煤矿井下排水自动控制系统

煤矿井下排水自动控制系统

设

计

方

案

一、总则

本方案是针对煤矿井下主排水系统远程数值化集中控制技术要求,并充分考虑其先进性、安全性、可靠性、经济性及安装、使用和维护的方便而设计。

（一）设计依据

（1）设计方案根据使用方提出技术要求作出。

（二）设计原则

（1）控制系统由地面控制中心，监控分站和工业电视监视组成。（2）解决就地控制存在的事故隐患，减少各设备之间相互脱节、无法充分发挥效率的缺点。实现就地无人操作，仅设巡检人员。（3）本系统采用分布式控制，结构合理，信息共享，实现提高指挥效率和生产率，达到减人提效的目的。

（4）实现主排水系统中各种保护和水仓水位的控制信号及工业电视监视信号全部由已有矿井千兆以太网为平台进行数据命令传输。（5）充分满足现场运行和检修要求。

（6）保证整个系统运行可靠、故障率低、维护方便和修改灵活。（7）系统具有灵活和可靠的控制功能，简单实用，易于掌握，视频效果明显。

（8）系统具有自诊断功能，报警时可以发出声、光报警

（9）系统结构合理，便于系统的扩展。

（10）使用组态软件编程和模拟动态人机界面具有网络中断主排水系统自动停止功能确保设备安全运转。

（三）达到的技术水平和实现的目标

（1）实现就地和分区集中控制、可视化和语音通话三位一体的自动化控制系统体系。

（2）立足于高起点、高技术和高质量，将计算机控制系统和工业电

视相结合，

实现以“集中控制为主，现场监控为辅”的控制模式，保证主排水系统系统的连续性和可靠性。

（3）系统技术达到国内领先水平。提高开机率和管理水平，减少操作人员和工人的劳动强度，为今后矿井生产综合自动化打下良好基础。

（4）实现调度中心对主排水系统的长距离控制、多点位信息传输和集中监测监控。具有在线监测、分析及完善的保护和报警功能。（5）实现在控制中心对现场所有控制分站远程编程。

（6）利用各种保护传感器，实现主排水系统及相关设施的集中控制和保护。

（7）通俗易懂的区域传统操作台，现场技术人员可在最短的时间内掌握操作方法。

（8）与工业电视相结合，有机的完成可视化管理的先进理念。

二、系统结构

针对矿现场煤流运输生产系统的特点，按照以“区域集中监控为主，现场多点监测为辅”的原则，提出以下设计方案。

（一）控制设备

根据现场实际分布情况，采用的集控系统结构原理图，如图1所示。利用光纤、电缆组成混合现场总线，实现对现主排水系统及工业电视。

监测监控系统主要由地面监控中心，传输线路，控制分站和水泵电机开关、水位传感器、开停传感器、甲烷传感器、烟雾传感器电压传感器、电流传感器、温度传感器、门禁传感器信号等构成（可根据实际要求扩展）。

（二）控制系统组成

主排水系统地面集中控制系统结构如图2所示。主要由四部分组成：

（1）区域控制中心

区域控制中心设置在集控室，主要通过计算机和工业电视对主排水系统监视和集中控制。主要设备和设施包括工业控制计算机、21`显示器、网络通信、不间断电源和工业电视等。

（2）远距离通讯传输系统

工业现场总线由光纤、双绞线、集线器和网络连接器等组成。（3）现场控制及信号采集装置

现场控制及信号采集装置由两部分组成，本安主排水控制系统装置。该装置控制核心部分采用IO可编程控制器，其他主要元件均采用进口元件。井下现场部分还包括电气控制箱，外围保护、监测装置等相关设施。

主排水系统装置结合相应配套的传感器、控制器、网络组件等完成对水泵电机就地、远程控制。

（4）保护和检测装置

① 水位保护

② 高温保护

③ 电流保护

④ 电压保护

⑤ 甲烷保护

⑥水门开关测量

⑦电机开停状态显示

（5）工业电视

本系统主要由工业摄像设备、控制设备、显示设备、传输设备、光缆等组成。主要包括摄像机、监视器、转换器、光纤和控制器等。工业摄像设备采用低照度低噪声本安型摄象仪。

三、控制系统主要功能与特点

1. 扩展功能

选择的分站和系统软件留有备用容量和接口，可以很方便地进行扩展（如增主排水系统保护装置）；分布式系统结构具有良好的扩展性，（如主排水系统随生产的发展增多，可方便的增加主、副排水系统分站）。

2. 控制功能

具有远程启动、停止、复位和测试功能，并可进行地面远程编程、故障（保护）屏蔽及控制方式转换、给煤机点动操作等功能控制。

3. 显示功能

能实时显示各主排水设备、相关设施及所有信号状况，并能方便地进行多画面切换；当现场被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后，给出声、光告警提示。

4. 网络功能

与其它集控系统（如：供电集控系统）组成网络并纳入全矿计算机局域网，供矿调度室、矿领导及有关部门随时掌握井下各系统工况。

5. 掉电保护

为防止系统突然断电造成系统数据的丢失以及控制失控，采用1VA UPS供电，保证系统不间断运行。UPS能够为系统提供2小时的连续供电要求、各分站具有掉电记忆功能。

（二）控制模式

为了满足日常运行、检修、故障处理等需要，具备三种控制模式：就地、远程和自动。操作人员可采用不同方式控制排水系统的启动和停止。控制方式有三种

:

1. 区域集中控制

在这种方式下，操作人员只需在区域控制中心操作按键，控制现场各排水系统的开、停以及故障解除等。并且通过计算机语音系统发布开车提示命令。

2. 人工就地控制

当日常检修或故障处理以及特殊需要时，操作人员可分别在各排水系统设备现场通过排水系统控制装置控制电机的开、停。

3. 控制方式变换

可以通过胶排水系统控制装置手/自动切换开关进行转换，使得二种控制方式互为备用、互相闭锁，提高系统的可靠性和灵活性。

4. 故障解除

上位机具有故障解除功能，对于使用中出现的各类故障，非正常动作，使用中视情节正确使用。

（三）保护功能

符合煤炭安全规程对皮带机保护的六项措施。系统具有胶带机低速打滑、机头堆煤，满仓，超温洒水，烟雾，滚筒超温，沿线急停和跑偏保护（使用单位自选）。

四、系统安全性

1. 排水系统及相关设备的保护。采用性能可靠、动作灵敏、故障率低的控制保护装置，如水泵电机自动控制装置核心部分采用可编程控制器（PLC）。

2. 设备出线口满足安全规程要求，芯线接续简便、牢固。

3. 传感器采用本质安全型或矿用隔爆型。

4. 当接触器接点粘连需停水泵而无法停止时，切断上一级开关。

5. 就地控制装置设立闭锁开关，便于故障检查、处理时实现闭锁。