论文(排水)

龙桥矿业井下排水自动化系统的改造曾凡胜作者简介：曾凡胜（1980——），男，辽宁辽阳人，2004年毕业于沈阳市工业大学自动化专业，学士学位。现主要负责供配电及自动化等相关技术工作。联系电话：[phone]。13966330521。E-mail：[e-mail]。1.工程概述龙桥铁矿井下排水-370水泵房标高-370m，井口标高+80m，排水垂高450m，装设4台450kW抽水泵，采用直接启动方式，供电电压等级10kV，4台泵两主两备。井下排水-520水泵房装设2台32KW抽水泵,采用直接启动方式，供电电压等级400V.目前龙桥铁矿-370排水站与-520排水泵仍然采用传统的人工操作控制，这种排水系统由于自动化程度低、应急能力差、劳动强度大等弊端，不仅浪费人力财力，而且存在很大的安全隐患。为解决上述问题，现拟通过本次改造实现该矿-370排水站与-520排水站的自动排水。本方案从实际出发，在井下泵房配备一套适合于矿井井下环境的自动控制系统（简称系统），以实现排水自动化控制。结合矿井排水系统的特点，在确保先进性与可靠性的基础上，采用矿用本安可编程控制器庞大的软硬件资源，通过各种先进可靠的传感器、保护装置、电动闸阀、电动球阀等设备组成矿井主排水自动控制系统。该自动控制系统达到准确及时的掌握各种设备的工作状态、减少排水系统操作人员工作量，降低劳动强度，结合水仓水位变化，充分提高矿井井下主排水系统效率，使水泵排水系统能够安全可靠、节能高效、经济合理的优化运行。对于进一步实现全矿井生产系统的自动化、科学化、网络化管理具有十分重要的意义。2.改造原则系统以保障安全为第一前提，选择高可靠性、高安全性的自动化元器件，实现无人值守的自动化泵房。系统要依据水仓水位实现自动起停水泵。系统要实现手动/自动、运行/切除/备用等控制模式，在自动控制方式下，能自动依据水泵运行/切除/备用状态的选择，实现水泵启/停以及远方启/停控制。在手动控制方式下，2能通过控制柜上的自复式控制开关实现各水泵的手动启/停操作。保留手动控制回路，当自动控制系统全部失灵时，应能通过手动起停水泵。3、系统功能设计3.1泵组控制功能在泵组控制系统中，水仓水位设置低限水位、高水位、上限水位和危险水位四种水位线。水位线的设定可由水位仪采集后,通过变送4-20MA的模拟量供PLC采集,PLC采集4-20MA模拟量后,对应0-10M的量程(也就是水仓的深度),设置低在水仓水位线,.浮球液位计设置低限水位、高水位、上限水位和危险水位四种开关量,接入PLC中.浮球液位计做为水位仪的备件(水位仪四种水位线设置值低于浮球液位计,两者在PLC控制中是”或”关系，从而起到双保险作用).针对-370水泵房，当水仓水位没有达到低限水位，启一台水泵,否则不启动水泵，若达到高水位，启第二台水泵,达上限水位启第三台水泵,达上限水位十分钟,各泵自动启动.达危险水位启第四台水泵,并报警.在低限水位时,四台水泵轮换工作,则按流程自动启动水泵；自动停泵。针对-520泵房，采用一主一备的工作方式，在正常情况下，只有一台水泵运行，两泵轮换工作。低限水位在位时，自动停泵。只有在出现上限水位时，两台水泵同时运行。370水泵开机控制流程:↓NYNYN注:1#水泵为例Y开始退出程序,重新检测水位判轮至的(2,3,4,)水泵，启动水泵令启动流程与1#水泵相同报警(通知值班员查清问题)!低限水位在位10KV电压正常判轮换至水泵(1-4水泵)3YNYNYNYNYNYNYN判手车位置在位的水泵高压柜，启动水泵令报警(查故故障)，启下一台水泵报警，启下一台水泵报警，启下一台水泵报警，停1#水泵,启下一台水泵报警，停1#水泵,启下一台水泵1#水泵高压柜手车工作位启1#水泵令手动/后台/远方调度启1#水泵令打开1#水泵电动阀1-4.判负压表压力回至-0.04Mpa,报警(查故故障)，启下一台水泵合高压断路器,启动1#水泵电机合高压断路器,启动1#水泵电机判三只压力表工作正常,1#水泵电机无电气故障启动电动阀5,查看流量计中水流正常4YNY370水泵停机控制流程:NY注：例1#水泵YY注：例1#，2#水泵启动完成关闭电动阀1-2,报警，停1#水泵,启下一台水泵开始低限水位在位（四台水泵均要停机，一台运行停本台）；单台水泵（或两台水泵）在低限水位以上高水位以下运行8小时，停泵，转至下一台（或两台）水泵低限水位在位1#、2#水泵运行8小时1#水泵运行8小时退出程序,重新检测至“运行态”泵停机令至“运行态”泵停机令1#水泵移至第四位，并给1#水泵发停机令；下一台要运行的水泵移至第一位。5注：2#、3#、4#水泵停流程与1#水泵相同NYNYNYNY跳1#水泵高压柜断路器，判断路器位置“分”报警！查故障报警！查控制回路报警！查控制回路手动/后台/远方调度停1#水泵令1#水泵停泵令1#水泵在“运行态”关电动阀5，判电动阀5全关位置在“全关位”30秒后，检测流量计中是否无流报警！查渗漏原因1#泵停机完成6水泵图（参考）370水泵紧急停机控制流程:下以1#水泵为例NYNYN1；电机电气事故2；电机超温3；手动紧急停机4：后台紧急停机5：远方调度紧急停机6：泵“运行态”时，流量计无水流通过紧急停机1#水泵高压柜断路器位置“合”报警！查控制回路关电动阀5，判电动阀5全关位置在“全关位”流量计中有流，报警！查断路器位置信号手动跳断路器，手动关电动阀5跳1#水泵高压柜断路器，判断路器位置“分”手动跳断路器，手动关电动阀5报警！查电动阀5控制回路7YNY系统控制具有自动、半自动、手动三种工作方式。自动时，由PLC检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组的启停控制，不需人工干预；半自动工作方式时，由工作人员选择某台或某几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作；手动方式为故障检修和手动试车时使用（或自动控制系统故障退出时备用），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，不影响其它泵组的正常运行。LCU屏上设有泵组的禁止启动按钮，设备检修时，可防止其他人员误操作，以保证系统安全可靠。每台水泵可设置“运行”、“备用”、“切除”三种工作方式。当水位高于低限水位时，系统自动启动“运行泵”；达到高水位时，系统自动启动下一个“运行泵”；达到危险水位时起动四台用泵。可根据实际需求将水泵切换到手动控制方式，此方式下操作人员可通过手动控制按扭人工手动控制各台水泵电机的起停及各电动闸阀开关。当出现水位超限、开关故障、压力下降、流量下降等故障时系统将自动作出相应处理，并发出提示及声光报警信号。具有远程控制功能，能通过监控主机或远程控制中心发送遥控命令，实现泵组的启停及其他设备的远程控制功能，例如电动闸阀、电磁阀的开合控制。3.2显示及数据记录功能1）实时动态模拟显示系统的整体运行状态，如水仓水位、水泵流量、水泵压力、电流及电动机、电动闸阀等的各种工作状态。30秒后，检测流量计中是否无流报警！查渗漏原因1#泵停机完成82）动态监视各种自动化元件的工作状态，并对低电压、漏电、过电流、真空度、流量开关、过温、水位超限等故障类型进行诊断分析和显示。3）可实时显示系统的故障信息，并发出报警。4）动态显示各水泵电机的运行状况，电流、电压、频率、有功功率、无功功率、功率因数等。5）系统具有水位、流量、压力等模拟量的实时曲线显示。6）可将系统的各种参数状态、故障及开停时间统计等信息记录到数据库中。3.3保护功能1）超温保护：通过安装于电动机轴承内的热电偶监，可直接实现电机内部的温度监测，当温度超过设定值时，及时报警并执行预设的停机动作。2）水泵启动保护：根据水泵启动时流量、压力、真空度等参数判断水泵是否正常启动，非正常启动时能及时报警。3）当电机、水泵、电动闸阀、系统故障时，能及时发出告警信息并在监控站界面上以声光、闪烁等显著警示。4）通过电机保护装置实现对电机的全面的保护，详见电动机保护测控单元DCAP-5010及DCAP-4010的功能说明。4、系统特点1）主控制单元选用高可靠性PLC可编程控制器，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）系统根据水仓水位控制原则，自动实现水泵启动和停机。3）PLC自动检测水仓水位信号，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运行台数，合理地调度水泵运行。4）系统具有通讯接口功能，PLC可随时与监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现遥测遥控功能。6）在监控主机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）系统保护功能能对水泵实施有效的监控，在出现异常情况下如高温、短路、漏电等可以自动停机，延长了水泵和电机的使用寿命。95、系统效益1）可依据水仓水位起停水泵，提高水泵有效利用率，降低成本，节能增效。按每天开两台水泵，每班节约一小时，水泵运行时功率为400KW一年节约电费为:400×2×3(每天3班)×365×0.5（平均电价）=4.38万元。2）可减少看护人员，并可充实设备维护检修队伍，提高维护质量，减少事故发生，变发生事故后的被动检修为主动的定期检修，提高设备的使用率，实现减人增效。按每人第年工资为2.5万元计算，每年可节约人员开资7.5万元。3）可以保证矿山的安全生产，改善工作环境，提高劳动生产率。4）可有效的保护水泵电机等设备，延长使用寿命，减少事故停机时间，提高排水能力。5）可有效的提高突、透水事故的应急处理能力，防止灾害的发生。