專利名稱：井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
礦井排水系統(tǒng)負(fù)責(zé)將井下涌水排至地面， 一般由井下中央泵房集中將涌水排至地面；井下中央泵房排水系統(tǒng)能否可靠、有效地運(yùn)行，將關(guān)系到整個(gè)礦井的排水安全乃至礦井安危。井下中央泵房排水系統(tǒng)一般由水泵及電機(jī)、水泵啟動(dòng)高壓開關(guān)柜、水倉、吸水井、水泵抽真空裝置(真空泵或水射流抽真空裝置)、三閥(閘閥、止回閥、底閥；閘閥、止回閥安裝在排水管路上，底閥安裝在水泵吸水管末端)，配水閘門(安裝在水倉與吸水井之間或吸水井與吸水井之間)以及排水管路等組成；中央泵房排水系統(tǒng)設(shè)備具有電機(jī)功率大、電壓高、啟動(dòng)停止操作復(fù)雜、運(yùn)行故障多發(fā)等特點(diǎn)。
目前，普通礦井中央泵房排水系統(tǒng)設(shè)備，其閘閥、配水閘門、水射流抽真空裝置均為手工操作，無電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；吸水井水位觀測(cè)、水泵起停等操作均為人工方式。存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、操作過程復(fù)雜，啟動(dòng)停止時(shí)間長(zhǎng)、效率低等諸多不適應(yīng)現(xiàn)代化礦井管理的問題。
專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710185265. 3、發(fā)明名稱為"一種礦用隔爆兼本安型數(shù)字化自動(dòng)排水系統(tǒng)"的專利申請(qǐng)，公開了一種礦用隔爆兼本安型數(shù)字化自動(dòng)排水系統(tǒng)，屬于煤礦井下自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。目的在于公開一種能夠準(zhǔn)確、安全、可靠檢測(cè)煤礦井下水倉水位并實(shí)時(shí)啟動(dòng)排水系統(tǒng)的防爆兼本安型數(shù)字化自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)方案，其特征在于該系統(tǒng)由本安型數(shù)字水位傳感器I、隔爆兼本安型控制回路II和本安電源電路III三部分組成，是一套數(shù)字化、智能化監(jiān)控系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)水位信號(hào)，監(jiān)控水泵電機(jī)工作狀態(tài)、水倉流量，并實(shí)時(shí)控制電犰的開停，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、設(shè)限報(bào)警和上位機(jī)串口通信等功能。并按照煤礦行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，防爆標(biāo)志為Exdib，可應(yīng)用于一般礦井和高瓦斯礦井的井下水倉水位的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化排水系統(tǒng)。
專利申請(qǐng)?zhí)枮?00610171313. 9、發(fā)明名稱為"主排水泵智能型無人遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置"的專利申請(qǐng)，公開了一種主排水泵智能型無人遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，其
5是實(shí)現(xiàn)煤礦井下主排水泵房(也可以用于其它行業(yè))無人監(jiān)控的一個(gè)必要裝 置。為我國煤礦主排水泵房向智能化、機(jī)電一體化、無人監(jiān)控化的方向發(fā)展， 提供了必要的物資基礎(chǔ)。該產(chǎn)品具有如下主要特征l.利用各種傳感器和工 業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泵各主要參數(shù)的連續(xù)化監(jiān)測(cè)。2.編制管理軟件，實(shí) 現(xiàn)主排水泵房的智能化無人管理。3.利用互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息，實(shí)現(xiàn)無人遠(yuǎn)程監(jiān) 測(cè)功能。
專利申請(qǐng)?zhí)枮?00610002370. 4、發(fā)明名稱為"礦井安全抗災(zāi)型自動(dòng)化主 排水系統(tǒng)"的專利申請(qǐng)，公開了礦井安全抗災(zāi)型自動(dòng)化主排水系統(tǒng)，其可以 實(shí)現(xiàn)礦井的正常排水、突發(fā)水災(zāi)事故搶險(xiǎn)排水及災(zāi)后礦井生產(chǎn)恢復(fù)排水的功 能。該系統(tǒng)由全自動(dòng)地面遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與操控系統(tǒng)、多級(jí)離心水泵、水冷或分體 風(fēng)冷防水防爆型電機(jī)等組成。所述的全自動(dòng)地面遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與操控系統(tǒng)，通過 實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)礦井水位與設(shè)備工作狀況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開、停電機(jī)功能和井下主 泵房排水管網(wǎng)的開、關(guān)電動(dòng)閘閥的功能，由控制開關(guān)、傳感器、數(shù)據(jù)總線、 數(shù)據(jù)顯示及處理等硬件和軟件組成；水泵是普通的礦用多級(jí)離心式排水泵， 由電機(jī)帶動(dòng)水泵工作，實(shí)現(xiàn)排水功能；電機(jī)結(jié)構(gòu)型式是自動(dòng)控制的水冷或分 體風(fēng)冷和防水密封的防爆型電機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用工業(yè)計(jì)算機(jī)可編程序控制技術(shù)、傳感技術(shù) 等新技術(shù)的井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，包括井下中央泵房排水系統(tǒng)和 排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是
井下中央泵房排水系統(tǒng)包括水泵及電機(jī)、水泵啟動(dòng)高壓開關(guān)柜、水倉、 吸水井、水泵抽真空裝置、閘閥、止回閥、底閥、配水閘門以及排水管路； 閘閥、止回閥安裝在排水管路上，底閥安裝在水泵吸水管末端，配水閘門安 裝在水倉與吸水井之間或吸水井與吸水井之間；本發(fā)明的閘閥、配水閘門、 水泵抽真空裝置均具備手動(dòng)、電動(dòng)兩種操作方式，并在其電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上安 裝了行程開關(guān)；吸水井安裝了超聲波液位儀；水泵高壓?jiǎn)?dòng)開關(guān)柜裝備具有 數(shù)據(jù)傳輸接口的電子綜合保護(hù)單元，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行及遠(yuǎn)處監(jiān)控；水泵電機(jī) 定子安裝Pt100電阻，水泵軸承、電機(jī)軸承均安裝溫度傳感器，在水泵吸水管上安裝了超聲波流量計(jì)和測(cè)量水泵真空度的負(fù)壓傳感器；水泵排水管安裝 了壓力傳感器；所有傳感器及行程開關(guān)信號(hào)上傳至對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸入模塊或 模擬量輸入模塊；系統(tǒng)在水泵的進(jìn)水段安裝有負(fù)壓表，用于在開泵前監(jiān)測(cè)水 泵的真空度；在水泵的出水口安裝有壓力表，用來監(jiān)測(cè)水泵高壓合上而電動(dòng) 閘沒有開啟時(shí)的壓力；
排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)包括PLC控制柜及其遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線、 觸摸屏、模擬量和開關(guān)量輸入模塊、各種監(jiān)測(cè)探頭、行程開關(guān)、液位儀、執(zhí) 行部分，通過工業(yè)以太網(wǎng)與地面調(diào)度室計(jì)算機(jī)相連；
(1) 吸水井水位監(jiān)控由吸水井安裝的超聲波液位儀進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)量的 信號(hào)是一個(gè)連續(xù)信號(hào)，能夠?qū)崟r(shí)反映吸水井水位，超聲波液位儀所測(cè)的水位 信號(hào)先進(jìn)入模擬量輸入模塊，再上傳至PLC控制柜，隨時(shí)在監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算 機(jī)界面上顯示；吸水井高水位在設(shè)定的值時(shí)開泵、停泵；
(2) 水泵啟動(dòng)高壓開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測(cè)水泵啟動(dòng)高壓開關(guān)柜安裝有電子綜合 保護(hù)單元，開關(guān)柜的各種參數(shù)，電壓、電流、功率、功率因數(shù)、開關(guān)柜斷路 器的位置信號(hào)通過RS485通訊方式進(jìn)入PLC控制柜，PLC控制柜根據(jù)上傳的 信息就可以自行判斷高壓開關(guān)柜是否具備啟動(dòng)條件，運(yùn)行中當(dāng)開關(guān)柜電流、 電壓參數(shù)出現(xiàn)過電流、過電壓、欠電壓異常時(shí)，系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)報(bào)警或延時(shí)停 車；
(3) 閘閥、水射流抽真空裝置的球閥，配水閘門閥位判斷由在其上面安 裝的行程開關(guān)來判斷閥位置是處于關(guān)閉還是開啟狀態(tài)，行程開關(guān)提供的開關(guān) 量信號(hào)傳送到數(shù)字量輸入模塊，在模塊內(nèi)處理后傳送到遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊，再經(jīng) 過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線傳送至PLC控制柜，以供PLC邏輯運(yùn)算判斷；
(4) 真空泵球閥閥位判斷由在其上面安裝的行程開關(guān)來判斷閥位置是處 于關(guān)閉還是開啟狀態(tài)，行程開關(guān)提供的開關(guān)量信號(hào)傳送到數(shù)字量輸入模塊， 在模塊內(nèi)處理后傳送到遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊，再經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線傳送至PLC控制 柜，以供PLC邏輯運(yùn)算判斷；
(5) 設(shè)備各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度的測(cè)量電機(jī)定子繞組預(yù)埋了 Ptl00的電阻，電 機(jī)軸承、水泵軸承也分別安裝了溫度探頭，所測(cè)量的信號(hào)先傳送到多路溫度 巡檢儀，測(cè)算出溫度信號(hào)后，通過RS485通訊方式，將數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程擴(kuò)展 模塊，再經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線傳送至PLC控制柜，以供計(jì)算機(jī)邏輯判斷控制；在PLC可編程序控制器中分別設(shè)定了電機(jī)定子、電機(jī)軸承、水泵軸承的上限 溫度，上限溫度值為兩級(jí)參數(shù)，當(dāng)達(dá)到第一級(jí)溫度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并顯示，當(dāng) 達(dá)到第二級(jí)溫度時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)停止水泵避免設(shè)備損壞，以上各點(diǎn)所測(cè)量 溫度，均能在控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)界面上實(shí)時(shí)顯示；
(6) 壓力傳感器、負(fù)壓傳感器信號(hào)測(cè)量開泵前應(yīng)先將水泵腔體抽真空， 在水泵的吸水管負(fù)壓表上安裝了負(fù)壓傳感器，其信號(hào)先傳送到模擬量輸入模 塊，再經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線傳送到PLC控制柜，其負(fù)壓值可實(shí)時(shí)測(cè)量，當(dāng)負(fù)壓值 達(dá)到設(shè)定值時(shí)表示水泵己抽真空，水泵可以啟動(dòng)，否則水泵不能啟動(dòng)；在排 水管的壓力表上安裝了壓力傳感器，其數(shù)據(jù)傳送方式與路徑與負(fù)壓傳感器相 同；
(7) 系統(tǒng)故障判斷PLC控制柜依據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)采集到的各種信息，判斷排水 系統(tǒng)中的各種參數(shù)數(shù)值，將采集到的參數(shù)數(shù)值與系統(tǒng)報(bào)警設(shè)定值相比較，如 果數(shù)據(jù)異常，說明有故障，PLC控制柜將驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警并顯示故障類別， 根據(jù)程序設(shè)定要求停泵；
(8) 根據(jù)吸水井水位情況自動(dòng)控制水泵的啟停及運(yùn)行臺(tái)數(shù)在半自動(dòng)或全 自動(dòng)運(yùn)行方式下，當(dāng)吸水井水位至設(shè)定值時(shí)，PLC控制柜根據(jù)邏輯程序首選 判斷哪幾臺(tái)泵具備啟動(dòng)條件，自行選擇其中一臺(tái)泵按邏輯控制的指令，將其 選定的水泵啟動(dòng)；水泵啟動(dòng)后，隨時(shí)監(jiān)測(cè)、運(yùn)算系統(tǒng)的各種參數(shù)，當(dāng)水泵開 啟后，如果吸水井水位下降的速度低于設(shè)定值，系統(tǒng)將在第一臺(tái)水泵開啟后 半小時(shí)之內(nèi)自動(dòng)開啟另外一臺(tái)水泵加大排水的能力，如果吸水井水位下降速 度的仍達(dá)不到設(shè)定值，再啟動(dòng)一臺(tái)水泵，直至吸水井水位下降速度滿足設(shè)計(jì) 值要求；當(dāng)吸水井水位排至設(shè)定值時(shí)，PLC控制柜控制按程序自動(dòng)逐臺(tái)順序 停泵；每臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間，PLC控制柜計(jì)算機(jī)內(nèi)內(nèi)均有記錄并進(jìn)行運(yùn)算； 當(dāng)一臺(tái)水泵累計(jì)工作到設(shè)定值后，系統(tǒng)將選擇另外一臺(tái)水泵運(yùn)行；計(jì)算機(jī)可 以根據(jù)邏輯運(yùn)算結(jié)果輪流或交叉啟動(dòng)水泵，單臺(tái)或多臺(tái)運(yùn)行，控制各水泵輪 流工作，使每臺(tái)水泵磨損程度均等，保證各臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間相當(dāng)；
(9) 根據(jù)吸水井水位，供電峰谷段時(shí)間劃分情況，在PLC可編程序控制器 中設(shè)置了避峰時(shí)間段，將此時(shí)間段輸入PLC程序內(nèi)，PLC根據(jù)吸水井水位情 況、吸水井水位上升速度情況，自動(dòng)選擇開泵時(shí)間、開泵臺(tái)數(shù)，確保水泵運(yùn) 行合理，在排水安全和避峰時(shí)間之間，本著避峰時(shí)間服從排水安全的原則。根據(jù)所述的井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是在所述水泵電 機(jī)回路中串入電抗器，在電機(jī)啟動(dòng)后將電抗器切除，電機(jī)投入正常運(yùn)行。
根據(jù)所述的井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是在吸水井內(nèi)增 設(shè)了一個(gè)投入式液位儀。
根據(jù)所述的井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)，其特征是所用的閘 閥電動(dòng)機(jī)構(gòu)是多回轉(zhuǎn)閥門電動(dòng)裝置，其控制點(diǎn)有四個(gè)，分別為兩個(gè)行程開關(guān) 電動(dòng)閥開到位，電動(dòng)閥關(guān)到位；兩個(gè)轉(zhuǎn)矩開關(guān)開過轉(zhuǎn)矩，關(guān)過轉(zhuǎn)矩；這些 接點(diǎn)均為常閉接點(diǎn)。
根據(jù)所述的井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述的排水自 動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)采用三級(jí)控制結(jié)構(gòu)，用戶可以在地面調(diào)度室、PLC控制柜以及就 地控制箱完成對(duì)排水系統(tǒng)的監(jiān)控；監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線 與工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的形式；PLC控制柜與遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊之間采用PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線通訊模式；地面調(diào)度室計(jì)算機(jī)與PLC控制柜之間的通信采用 工業(yè)以太網(wǎng)。
本發(fā)明在簡(jiǎn)化操作工藝、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高系統(tǒng)工作可靠性、降 低設(shè)備事故率等方面取得了良好效果；本發(fā)明采用三級(jí)控制結(jié)構(gòu)，用戶可以 在地面調(diào)度室、PLC控制柜以及就地控制箱完成對(duì)排水系統(tǒng)的監(jiān)控，排水系 統(tǒng)工作方式為全自動(dòng)運(yùn)行、半自動(dòng)運(yùn)行、就地控制箱控制方式。同時(shí)能夠?qū)?現(xiàn)供電削峰填谷節(jié)約電能。主要有益效果如下
1、 根據(jù)吸水井水位等情況自動(dòng)控制水泵的啟停及運(yùn)行臺(tái)數(shù)。
2、 控制各水泵輪流工作，使每臺(tái)水泵磨損程度均等。
3、 根據(jù)吸水井水位，供電峰谷段時(shí)間劃分等情況，合理調(diào)度水泵運(yùn)行， 節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。
4、 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水泵及電機(jī)的工作參數(shù)。
5、 具有故障報(bào)警、自動(dòng)保護(hù)功能。
6、 組網(wǎng)功能通過光纖接入全礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，利用局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù) 資源共享，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)，遙信，遙控功能。


圖1為本發(fā)明中單臺(tái)水泵的工作示意圖。
圖2為本發(fā)明井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的方框圖。圖3為本發(fā)明井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
附圖中1、排水管；2、止回閥；3、真空表；4、壓力傳感器；5、離 心水泵；6、真空表；7、負(fù)壓傳感器；8、吸水泵；9、配水閥門(正常處于 開啟狀態(tài)；10、投入式液位儀；11、超聲波液位儀；12、底閥；13、吸水井; 14、水倉；15、高壓開關(guān)柜綜保單元；16、井下中央變電所；17、 PLC控制 柜及觸摸屏；18、工業(yè)以太網(wǎng)；19、 PR0FIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線；20、中央 泵房就地控制箱。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明-
一、 概述、
礦井排水系統(tǒng)負(fù)責(zé)將井下涌水排至地面， 一般由井下中央泵房集中將涌 水排至地面；井下中央泵房排水系統(tǒng)能否可靠、有效地運(yùn)行，將關(guān)系到整個(gè) 礦井的排水安全乃至礦井安危。井下中央泵房排水系統(tǒng)一般由水泵及電機(jī)， 水泵啟動(dòng)高壓開關(guān)柜、水倉、吸水井、水泵抽真空裝置(真空泵或水射流抽 真空裝置)、三閥(閘閥、止回閥、底閥；閘閥、止回閥安裝在排水管路上、 底閥安裝在水泵吸水管末端)，配水閘門(安裝在水倉與吸水井之間或吸水井 與吸水井之間)以及排水管路等組成；中央泵房排水系統(tǒng)設(shè)備具有電機(jī)功率 大、電壓高、啟動(dòng)停止操作復(fù)雜、運(yùn)行故障多發(fā)等特點(diǎn)。目前，我國礦井中 央泵房水泵啟動(dòng)、停止、運(yùn)行普遍采用人工手動(dòng)操作，存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、 操作過程復(fù)雜，啟動(dòng)停止時(shí)間長(zhǎng)、效率低等諸多不適應(yīng)現(xiàn)代化礦井管理的問 題。針對(duì)以上現(xiàn)狀，本發(fā)明研發(fā)應(yīng)用了井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，該 系統(tǒng)以棗礦集團(tuán)濱湖礦井為研究對(duì)象，研發(fā)過程中廣泛結(jié)合目前較先進(jìn)的監(jiān) 控理論，工業(yè)計(jì)算機(jī)可編程序控制技術(shù)，傳感技術(shù)等新技術(shù)較好的解決了上 述問題；在簡(jiǎn)化操作工藝、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高系統(tǒng)工作可靠性、降低 設(shè)備事故率等方面取得了良好效果；同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)供電削峰填谷節(jié)約電能。
二、 排水系統(tǒng)設(shè)備情況
普通礦井中央泵房排水系統(tǒng)設(shè)備，其閘閥、配水閘門、水射流抽真空裝 置均為手工操作，無電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；吸水井水位觀測(cè)、水泵起停等操作均為 人工方式。
為實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)化運(yùn)行，本發(fā)明的水泵閘閥、配水閘門、水射流抽真空裝置均具備手動(dòng)、電動(dòng)兩種操作方式，并在其電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上安裝了相應(yīng)的 行程開關(guān)。如圖1所示，吸水井安裝了超聲波液位儀和投入式液位儀，水泵 高壓?jiǎn)?dòng)開關(guān)柜裝備具有數(shù)據(jù)傳輸接口的電子綜合保護(hù)單元，使開關(guān)柜具備
實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行及遠(yuǎn)處監(jiān)控的基本條件；水泵電機(jī)定子安裝Pt100電阻，水 泵軸承、電機(jī)軸承均安裝溫度傳感器，在水泵吸水管上安裝了超聲波流量計(jì) 和測(cè)量水泵真空度的負(fù)壓傳感器，水泵排水管安裝了壓力傳感器。所有傳感 器及行程開關(guān)信號(hào)上傳至對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸入模塊或模擬量輸入模塊。為實(shí)現(xiàn) 水泵自動(dòng)化運(yùn)行，本發(fā)明水泵閘闊、配水閘門、水射流抽真空裝置均具備手 動(dòng)、電動(dòng)兩種操作方式，并在其電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上安裝了相應(yīng)的行程開關(guān)；吸 水井安裝了超聲波液位儀和投入式液位儀，水泵高壓?jiǎn)?dòng)開關(guān)柜裝備具有數(shù) 據(jù)傳輸接口的電子綜合保護(hù)單元，使開關(guān)柜具備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行及遠(yuǎn)處監(jiān)控 的基本條件；水泵電機(jī)定子安裝Pt100電阻，水泵軸承、電機(jī)軸承均安裝溫 度傳感器，在水泵吸水管上安裝了超聲波流量計(jì)和測(cè)量水泵真空度的負(fù)壓傳 感器，水泵排水管安裝了壓力傳感器。所有傳感器及行程開關(guān)信號(hào)上傳至對(duì) 應(yīng)的數(shù)字量輸入模塊或模擬量輸入模塊。
本發(fā)明以中央泵房安裝5臺(tái)礦用多級(jí)離心水泵(MD280-65X9),配套5 臺(tái)電機(jī)(ykk5001-4， 800KW, 6KV)，水泵排水流量為280立方米每小時(shí)，水 泵揚(yáng)程585米為實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
當(dāng)水泵啟動(dòng)時(shí)，為了減小電機(jī)的啟動(dòng)電流，在電機(jī)回路中串入電抗器， 在電機(jī)啟動(dòng)后6秒，將電抗器切除，電機(jī)投入正常運(yùn)行。系統(tǒng)所用的閘閥電 動(dòng)機(jī)構(gòu)是多回轉(zhuǎn)閥門電動(dòng)裝置，其控制點(diǎn)有四個(gè)，分別為兩個(gè)行程開關(guān)電 動(dòng)閥開到位，電動(dòng)閥關(guān)到位；兩個(gè)轉(zhuǎn)矩開關(guān)開過轉(zhuǎn)矩，關(guān)過轉(zhuǎn)矩；這些接 點(diǎn)均為常閉接點(diǎn)。系統(tǒng)在水泵的進(jìn)水段安裝有負(fù)壓表，用于在開泵前監(jiān)測(cè)水 泵的真空度，當(dāng)負(fù)壓表指示為-100Pa時(shí)，表示已經(jīng)達(dá)到真空，可以給電機(jī)送 高壓。在水泵的出水口安裝有壓力表，用來監(jiān)測(cè)水泵高壓合上而電動(dòng)閘沒有 開啟時(shí)的壓力是否為5.8MPa，當(dāng)電動(dòng)閘閥開了之后，壓力應(yīng)為5.2MPa左右。
三、排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能要求
1、 根據(jù)水倉水位等情況自動(dòng)控制排水泵啟停；
2、 控制各泵輪流工作,使每臺(tái)磨損程度均等；
3、 根據(jù)水倉水位、供電峰谷段時(shí)間劃分等情況，合理調(diào)度水泵運(yùn)行，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；
4、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水泵及其電機(jī)的工作參數(shù)。如:水泵流量、壓力、軸溫、電 機(jī)溫度、電機(jī)啟動(dòng)與工作電流等；
具有故障報(bào)警、自動(dòng)保護(hù)等功能；
組網(wǎng)功能通過光纖接入全礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，利用局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)資 源共享，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)，遙信，遙控功能。
四、 排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由PLC (可編程邏輯控制器)控制柜及其遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊、觸摸屏、 檢測(cè)部分(模擬量和開關(guān)量輸入模塊、各種監(jiān)測(cè)探頭、行程開關(guān)、液位儀等)、 執(zhí)行部分等組成，井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的方框圖如圖2所示。通 過工業(yè)以太網(wǎng)與地面調(diào)度室計(jì)算機(jī)相連，地面調(diào)度室計(jì)算機(jī)也作為監(jiān)控系統(tǒng) 的一部分。PLC可編程序控制器型號(hào)西門子S7.300。
五、 排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
考慮到運(yùn)行、維護(hù)特點(diǎn)，在地點(diǎn)上該系統(tǒng)采用三級(jí)控制結(jié)構(gòu)，用戶可以 在地面調(diào)度室、PLC控制柜以及就地控制箱完成對(duì)排水系統(tǒng)的監(jiān)控。綜合考 慮系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性、可靠性以及傳輸距離等的要求，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線與工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的形式。PLC與遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊之間采用 PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線通訊模式，PROFIBUS是目前國際上通用的現(xiàn)場(chǎng)總 線標(biāo)準(zhǔn)之一，符合-IEC 61158國際標(biāo)準(zhǔn)以及-JB/T10308. 3-2001標(biāo)準(zhǔn)，其 中所包含的PROFIBUS DP方式主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應(yīng) 用于制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中單元級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信，具有較高的實(shí)時(shí)性和較高的 可靠性；地面調(diào)度室計(jì)算機(jī)與PLC之間的通信采用工業(yè)以太網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng) 是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)了，利用工業(yè)以太 網(wǎng)，提供了一個(gè)無縫集成到新的多媒體世界的途徑。這種結(jié)合PROFIBUS DP 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以兼顧提供可靠的現(xiàn)場(chǎng)控制平臺(tái)和 人性化的上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)，符合工控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。
用戶在就地控制箱完成對(duì)于單臺(tái)水泵運(yùn)行方式的設(shè)定，可以將其設(shè)定為 就地、半自動(dòng)、全自動(dòng)三種方式中的任意一個(gè)。當(dāng)設(shè)定為全自動(dòng)時(shí)，水泵將 根據(jù)水位等條件自動(dòng)啟停。所以三級(jí)控制結(jié)構(gòu)主要是針對(duì)就地和半自動(dòng)兩種 方式。就地箱控制控制方式下，用戶在就地箱完成對(duì)單臺(tái)水泵的操作；半自動(dòng)方式分為觸摸屏集控和調(diào)度中心集控兩種(在觸摸屏進(jìn)行設(shè)定)，分別對(duì)應(yīng)
觸摸屏一鍵啟停和集控中心一鍵啟停。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
1、 就地箱控制控制
該控制方式主要方便用戶對(duì)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)，在該方式下，用 戶利用就地箱上的按鈕及指示燈一對(duì)一的操作球閥、閘閥以及真空泵等，為 保證維護(hù)人員的人身安全并防止他人對(duì)維護(hù)中設(shè)備進(jìn)行誤操作，將就地箱控 制方式的控制級(jí)別設(shè)為最高級(jí)，在此方式下觸摸屏以及集控中心水泵監(jiān)控終 端只能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，操作無效。
2、 半自動(dòng)觸摸屏集控
該控制方式下操作者在井下中央泵房的PLC控制柜的觸摸屏上即可完成 對(duì)每一臺(tái)水泵的啟停和狀態(tài)監(jiān)測(cè)，用戶只需在觸摸屏上按壓?jiǎn)?dòng)/停止鍵，觸 摸屏將命令下達(dá)到PLC控制柜的中央處理單元模塊，PLC控制柜將根據(jù)控制 邏輯完成對(duì)水泵的啟動(dòng)和停止。
3、 半自動(dòng)調(diào)度室集控
該控制方式下操作者在的地面調(diào)度室的計(jì)算機(jī)監(jiān)控終端完成對(duì)每一臺(tái)水 泵的啟停和狀態(tài)監(jiān)測(cè)，用戶在操作終端下發(fā)啟動(dòng)/停止指令，指令由計(jì)算機(jī)服 務(wù)器通過工業(yè)以太網(wǎng)下發(fā)到PLC控制柜，與半自動(dòng)觸摸屏集控相伺，剩下的 工作由PLC控制柜完成。
4、 全自動(dòng)方式
投入全自動(dòng)運(yùn)行的水泵完全由PLC控制柜控制，用戶只需進(jìn)行監(jiān)測(cè)，水 泵將按照水位等條件自動(dòng)啟停。
5、 操作軟件
為適應(yīng)系統(tǒng)需要，井下和調(diào)度室各設(shè)一個(gè)操作終端。井下操作終端選用 西門子TP270系列觸摸屏，安裝在PLC控制柜上，并與監(jiān)控PLC進(jìn)行組態(tài)， 完成井下集中控制；調(diào)度室內(nèi)選用性能穩(wěn)定的研華工控機(jī)作為操作終端，終 端通過通信服務(wù)器完成與井下監(jiān)控PLC的通信，讀取水泵當(dāng)前工作狀態(tài)、下 發(fā)遠(yuǎn)程控制命令。
6、 井下觸摸屏操作終端
作為井下的控制終端，必須能夠適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境并符合安全規(guī)程的 要求，所選TP270系列觸摸屏結(jié)構(gòu)緊湊、采用24V直流供電，安全可靠。利用PROTOOL開發(fā)工具開發(fā)操作軟件，結(jié)合操作人員的日常工作范圍，該操作 軟件集控制、監(jiān)測(cè)及報(bào)警于一體，操作者在一個(gè)監(jiān)控畫面下即可完成對(duì)^C泵 的啟、停控制、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障信息的讀取，具有功能完善、操作簡(jiǎn) 單的特點(diǎn)。
7、地面調(diào)度室操作終端
終端工控機(jī)作為地面調(diào)度室控制網(wǎng)絡(luò)的一部分，能夠方便得讀取數(shù)據(jù)服 務(wù)器中的信息，因此在具備井下操作終端的所具備的功能的基礎(chǔ)上增加了歷 史數(shù)據(jù)、曲線等的記錄和顯示，方便操作員掌握設(shè)備一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況， 及時(shí)進(jìn)行檢修和維護(hù)。
六、排水泵啟動(dòng)停止操作程序
1、 水泵啟動(dòng)條件
(1) 吸水井水位適中。
(2) 水泵啟動(dòng)高壓開關(guān)柜無故障，其斷路器位置正常，供電系統(tǒng)電壓在允 許范圍內(nèi)。
(3) 閘閥、水射流抽真空裝置的球閥處于正確關(guān)閉位置。
(4) 真空泵球閥處于正確關(guān)閉位置。
(5) 設(shè)備各溫度測(cè)量點(diǎn)溫度正常。
(6) 壓力傳感器、負(fù)壓傳感器等信號(hào)正常。
(7) 系統(tǒng)無故障。
以上水泵啟動(dòng)條件由PLC控制柜計(jì)算機(jī)能夠自行判斷。
2、 水泵啟動(dòng)條件的判斷的手段和方法(參見圖l)
(1) 吸水井水位
由吸水井安裝的超聲波液位儀進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)量的信號(hào)是一個(gè)連續(xù)信號(hào)， 能夠?qū)崟r(shí)反映吸水井水位，從0米 6米連續(xù)測(cè)量；我們?cè)诔绦蛑性O(shè)定，吸
水井高水位4. 5米時(shí)開泵，4. 7米時(shí)報(bào)警，最低水位1. 5米停泵。而且這個(gè) 設(shè)定值可以根據(jù)吸水井的淤煤泥情況進(jìn)行調(diào)整，為提高水位測(cè)量的可靠性， 我們還增設(shè)了一個(gè)投入式液位儀，二者相互備用。水位儀所測(cè)的水位信號(hào)先 進(jìn)入模擬量輸入模塊，再上傳至PLC控制柜，隨時(shí)在監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)界面
上顯示。
(2) 水泵啟動(dòng)高壓開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測(cè)水泵啟動(dòng)高壓開關(guān)柜安裝有電子綜合保護(hù)單元(采用南瑞繼保)開關(guān)柜 的各種參數(shù)，電壓、電流、功率、功率因數(shù)、開關(guān)柜斷路器的位置等信號(hào)通
過RS485通訊方式進(jìn)入PLC控制柜(見圖2) PLC控制柜根據(jù)上傳的信息就可 以自行判斷高壓開關(guān)柜是否具備啟動(dòng)條件，運(yùn)行中當(dāng)開關(guān)柜電流、電壓等參 數(shù)異常時(shí)(過電流、過電壓、欠電壓)，系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)報(bào)警或延時(shí)停車。
(3) 閘閥、水射流抽真空裝置的球閥，配水閘門閥位判斷 由在其上面安裝的行程開關(guān)來判斷閥位置是處于關(guān)閉還是開啟狀態(tài)，行
程開關(guān)提供的開關(guān)量信號(hào)傳送到數(shù)字量輸入模塊，在模塊內(nèi)處理后傳送到遠(yuǎn) 程擴(kuò)展模塊，再經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線傳送至PLC控制柜，以供PLC邏輯運(yùn)算判 斷。
(4) 真空泵球閥閥位判斷也是由安裝在上面的行程開關(guān)來提供信號(hào)，其信 號(hào)傳送方式路徑同閘閥。
(5) 設(shè)備各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度的測(cè)量
電機(jī)定子繞組預(yù)埋了 Pt100的電阻，電機(jī)軸承、水泵軸承也分別安裝了 溫度探頭，所測(cè)量的信號(hào)先傳送到多路溫度巡檢儀，測(cè)算出溫度信號(hào)后，通 過RS485通訊方式，將數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊，再經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線傳送 至PLC控制柜，以供計(jì)算機(jī)邏輯判斷控制。在PLC可編程序控制器中分別設(shè) 定了電機(jī)定子、電機(jī)軸承、水泵軸承的上限溫度，上限溫度值為兩級(jí)參數(shù)， 當(dāng)達(dá)到第一級(jí)溫度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并顯示，當(dāng)達(dá)到第二級(jí)溫度時(shí)，控制系統(tǒng)自 動(dòng)停止水泵避免設(shè)備損壞，以上各點(diǎn)所測(cè)量溫度，均能在控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī) 界面上實(shí)時(shí)顯示。
(6) 壓力傳感器、負(fù)壓傳感器信號(hào)
開泵前應(yīng)先將水泵腔體抽真空，在水泵的吸水管負(fù)壓表上安裝了負(fù)壓傳 感器，其信號(hào)先傳送到模擬量輸入模塊，再經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線傳送到PLC控制 柜，其負(fù)壓值可實(shí)時(shí)測(cè)量，當(dāng)負(fù)壓值達(dá)到-100Pa時(shí)表示水泵已抽真空，水泵 可以啟動(dòng)，否則水泵不能啟動(dòng)。在排水管的壓力表上安裝了壓力傳感器(壓 力變送器)其數(shù)據(jù)傳送方式與路徑與負(fù)壓傳感器相同，在水泵正常開啟后， 壓力應(yīng)在5.2MPa左右，如果壓力低于5Mpa，說明水泵己不能正常排水，系 統(tǒng)報(bào)警延時(shí)50秒后停泵，以防水泵損壞。
(7) 系統(tǒng)故障判斷PLC控制柜依據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)采集到的各種信息，判斷排水系統(tǒng)中的各種參數(shù) 數(shù)值，將采集到的參數(shù)數(shù)值與系統(tǒng)報(bào)警設(shè)定值相比較，如果數(shù)據(jù)異常，說明 有故障，PLC控制柜將驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警并顯示故障類別；例如過電流、欠電
壓、過電壓、軸承溫度超標(biāo)、閥位不正常、水泵排水流量低等，根據(jù)程序設(shè) 定要求必要時(shí)停泵。
3、水泵啟動(dòng)工藝流程
(1) 全自動(dòng)方式
當(dāng)排水系統(tǒng)工作方式選定為全自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)程序以下當(dāng)吸水井水 位低于1.5米時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)開泵程序，首先PLC控制柜根據(jù)收集到的信
息判斷各種閥位處于正確位置，設(shè)備各測(cè)監(jiān)點(diǎn)溫度值正常、壓力、負(fù)壓信號(hào) 值正常、高壓?jiǎn)?dòng)開關(guān)柜斷路器位置正常，電氣參數(shù)正常后，判定水泵已具 備啟動(dòng)條件。
首先PLC控制柜發(fā)生控制指令，命令水泵抽真空裝置工作(水泵抽真空 裝置分為兩種 一種是真空泵， 一種是水射流裝置，為保證抽真空裝置工作 正常，兩種抽真空裝置我們均都安裝了，一套工作， 一套備用；控制系統(tǒng)自行 選擇其中一套工作)PLC工作指令經(jīng)過對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送路徑將指令傳送到執(zhí) 行機(jī)構(gòu)，抽真空裝置工作，待水泵真空度達(dá)到-100Pa時(shí)，水泵高壓開關(guān)柜自 動(dòng)啟動(dòng)送電，延時(shí)2秒，水泵排水管閘閥電動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作將閘門打開，待排水 表壓力穩(wěn)定在5.2MPa時(shí)，說明水泵正常啟動(dòng)，排水開始，整個(gè)過程不需人工參與。
(2) 半自動(dòng)運(yùn)行方式
當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式選為半自動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，有兩個(gè)操作界面可供選擇一是 地面調(diào)度室遠(yuǎn)程半自動(dòng)運(yùn)行，二是井下觸摸屏半自動(dòng)運(yùn)行.當(dāng)選為地面調(diào)度室 遠(yuǎn)程半自動(dòng)運(yùn)行時(shí)(PLC控制柜的所有數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳至地面調(diào)度室內(nèi)的 計(jì)算機(jī))操作人員在地面調(diào)度室計(jì)算機(jī)的屏幕上，點(diǎn)擊某臺(tái)水泵的啟動(dòng)按鈕， 則某臺(tái)水泵自動(dòng)啟動(dòng)，停止水泵也是如此，地面調(diào)度室的計(jì)算機(jī)可實(shí)時(shí)觀測(cè) 水泵的各種運(yùn)行參數(shù)，如電壓、電流、功率、功率因數(shù)、水泵排水壓力、 水泵流量、運(yùn)行時(shí)間、水泵排水流量、設(shè)備各溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度等參數(shù)，故 障情況、報(bào)警并顯示故障類型，緊急情況也可自動(dòng)停泵，PLC控制柜按照預(yù) 先設(shè)定的程序啟動(dòng)和停止水泵。當(dāng)半自動(dòng)運(yùn)行方式選為井下觸摸屏集控時(shí)，操作人員在井下PLC控制柜 的觸摸屏上即可完成對(duì)每臺(tái)水泵的啟動(dòng)停止和狀態(tài)檢査，只需在觸摸屏上按 啟動(dòng)停止鍵，PLC控制柜就可根據(jù)控制程序完成流水泵的啟動(dòng)停止操作。
(3)當(dāng)系統(tǒng)工作方式選為就地控制箱控制時(shí)，操作人員啟動(dòng)水泵時(shí)先檢査 水泵電機(jī)狀態(tài)是否完好，各閥門位置是否正常、水位是否正常、電氣參數(shù)是 否正常等并判斷能夠開泵時(shí)，先按下抽真空裝置的啟動(dòng)按鈕(真空泵或水射 流抽真空裝置)抽真空裝置的球閥打開，抽真空裝置工作啟動(dòng)，待水泵真空 度達(dá)到要求后，關(guān)閉抽真空裝置的閥門，抽真空裝置停止工作，按下水泵高 壓開關(guān)柜啟動(dòng)按鈕，再按下閘閥開關(guān)按鈕，水泵壓力正常后，水泵啟動(dòng)成功。 停泵時(shí)，先按下閘門關(guān)閉按鈕，閘門關(guān)閉到位后，再按下水泵啟動(dòng)柜停止按 鈕，水泵停止運(yùn)行，停泵結(jié)束，以上水泵的啟動(dòng)停止均在就地操作箱完成。
另外由于系統(tǒng)所選的閘門、閥門等均為手動(dòng)電動(dòng)兩用，所以當(dāng)電動(dòng)機(jī)構(gòu) 失效時(shí)，排水系統(tǒng)可以在完全人工的方式下啟動(dòng)或停止水泵。
4、 水泵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)；
排水系統(tǒng)設(shè)備各測(cè)量點(diǎn)所測(cè)量的信號(hào)，分別進(jìn)入對(duì)應(yīng)的數(shù)字量或模擬量 輸入模塊，處理后進(jìn)入PLC控制柜，在PLC控制柜的觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示，排 水系統(tǒng)的各種參數(shù)，例如，電機(jī)電壓、啟動(dòng)電流、運(yùn)行電流、功率、功率因 數(shù)、排水壓力，水泵排水流量，吸水井水位、各種閥門的開關(guān)狀態(tài)，各種軸 承溫度、電機(jī)溫度等以上參數(shù)通過以太網(wǎng)傳送至地面調(diào)度室的計(jì)算機(jī)，在地 面調(diào)度室計(jì)算機(jī)的操作屏幕上實(shí)時(shí)顯示，如出現(xiàn)故障，系統(tǒng)報(bào)警并根據(jù)故障 在設(shè)置了延時(shí)停泵功能。
5、 水泵的停止
(1) 正常停泵，所謂正常停泵是指水泵工作正常并將吸水井水位排至最低 時(shí)的停泵。當(dāng)控制方式選為就地控制箱時(shí)，需人工按動(dòng)閘門關(guān)閉按鈕，再按 下水泵開關(guān)柜停止按鈕來停泵，當(dāng)控制方式選為半自動(dòng)運(yùn)行或全自動(dòng)運(yùn)行時(shí)， 無需人工操作，PLC根據(jù)吸水井液位儀提供的水位信號(hào)，當(dāng)水位排至最低時(shí)， 自動(dòng)將水泵按照邏輯運(yùn)算控制的程序要求停止。
(2) 故障停泵，
當(dāng)排水系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障，例如水泵電機(jī)超溫、軸承超溫、排水壓力不 正常、排水流量低于正常值20%等情況時(shí)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)報(bào)警，當(dāng)控制方式選為就地控制箱時(shí)，需人工操作就地控制箱上的按鈕停泵，當(dāng)控制方式選為半
自動(dòng)或全自運(yùn)行時(shí)，PLC根據(jù)邏輯控制，延時(shí)自動(dòng)停泵，保護(hù)設(shè)備。 七、排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求功能的實(shí)現(xiàn)方案、流程。
1、 根據(jù)吸水井水位等情況自動(dòng)控制水泵的啟停及運(yùn)行臺(tái)數(shù)。在半自動(dòng)或 全自動(dòng)運(yùn)行方式下，當(dāng)吸水井水位至4.5米時(shí)；PLC控制柜根據(jù)邏輯程序首 選判斷哪幾臺(tái)泵具備啟動(dòng)條件，自行選擇其中一臺(tái)泵按邏輯控制的指令，將 其選定的水泵啟動(dòng)；水泵啟動(dòng)后，隨時(shí)監(jiān)測(cè)、運(yùn)算系統(tǒng)的各種參數(shù)，當(dāng)水泵 開啟后，如果吸水井水位下降的速度低于每小時(shí)0. 5米時(shí)(此值為程序設(shè)定 值也可以調(diào)整)系統(tǒng)將在第一臺(tái)水泵開啟后半小時(shí)之內(nèi)自動(dòng)開啟另外一臺(tái)水 泵加大排水的能力，如果吸水井水位下降速度的仍達(dá)不到每小時(shí)0.5米，再 啟動(dòng)一臺(tái)水泵，直至吸水井水位下降速度滿足設(shè)計(jì)值要求。目的是保障礦井 排水系統(tǒng)的排水能力與礦井實(shí)際涌水量相匹配，保障排水安全，當(dāng)吸水井水 位排至1.5米時(shí)，PLC控制柜控制按程序自動(dòng)逐臺(tái)順序停泵，兩臺(tái)水泵之間 的啟動(dòng)或停止間隔時(shí)間6分鐘。
2、 控制各水泵輪流工作，使每臺(tái)水泵磨損程度均等。 每臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間，PLC控制柜監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)內(nèi)均有記錄并進(jìn)行
運(yùn)算；當(dāng)一臺(tái)水泵累計(jì)工作10小時(shí)后，系統(tǒng)將選擇另外一臺(tái)水泵運(yùn)行；我們 中央泵房安裝有5臺(tái)水泵，計(jì)算機(jī)可以根據(jù)邏輯運(yùn)算結(jié)果輪流或交叉啟動(dòng)水 泵，單臺(tái)或多臺(tái)運(yùn)行，保證各臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間相當(dāng)。
3、 根據(jù)吸水井水位，供電峰谷段時(shí)間劃分等情況，合理調(diào)度水泵運(yùn)行， 節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。在PLC可編程序設(shè)置了避峰時(shí)間，例如上午8: 00 12: OO為用電高峰，將此時(shí)間段輸入PLC程序內(nèi)，PLC控制柜計(jì)算機(jī)根據(jù)吸水井 水位情況、吸水井水位上升速度等情況，計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇開泵時(shí)間、開泵臺(tái) 數(shù)，確保水泵運(yùn)行合理，將吸水井的水位在8: OO之前降低最低，使水泵運(yùn) 行時(shí)間避開8: 00 12: 00，在8: 00 12: 00時(shí)間段如吸水井水位上升至
4.5米則水泵仍然正常啟動(dòng)，確保排水安全。在排水安全和避峰時(shí)間之間，
本著避峰時(shí)間服從排水安全的原則。
4、 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水泵及電機(jī)的工作參數(shù)。排水系統(tǒng)各測(cè)量點(diǎn)的各類探頭、行 程開關(guān)所測(cè)量的數(shù)據(jù)通過一定的傳輸方式和路徑進(jìn)入PLC控制柜在PLC控制 柜的觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示，通過以太網(wǎng)上傳至地面調(diào)度室，在地面調(diào)度室的計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
5、 具有故障報(bào)警、自動(dòng)保護(hù)功能；已在前面敘述。
6、 組網(wǎng)功能通過光纖接入全礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，利用局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù) 資源共享，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)，遙信，遙控功能。己在前面敘述。
上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本 發(fā)明的構(gòu)思和保護(hù)范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng) 域中普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落 入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，包括井下中央泵房排水系統(tǒng)和排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是井下中央泵房排水系統(tǒng)包括水泵及電機(jī)、水泵啟動(dòng)高壓開關(guān)柜、水倉、吸水井、水泵抽真空裝置、閘閥、止回閥、底閥、配水閘門以及排水管路；閘閥、止回閥安裝在排水管路上，底閥安裝在水泵吸水管末端，配水閘門安裝在水倉與吸水井之間或吸水井與吸水井之間；本發(fā)明的閘閥、配水閘門、水泵抽真空裝置均具備手動(dòng)、電動(dòng)兩種操作方式，并在其電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上安裝了行程開關(guān)；吸水井安裝了超聲波液位儀；水泵高壓?jiǎn)?dòng)開關(guān)柜裝備具有數(shù)據(jù)傳輸接口的電子綜合保護(hù)單元，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行及遠(yuǎn)處監(jiān)控；水泵電機(jī)定子安裝Pt100電阻，水泵軸承、電機(jī)軸承均安裝溫度傳感器，在水泵吸水管上安裝了超聲波流量計(jì)和測(cè)量水泵真空度的負(fù)壓傳感器；水泵排水管安裝了壓力傳感器；所有傳感器及行程開關(guān)信號(hào)上傳至對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸入模塊或模擬量輸入模塊；系統(tǒng)在水泵的進(jìn)水段安裝有負(fù)壓表，用于在開泵前監(jiān)測(cè)水泵的真空度；在水泵的出水口安裝有壓力表，用來監(jiān)測(cè)水泵高壓合上而電動(dòng)閘沒有開啟時(shí)的壓力；排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)包括PLC控制柜及其遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線、觸摸屏、模擬量和開關(guān)量輸入模塊、各種監(jiān)測(cè)探頭、行程開關(guān)、液位儀、執(zhí)行部分，通過工業(yè)以太網(wǎng)與地面調(diào)度室計(jì)算機(jī)相連；(1)吸水井水位監(jiān)控由吸水井安裝的超聲波液位儀進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)量的信號(hào)是一個(gè)連續(xù)信號(hào)，能夠?qū)崟r(shí)反映吸水井水位，超聲波液位儀所測(cè)的水位信號(hào)先進(jìn)入模擬量輸入模塊，再上傳至PLC控制柜，隨時(shí)在監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)界面上顯示；吸水井高水位在設(shè)定的值時(shí)開泵、停泵；(2)水泵啟動(dòng)高壓開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測(cè)水泵啟動(dòng)高壓開關(guān)柜安裝有電子綜合保護(hù)單元，開關(guān)柜的各種參數(shù)，電壓、電流、功率、功率因數(shù)、開關(guān)柜斷路器的位置信號(hào)通過RS485通訊方式進(jìn)入PLC控制柜，PLC控制柜根據(jù)上傳的信息就可以自行判斷高壓開關(guān)柜是否具備啟動(dòng)條件，運(yùn)行中當(dāng)開關(guān)柜電流、電壓參數(shù)出現(xiàn)過電流、過電壓、欠電壓異常時(shí)，系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)報(bào)警或延時(shí)停車；(3)閘閥、水射流抽真空裝置的球閥，配水閘門閥位判斷由在其上面安裝的行程開關(guān)來判斷閥位置是處于關(guān)閉還是開啟狀態(tài)，行程開關(guān)提供的開關(guān)量信號(hào)傳送到數(shù)字量輸入模塊，在模塊內(nèi)處理后傳送到遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊，再經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線傳送至PLC控制柜，以供PLC邏輯運(yùn)算判斷；(4)真空泵球閥閥位判斷由在其上面安裝的行程開關(guān)來判斷閥位置是處于關(guān)閉還是開啟狀態(tài)，行程開關(guān)提供的開關(guān)量信號(hào)傳送到數(shù)字量輸入模塊，在模塊內(nèi)處理后傳送到遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊，再經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線傳送至PLC控制柜，以供PLC邏輯運(yùn)算判斷；(5)設(shè)備各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度的測(cè)量電機(jī)定子繞組預(yù)埋了Pt100的電阻，電機(jī)軸承、水泵軸承也分別安裝了溫度探頭，所測(cè)量的信號(hào)先傳送到多路溫度巡檢儀，測(cè)算出溫度信號(hào)后，通過RS485通訊方式，將數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊，再經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線傳送至PLC控制柜，以供計(jì)算機(jī)邏輯判斷控制；在PLC可編程序控制器中分別設(shè)定了電機(jī)定子、電機(jī)軸承、水泵軸承的上限溫度，上限溫度值為兩級(jí)參數(shù)，當(dāng)達(dá)到第一級(jí)溫度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并顯示，當(dāng)達(dá)到第二級(jí)溫度時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)停止水泵避免設(shè)備損壞，以上各點(diǎn)所測(cè)量溫度，均能在控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)界面上實(shí)時(shí)顯示；(6)壓力傳感器、負(fù)壓傳感器信號(hào)測(cè)量開泵前應(yīng)先將水泵腔體抽真空，在水泵的吸水管負(fù)壓表上安裝了負(fù)壓傳感器，其信號(hào)先傳送到模擬量輸入模塊，再經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線傳送到PLC控制柜，其負(fù)壓值可實(shí)時(shí)測(cè)量，當(dāng)負(fù)壓值達(dá)到設(shè)定值時(shí)表示水泵已抽真空，水泵可以啟動(dòng)，否則水泵不能啟動(dòng)；在排水管的壓力表上安裝了壓力傳感器，其數(shù)據(jù)傳送方式與路徑與負(fù)壓傳感器相同；(7)系統(tǒng)故障判斷PLC控制柜依據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)采集到的各種信息，判斷排水系統(tǒng)中的各種參數(shù)數(shù)值，將采集到的參數(shù)數(shù)值與系統(tǒng)報(bào)警設(shè)定值相比較，如果數(shù)據(jù)異常，說明有故障，PLC控制柜將驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警并顯示故障類別，根據(jù)程序設(shè)定要求停泵；(8)根據(jù)吸水井水位情況自動(dòng)控制水泵的啟停及運(yùn)行臺(tái)數(shù)在半自動(dòng)或全自動(dòng)運(yùn)行方式下，當(dāng)吸水井水位至設(shè)定值時(shí)，PLC控制柜根據(jù)邏輯程序首選判斷哪幾臺(tái)泵具備啟動(dòng)條件，自行選擇其中一臺(tái)泵按邏輯控制的指令，將其選定的水泵啟動(dòng)；水泵啟動(dòng)后，隨時(shí)監(jiān)測(cè)、運(yùn)算系統(tǒng)的各種參數(shù)，當(dāng)水泵開啟后，如果吸水井水位下降的速度低于設(shè)定值，系統(tǒng)將在第一臺(tái)水泵開啟后半小時(shí)之內(nèi)自動(dòng)開啟另外一臺(tái)水泵加大排水的能力，如果吸水井水位下降速度的仍達(dá)不到設(shè)定值，再啟動(dòng)一臺(tái)水泵，直至吸水井水位下降速度滿足設(shè)計(jì)值要求；當(dāng)吸水井水位排至設(shè)定值時(shí)，PLC控制柜控制按程序自動(dòng)逐臺(tái)順序停泵；每臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間，PLC控制柜計(jì)算機(jī)內(nèi)均有記錄并進(jìn)行運(yùn)算；當(dāng)一臺(tái)水泵累計(jì)工作到設(shè)定值后，系統(tǒng)將選擇另外一臺(tái)水泵運(yùn)行；計(jì)算機(jī)可以根據(jù)邏輯運(yùn)算結(jié)果輪流或交叉啟動(dòng)水泵，單臺(tái)或多臺(tái)運(yùn)行，控制各水泵輪流工作，使每臺(tái)水泵磨損程度均等，保證各臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間相當(dāng)；(9)根據(jù)吸水井水位，供電峰谷段時(shí)間劃分情況，在PLC可編程序控制器中設(shè)置了避峰時(shí)間段，將此時(shí)間段輸入PLC程序內(nèi)，PLC根據(jù)吸水井水位情況、吸水井水位上升速度情況，自動(dòng)選擇開泵時(shí)間、開泵臺(tái)數(shù)，確保水泵運(yùn)行合理，在排水安全和避峰時(shí)間之間，本著避峰時(shí)間服從排水安全的原則。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是 在所述水泵電機(jī)回路中串入電抗器，在電機(jī)啟動(dòng)后將電抗器切除，電機(jī)投入 正常運(yùn)行。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是在吸水井內(nèi)增設(shè)了一個(gè)投入式液位儀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)，其特征 是所用的閘閥電動(dòng)機(jī)構(gòu)是多回轉(zhuǎn)閥門電動(dòng)裝置，其控制點(diǎn)有四個(gè)，分別為 兩個(gè)行程開關(guān)電動(dòng)閥開到位，電動(dòng)閥關(guān)到位；兩個(gè)轉(zhuǎn)矩開關(guān)開過轉(zhuǎn)矩， 關(guān)過轉(zhuǎn)矩；這些接點(diǎn)均為常閉接點(diǎn)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是 所述的排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)采用三級(jí)控制結(jié)構(gòu)，用戶可以在地面調(diào)度室、PLC 控制柜以及就地控制箱完成對(duì)排水系統(tǒng)的監(jiān)控；監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用PROFIBUS DP 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線與工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的形式；PLC控制柜與遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊之間 采用PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線通訊模式；地面調(diào)度室計(jì)算機(jī)與PLC控制柜 之間的通信采用工業(yè)以太網(wǎng)。
全文摘要
一種井下中央泵房排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，包括PLC控制柜及其遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線、觸摸屏、模擬量和開關(guān)量輸入模塊、各種監(jiān)測(cè)探頭、行程開關(guān)、液位儀、執(zhí)行部分，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線與工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的形式。包括(1)吸水井水位監(jiān)控；(2)水泵啟動(dòng)高壓開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測(cè)；(3)閘閥、水射流抽真空裝置的球閥、配水閘門閥位判斷；(4)真空泵球閥閥位判斷；(5)設(shè)備各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度的測(cè)量；(6)壓力傳感器、負(fù)壓傳感器信號(hào)測(cè)量；(7)系統(tǒng)故障判斷；(8)根據(jù)吸水井水位情況自動(dòng)控制水泵的啟停及運(yùn)行臺(tái)數(shù)；(9)設(shè)置了供電避峰時(shí)間段，自動(dòng)選擇開泵時(shí)間、開泵臺(tái)數(shù)。本發(fā)明提高了系統(tǒng)工作可靠性、降低設(shè)備事故率，對(duì)排水系統(tǒng)采用三級(jí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)E21F16/00GK101476486SQ200810159250
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者彥 劉, 張文寶, 張立俊, 朱西田, 偉 賀, 馬士亮 申請(qǐng)人:棗莊礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司濱湖煤礦