陈四楼煤矿中央泵房自动化技术改造.doc

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科 技 创 新 成 果 研 究 报 告 书

成 果 名 称：陈四楼煤矿中央泵房自动化技术改造
完 成 单 位：机电科
主要完成人员：符如康、艾学明、景旭东、任永强、张豪
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科 技 创 新 成 果 研 究 报 告 书

成 果 名 称：陈四楼煤矿中央泵房自动化技术改造
完 成 单 位：机电科
主要完成人员：符如康、艾学明、景旭东、任永强、张豪
完 成 日 期：2012年4月30日

陈四楼煤矿科技委员会
2012年度
陈四楼煤矿主排水泵房排水设备技术改造
一、完成单位：机电科
二、实施地点：中央泵房
三、推广范围：全矿
四、成果类别：技术推广
五、技术领域：机电类
六、项目概述：
陈四楼煤矿是一座现代化矿井，自1997年投产后，副井底排水泵房为矿井主排水泵站，其主排水泵房共装设D580大泵9台，配套电机为Y500-64-4型电动机（功率为1250kW），启动设备为中央变电所KYGC-Z型高压开关柜，，主排水泵房安装三趟Ø426×14型无缝钢管主排水管路，其中两趟管路经副井井筒敷设，一趟经钻孔敷设，最大排水能力约3565m3/h。近年来，随着给煤矿排水事业的发展，主排水泵站中所用设备的生产也相应发展迅猛，现井下泵房人工控制方式落后现状问题显得尤为突出，因为这直接影响到矿井排水泵房形成后的运行管理及整个矿井后续发展，在我国的煤炭企业中，深井大涌水量的矿井占有相当大的比例，根据矿井安全生产实际需要，合理调节水泵运行工况点，正确选择与使用高效率水泵，进而合理配制主排水系统，提高系统运行经济性，对于煤矿企业节能提效有着十分重要的意义。
七、主要研究内容：
陈四楼煤矿中央泵房自动化系统采用工业以太网、现场总线技术和可编程控制技术，实现水泵的在线监测和自动化控制，并对水泵的各项运行工况参数在线实时监测、统计和显示，通过智能专家系统使水泵始终处于高效的运行状态，通过故障参数进行分析预警，防止事故，控制操作程序，防止误操作。
同时,可根据操作员指令或预定控制程序，按要求自动完成水泵的的定时启动、定水位启动、自动切换启动、智能经济运行等操作，自动控制分时运行、削峰填谷，即可现场操作控制，也可远程操作控制，实现水泵的高效经济运行和现场无人值守功能；若自动监测监控系统出现系统故障（即所有水泵皆不能自动运行）时，必须具有自动和人工切换至手动（由水泵司机人工操作）启动水泵的功能，确保主排水系统正常启动运行，有针对性地对中央泵房自动化系统应用和研究，使陈四楼煤矿排水系统安全、高效运行，最大限度地确保矿井安全正常排水和职工职业健康安全，增强企业的社会地位和竞争能力，可产生不可估量的经济和社会效益，其推广应用前景良好。
其下为陈四楼煤矿中央主排水泵房排水系统示意图：

七、主要实施创新点：
针对我国目前煤矿井下中央泵房仍普遍采取人工控制方式的落后现状，提出了一种优化控制策略并给出了实现流程，设计了一套采用西门子S7-300PLC 作为控制器的分布式网络控制系统，通过光纤与地面上位机进行通信，实现井下中央泵房的远程监控并进行数据归档，提高了煤矿生产的自动化水平同时降低了生产成本，有针对性地对中央泵房自动化系统应用和研究，使陈四楼煤矿排水系统安全、高效、稳定运行。随着煤矿近年来现代化管理水平的迅速提高，信息化建设的步伐也在不断加快。同时为保障煤炭的安全生产、提高全矿的生产效益，必须保证排水系统可靠、稳定、合理地运行，及时发现水泵运行系统中存在的隐患；对水泵实行数字化监控，同时实时监控泵房各水仓的水位，为矿各级领导和职能管理部门及时、准确地掌握水泵实时运行状态，对中央泵房水泵建立一套水泵监控系统具有十分的必要性和重要性。
针对以上分析，确定本项目实施的主要内容为：
（1）矿井水泵自动化控制系统研究；
（2）水仓水位、水泵参数及其它参数自动检测分析；
（3）数学综合动态模型的建立研究；
（4）运行程序对整座泵站运行和监控技术研究；
（5）实现水泵系统结构设计研究；
（6） PLC控制电机命令模式建立研究；
（7）陈四楼煤矿中央泵房自动化系统运行监控分析。
九、项目技术指标
1、矿井水泵自动化控制系统
通过采用可编程控制器（PLC）进行控制，其PLC控制程序采用模块化结构，系统可控程度模块分段调试，分段运行，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、水仓水位、水泵参数及其它参数自动检测分析
针对陈四楼煤矿中央泵房设备特点，可自动检测水仓水位、水泵参数及其它参数，并且通过图形、图象、曲线、数据、文字等方式，直观、形象、实时准确地反映系统工作状况以及水仓水位、电机工作电流、电机温度、轴承温度、排水管流量水泵状态等参数，为自动化系统方案设计、参数确定提供依据。
3、数学综合动态模型的建立
根据水仓水位的高低，涌水量、矿井用电信息因素、电网负荷研究开关闸阀和控制闸阀的开度进行流量控制，从而建立数学综合动态模型，来控制水泵轮流工作与适时启动备用水泵，合理调度多台水泵运行，可以达到避峰填谷及节能的目的。
4、运行程序对整座泵站运行和监控技术
PLC自动检测水位信号，根据水位高低，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行，系统根据水位和水泵电机温度控制原则，自动实现水泵的轮换工作，延长了水泵的使用寿命。
5、实现水泵系统结构设计
本系统采用分布式控制方式，在井下为每台水泵配置PLC 控制柜一台，其中一台设为主站，其他设为分站，主站和分站采用专用通信电缆连接，主站和地面计算机采用光纤通信。远程工业计算机利用有好的人机界面实现人机对话和远程监控功能；PLC 主站除监控1#号水泵外，还负责与地面计算机交换数据，将数据汇总通过工业以太网传入上位机， 进行实时数据库归档；各分站负责监控各自的水泵，并通过MPI 网络与主站交换数据。
6、PLC控制电机命令模式建立研究
高压柜为水泵电机提供6KV 电源，并控制电机的启停和返回电机的各种状态信号及相关参数至PLC。PLC 控制柜控制水泵电机的命令下达至高压柜，控制高压柜的通断进而控制电机的启停，并通过高压柜返回电机的运行参数到PLC 中参与进一步控制。
十、产生直接经济效益
陈四楼煤矿中央泵房排水系统不仅是煤矿生产的关键设备之一而且是主要用电设备之一，其可靠、高效运行对于煤矿安全生产和降低生产成本意义重大。
1、减少事故发生。通过监控泵站重要的参数，减少事故的发生，还可以对设备运行情况进行周密监视，发现异常，立即进行报警或停机，把事故控制在最小的范围内，从而提高运行的可靠性。
2、提高经济效益。实施泵站综合自动化后，可以根据泵的流量和抽水量等历史参数，进行流量控制，根据水位高低，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。
3、改善工作环境。实现中央泵房自动化系统，值班人员只需在调度控制室，就可以随时了解整个泵站的运行情况，从以往的人工操作、实地观察中解脱出来。
4、提高管理水平。由于泵站点的监控系统对泵站的全年运行情况都进行了记录，管理人员可以随时调出来进行分析，以采取措施改善管理。
5、降低设备维护。经自动化改造后，提高了排水质量，同时减少了水泵维修人力与费用投入，降低了水力和机械损失，保证水泵长期高效运行，保证了矿井的安全正常排水。
6、综合节能减耗。2011年全年每月平均主排水用电量达192万KWH，高效率水泵投入使用后，每月用电量减少10%左右，提高排水系统效率，降低电耗，达到了科学、合理、节能高效的进行排水，降低矿井吨煤电费和成本。
7、推广使用前景。此排水系统的节能改造实现了预期效果，达到了节能降耗的目的，可以在矿井及工矿企业中各种排水设施内广泛使用，具有良好的应用和推广价值。
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成 果 名 称：陈四楼煤矿中央泵房自动化技术改造
完 成 单 位：机电科
主要完成人员：符如康、艾学明、景旭东、任永强、张豪
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