响其它 泵组正常运转PLC 柜没有该泵的禁止启动按钮设备检修时可防 止其他人员误操作以保证系统安全可靠系统可随时转换为自动或 半自动方式运行 排水系统的所有设备状态和参数均被采集到生产指挥中心的操 作员终端上矿调度员在生产指挥中心便可了解水仓排水的状况继 而作出准确的判断进行正确的远方遥控或在自动运行状态下 都不需进行任何操作达到了既减人增效又安全可靠的目的