1、胜利服务厂-425水平潜水泵自动化控制系统抚矿集团公司西露天矿2010年11月24日胜利服务厂-425水平潜水泵自动化控制系统一、概述潜水泵最大优势是不怕水淹，矿井潜水泵站综合自动控制系统针对潜水泵站特点，可以在井下对泵站水泵机组设备进行就地操作控制，也可以在地面远程对泵站水泵机组设备运行进行操作控制，即使在淹井状况下仍能正常排水。正常排水时，根据水位、涌水量的大小、设备状态等参数和调度指令，依据“轮值控制”、“避峰填谷”（供电峰谷）原则进行智能自动化运行控制，从而实现泵房无人值班、智能化高效运行。潜水泵站综合自动控制系统采用自动控制、计算机信息网络、实时在线检测、数据库及专家智能软件等先进技
2、术组成三级或四级分布式自动化控制系统，系统软件使用公司为泵站自动化开发的HD智能控制软件平台，配套使用恒大自控自主研制的潜水泵专用综合保护仪HD-200SB，配合视频电视监控系统，使泵站运行做到“无人值班”，更进一步保证了潜水泵的可靠性、安全性，优化潜水泵运行，实现机、电、仪三位一体。实现对矿井泵站运行过程自动优化控制、安全联锁保护和综合信息管理。系统设计原则：（1）采用先进自动化技术构建分布开放式网络系统,实现“无人值班,少人值守”。（2）全过程实时在线检测泵站性能参数和所有设备状态，故障和异常自诊断、报警、联锁，完善的误操作预防措施，实现“泵站安全无故障运行”。（3）通过在“避峰填谷”原则
3、下的“峰谷运行时间控制”和“轮值控制”等智能控制技术，充分利用资源、节能降耗，使水泵机组在良好状态下运行，使用寿命最长，降低维护成本，经济运营，实现“泵站运行最优化和设备寿命最大化”。（4）全过程参数采集、记录、数据库建立和报表生成，方便于数据统计、查询、追朔，实现“泵站管理信息化和透明化”。（5）多级加权操作控制，标准通讯接口，与上级管理调度系统实时通讯，传输实时数据及控制指令，实现“最优化调度”。【主要功能】l 参数监测：泵站运行参数（水位、流量、扬程、电流、电压、功率、功率因数）、设备和系统状态参数（运行/停止、正常/故障、手动/自动/远程）的自动采集监视。l 优化控制：潜水泵机组及泵站
4、其它电动设备运行的自动智能控制（根据实时水位和水位变化趋势、涌水量和涌水速度确定运行/停止水泵机组台数；根据水泵机组运行累计时间和故障记录确定运行/停止水泵机组编号，轮值控制；满足矿产工艺对水位要求的前提下，避峰填谷，确定最优运行控制水位）。l 安全保护：潜水泵机组及泵站其它电动设备、电控装置、自动化系统设备、软件系统安全状态的自动化监测和异常故障状态安全联锁保护。l 信息管理：泵站运行参数信息、设备和系统状态信息、故障信息等的采集、处理、存储和上传，历史和实时数据库建立，历史和实时数据统计、查询，报表自动生成、打印。l 远程通讯：标准接口，与泵站自动化系统、上级管理调度系统、办公自动化系统、
5、第三方控制系统进行通讯，数据交换，网络管理。l 多级操作：分级加权操作-就地手动、现地遥控/自动、控制室集中遥控/自动、中控室远程遥控（可选），按从低到高设定优先等级，确保操作安全。二、系统结构和配置泵站自动化控制系统由地面中央控制（调度）室监控上位机操作站（工程师站）、大屏幕投影拼接墙系统、网络设备、井下矿用隔爆兼本安控制器（PLC）、矿用隔爆型远程监控箱、水位传感器、压力传感器、流量计、安装附件和管线敷设设施等。视频电视监控系统由工业摄像仪、视频控制主机等设备组成。上位机操作站、大屏幕投影拼接墙系统等布置在地面中央控制（调度）室内。系统设上位机操作站两套，实现双机互备，其中一套可兼做工程师
6、站。大屏幕系统拼接墙由6套60”的Visionpro C-DGC60X2+投影单元、1套Digicom Ark1200多屏处理器系统、控制管理软件、视频矩阵、RGB矩阵等附属的外围组成。显示单元规格如下： 单屏面积：1220mm (宽) 915mm (高) 1.12m整屏面积：1220mm (宽) 3 915mm (高) 2=3660mm (宽) 1830mm (高) 6.70m井下矿用隔爆兼本安控制器（PLC）、矿用隔爆型远程监控箱安装在井下-280m水平潜水泵高压配电室处，系统设矿用隔爆兼本安控制器2套（其中一台控制三台潜水泵，另一台控制二台潜水泵及局扇）、矿用隔爆型远程监控箱4套（每套控
7、制二台水泵，其中一台控制局扇），隔爆型远程监控箱上设有控制按钮和LCD显示屏，实现对水泵的控制及各类参数的显示；矿用隔爆兼本安控制器包括PLC、网络设备、串口服务器等，除完成水泵的控制和参数采集功能外，还可以实现与HD-200SB潜水泵保护仪、高爆开关综保等设备的通讯。在水仓设投入式液位计2只（其中1只作为备用），实时监测水仓水位；每台潜水泵出口设压力变送器1只，监测出水口压力，另在-280m位置设压力变送器3只，作为透水时的备用压力监测；在-280m出水管道上设超声波流量计3台，测量排水流量。在高压配电室安装防爆摄像头2台、水仓和出水口各设防爆摄像头2台，视频信号通过光纤传输到地面调度室。三
8、.功能特点上位机操作站主要完成集中监视、数据管理、运行程序管理等以及与其他信息系统的通讯。两台操作站其中一台兼作工程师站，通过授权操作，可以实现设定值修改、控制软件修改和升级等。隔爆兼本安控制器主要完成对泵站水泵等设备的控制、保护、操作显示及与上位机的通信。3.1.参数监测自动采集实时运行参数如水仓水位、流量、压力、温度等，集中显示监测。自动实时采集设备运行状态、电源工作状态等参数，集中显示监测。掌握各设备动作情况，收集报警信息，同时对实时数据和历史数据按要求进行筛选处理，并存入数据库，自动生成实施曲线和历史曲线。包括： 模拟量的采集与处理：a. 对电量和非电量进行周期采集，越限报警等，最后经
9、格式化处理后形成实时数据并存入实时数据库。b. 泵站主要的模拟量是水仓水位、流量、压力、电压、电流、功率等，经PLC采集并传递到控制系统显示和处理。流量有实时流量和累积流量积算显示功能，根据流量自动判断水泵是否真正启动并正常运行，实现闭环监控，同时根据水泵开停时间计算排水时间并显示。 开关量的采集与处理a. 采集事故信号、断路器及重要继电保护的动作信号等中断开关量信号，能以中断方式迅速响应这些信号并作出一系列必要的反应及自动操作。中断开关量信号输入为无源接点输入，中断方式接收。b. 采集各类故障信号、隔离开关的位置信号、排水泵及辅助设备运行状态信号、手动自动方式选择的位置信号等非中断开关量信号
10、，对这些信号的采集方式为定期扫描。对信号的处理包括光电隔离，接点防抖动处理，硬件及软件滤波，数据有效性合理性判断，启动相关量功能(如发事故报警音响，画面自动推出以及自动停机等)，最后经格式化处理后存入实时数据库。 开关量输出特指各类操作指令。输出这些信号前进行校验，经判断无误后送至执行机构，为保证信号的电气独立性及准确性，开关输出信号经光电隔离，接点防抖动处理后发出。3.2.水泵机组和辅助设备控制控制对象：水泵机组、供配电设备、局扇设备、高压设备开关合/分操作等。（1） 水泵机组智能控制。自动控制开、停水泵机组，泵组联合运行的投/切控制。根据工艺要求和水位等各种整定值、设定限值进行自动控制。
11、实现单台水泵运行自动控制； 实现多台水泵智能优化控制。系统根据水位、压力、时间控制原则，自动实现水泵的轮换工作，最大限度延长了水泵的使用寿命。控制器按工艺操作要求及控制条件，按一定的控制规律开、停泵站设备。对水位进行自动检测，根据水位情况设置有高高限、高限、低限、低低限、报警及连锁功能。对泵出口压力及总管压力进行自动检测，设置压力高高限、高限、低限、低低限报警及连锁功能。根据水位、压力及泵工作工况对泵进行自动控制，按照设定的程序自动控制水泵的轮值运行。当水位升至某一设定的水位值时，PLC系统将自动按次序依次开启一台至多台水泵投入运行，计算水位变化速率，改变水泵的运行台数，直到水位能保持在正常范
12、围内为止。控制器根据记录的每台设备运行的时间数及运行状况，优先启动运行时间较少故障率较小的泵。反之，当水位降至某一设定的水位值时自动减少水泵的运行台数。优先停运行时间较长的泵。同时，系统累积各个水泵的运行时间，自动轮换启停，保证各水泵累积运行时间基本相等，使其保持在最佳运行状态。水泵轮值时保证在轮值水泵启动正常的情况下，才可以令当前运行水泵停止工作。当水位降至运转水位时，自动控制全部水泵停止运行。控制器启动备用泵的原则是选择运行时间最少的泵机组，停机的原则是停运行台时最长的泵机组，这样能做到每台泵机组运行时间大致相同，避免有的泵机组长期不运转而受潮损坏。控制器保证泵机组的开、停次数不频繁。控制
13、器检测到超限水位，并有上升趋势，同时泵机组均处于运行状态时，控制器送报警信号到中央计算机，并在操作站CRT上弹出操作窗口，提示值班人员采取应急处理措施，调整进入泵站（水仓）的水量，保证泵站（水仓）安全。 系统根据用户工艺水位要求、现场实际条件情况以及电网负荷和供电部门的规定，以“避峰填谷”原则确定合理水位设定值，优化开、停水泵时间，从而合理地利用电网信息，使水泵机组最大限度在低电费区间运行，降低运营费用提高矿井的水泵运行的经济效益。 系统根据水位和涌水量信息，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。（2）安全保护联锁控制。根据设备运行状态、异常故障信息等进行安全联锁控制、报警，顺序停机
14、，保障设备、矿井、人身安全。主要保护有：u 超温保护：水泵温度过高，停机并报警。u 缺水保护：潜水泵电机出现漏水现象报警，严重缺水时，联锁停机报警。u 流量、压力、水位保护：水泵启动后，出口流量、压力异常，停机并报警；水泵进水环境水位偏低，报警并按规程处理。u 故障保护：水泵等设备工作电流、电压不正常，立即报警并按规程处理。3.3.运行监视和事件报警 运行实时监视控制系统可以使运行人员通过操作站对全站各主设备的运行状态进行实时监视。所有要进行监视的内容包括当前各设备的运行及停运情况，并对各运行参数进行实时显示。 参数越限报警记录控制系统将对某些参数以及计算数据进行监视。对这些参数量值可预先设定
15、其限制范围，当它们越限及复限时要作相应的处理。这些处理包括越限报警，越复限时的自动显示、记录和打印；对于重要参数及数据还应进行越限后至复限的数据存储及召唤显示；启动相关量分析功能，作故障原因提示。对于一些重要参数要有趋势报警。 事故顺序记录当水泵机组发生事故造成跳闸动作等情况时，控制系统立即以中断方式响应并自动显示、记录和打印事故名称及时间；记录和打印相关设备的动作情况，自动推出相关画面，做事故原因分析及提示处理方法。 故障状态显示记录系统定时扫查各故障状态信号，一旦发生状变将在显示器上即时显示出来，同时记录故障及其发生时间，并可用语音报警。系统对故障状态信号的查询周期不超过2秒。统计与制表对采集的定时数据与检测的事件进行在线计算，打印输出各种运行日志和报表。人机接口在线显示实时图形，使运行人员对泵站运行过程进行安全监视，并通过主控站微机功能键盘，运行人员可以在线调整画面，显示数据和状态，修改参数，控制操作等。设置根据工作人员职权不同，操作权限不同。画面显示画面显示是泵站控制系统的主要功能。画面调用将允许自动及召唤方式实现。自动方式指当有事故发生时或进行某些操作时有关画面的自动推出，召唤方式指操作某些功能键或以菜单方式调用所需画面。画面种类包括单线图、泵站布置图、棒形图、曲线、各种语句、表格等。 3.4 数据通信及系统扩展
