煤矿井下水泵排水系统案例参考

1. 监控系统功能综述

（1） 地面监控机的主要功能：

① 实时PLC数据通信，采集现场的检测参数；

②实时记录、显示现场运行数据；

③在远程控制允许的方式下，实现对各水泵的启停运行控制；

④实时监测水泵、电机运行状态。 ⑤ 具有采区水泵的工艺画面的动态模拟。

⑥ 具有操作人员的登录管理功能，有效防止非法操作、误操作。 ⑦ 对设备的启停控制实时记录，便于对设备的操作查询管理。 ⑧ 可以查询设备实时运行数据及历史运行数据。 ⑨ 具有实时动作状态变化报警提示。

（2）控制柜完成的功能

①对水泵、抽真空系统和电动阀门的自动监控。

② 实时采集水泵的出水口压力，并根据此值作为保护电机的一项参数。 ③实时采集水泵进水口的真空度，在启动电机时作为启动的依据。

④实时采集水泵电机前后轴温度、震动，作为电机是否运行正常的依据。 ⑤实时采集隔爆开关的电压、电流运行参数以及故障保护信号。

⑥实时采集集水井水位，在自动运行方式时，根据集水井水位的液位控制电机的 自动运行。

⑦ 实时采集出水母管的管网压力和出水总流量。 ⑧通过就地控制柜可在就地控制模式下进行手动控制。 ⑨通过千兆工业以太网将运行数据传到远控制中心监控机。

（3）自动轮换工作

对水泵为了防止因备用泵及其电气设备长期不用而使电机和电气设备受潮或锈死，在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安全， 系统程序设计了自动

轮换工作控制，控制程序将水泵运行时间自动记录并累计，决定下次开机时的开机顺序，实现各台水泵轮换运转，以使各台水泵具有较为平均的开机时间，延长其使用寿命，保证安全生产。 （4）自动控制

水泵泵体内部只有达到一定的真空度，使其叶轮完全淹没于水中，才能实现正常的排水。若真空度不够，泵内有空气存在，将会造成不上水和转动部件烧坏等故障。系统一般采用真空泵或射流泵抽真空，由真空表监测真空度，正常运行情况下，有出口压力、真空泵出水流量和真空度三个参数判断水泵运行是否正常。

为了减少启动时间和对电网的冲击，水泵操作规程规定离心式水泵一定要关闭出水闸阀启动，而当水泵停车时，为避免水锤事故，必须先关闭闸阀，缓慢减少流速，最后停车。 水泵的开机顺序为：

打开真空泵，自动抽真空； 抽真空完毕，开启水泵； 打开排水管路上电动阀门； 关闭真空泵运行； 水泵自动开机完毕。 水泵关机顺序为：

关闭出水电动阀门； 停止排水泵运行

2．监控系统框图

本系统总体结构框图如图1.1所示。主要有工控机、可编程控制器、控制柜、EPS电源柜、温度、压力、振动、液位变送器、电动阀门、真空泵、UPS电源等。结构组成设计成为上、下位机结构，工控机为上位机，可编程控制器PLC为下位机。

3．系统工作原理及工作方式

水泵启动开关的电量参数由PLC及其配套的A/D模块共同完成，PLC自动巡检，通过扩展工业以太网模块CP343-接入信息化系统设在该处矿千兆环网交换机上传给远程控制中心。

系统可有三种工作方式：全自动、半自动、就地手动。

全自动运行时，系统的下位机PLC实时采集水仓水位状态，并根据水仓水位情况，按照各台水泵的运行时间长短启动相应水泵的运行或停机。不需要人工参与。下位机在正常运行过程中，可以脱离上位机的通讯仍能正常运行。

半自动运行时，工作人员按照水位情况选择启动水泵，本功能既有一键启动水泵的功能。只要工作人员点击相应需要启动水泵号的启动按键，系统就可自行完成水泵开启，反之关泵也一样。

远程工作时,由授权值班工作人员通过上位计算机控制水泵的启动和停止；系统在正常运行过程中，不论何种工作方式，均可实时将现场的各种参数、设备状态通过工业以太网传

到远程控制中心。

就地手动工作方式时，根据水仓水位，就地通过就地控制柜操作手动控制水泵的启停。（选择就地时全自动、半自动都不能使用）

4．配置设置

4.1系统软件配置

主监控系统操作系统软件为WindowsXP Professional，编程软件采用西门子公司的STEP7 V5.4SP3，组态软件为功能强大的西门子公司的2种软件分别是WINCC flexible2008和WINCC V6.2 SP3，通讯软件采用西门子公司的SOFTNET，数据库软件采用微软公司的SQLserver2005专业版。

4.2 硬件配置及性能指标

4.2.1 PLC可编程控制器采用国际知名品牌德国西门子公司S7-315 2DP系列PLC。 供电 AC85 ~ 2V 频率 50 HZ 运算速度 0.08Hs 存储容量 路 开关量I/0 0点 模拟量输入 0点

A/D分辨率 13位＋符号位 A/D通道转换时间 <70mS A/D运行误差 ±0.5% 4.2.2 超声波液位仪 供电电压 DC12-30V 测量范围 20-6000mm 输出 4 ~ 20 mA 4.2.3 压力变送器 供电电压 DC24V 测量范围 0~ 5 Mpa 输出 4 ~ 20 mA 4.2.4 振动、温度变送器 振动测量特性：

振动测量量程范围： 0~20mm/s 振动测量综合误差： ±5％ 温度测量特性：

温度测量量程范围：0～150℃ 温度测量综合误差：±2％

输出特性： 两线制 DC/4~20mA 推荐工作电压：+24V 4.2.5 4.2.5 控制柜

执行标准编号：Q/320303MT007-2005 工作电压：AC220 V； 最大工作电流：≤0.8A；

容量：N路开关量输入、N路开关量输出、N路模拟量输入信号口， PS307电源

PS307电源负责为PLC、除DI外的模块及人机界面提供电源，其性能参数如下： 输入

单相 120/230 VAC 通过设备上的选择开关设定 电压范围 85~132 / 170~2 V AC 电源频率；范围 50/60 Hz；47~63 Hz 额定电流 4.1/1.8 A 输出

额定电压 24 V DC 总误差 ± 3 % 额定电流 10 A 启动短路 典型值35 A，80 ms SITOP电源

SITOP电源负责为工业交换机、现场仪表及传感器、DI模块提供电源 输入压： AC 120/230 V 电压范

围: 85~132 V AC 170~2 V AC 电源缓冲> 20 ms（93/187 V） 额定电源频率50/60 Hz 额定输入电流4.1/2.4 A 额定输出电压24 V DC - 误差+/-3 %

- 设定范围22.8 到 28 V 额定输出电流10 A（12 A 高达 +45 °C） 额定效率90 %

信号输入、输出 开关量输入信号：高

低电平信号，≤2V为低电平，≥18V为高电平

模拟量输入信号：电流信号 4mA～20mA

模拟量的转换误差:≤0.5%

开关量输出信号：常开接点，接点容量AC 220V/3A（阻性负载） 通信接口

与交换机通信的传输方式为以太网传输， 传输速率为：100Mbps

最大传输距离：100m （双绞线） 通讯信号工作电压峰峰值：≤2V 工作条件：

海拔高度不超过2000米; 周围环境湿度-5℃ - +40℃;

周围空气相对湿度不大于95%(+25℃时);

无明显摇动与冲击的地方;

无破坏绝缘的气体或蒸汽的地方; 与水平面安装倾斜度不大于15度; 能防止滴水的地方;

安装类别 I; “d” 污染等级 3

5. 系统通讯网络

该监控系统共有四种通讯网络(图1.4)

MPI通讯网络：PLC与人机界面间的通讯

该通讯完成将PLC中处理后的现场的各种运行数据送就地人机界面显示，同时可以将人机界面输入的控制命令送到PLC,控制设备的运行。

工业以太网通讯网络：在泵房PLC控制系统与地面监控系统间实现数据通讯。

在PLC上扩展一个工业以太网模块，该模块完成将现场的设备状态、运行数据、故障信息等所有设备信息参数通过矿信息化的千兆以太网送到上位机，同时将上位机的控制指令送PLC。

6. 系统控制流程

为了保证安全生产，系统可靠运行，水位信号是水泵自动化控制的一个非常重要的参数，水位传感器的可靠性和准确性直接影响整个控制系统的工作可靠性，为此选用超声波液位传感器，它具有精度高、非接触式、非机械型、维护方便、安装容易、标定简单等优点，可根据控制的要求将水位信号的上限和下限分别设置为四个级别，超高、高、中、低。

第二部分 上位机监控软件操作说明

1. 登录界面

该界面为系统登陆界面，只有具备系统认可的用户名及相应密码的操作人员方可进行登录。不同的用户拥有不同的权限。 具有最高权限的管理员用户可以通过点击用户管理键对用户进行管理，授予相应的权限。

如果不具备操作权限的人员进行了相关操作，则系统会提示错误信息

2.运行主界面

在此画面中会动态显示每台泵的出口压力、真空度、累计运行时间、运行状态以及水仓的液位情况。