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水泵自动化控制系统使用说明书

水泵自动化控制系统使用说明书
一、 概述
乌兰木伦水泵自动化控制系统是由常州自动化研究所针对乌兰木伦矿井下排水系统的实际情况设计的自动控制系统。经过该系统可实现对水泵的开停、主排水管路的流量、水泵排水管的压力、水仓的水位等信号的实时监测，并能经过该系统实现三台主水泵的自动、手动控制并和KJ95监控系统的联网运行，实现地面监控。
基本参数：
水泵：200D43*33台（无真空泵）
扬程120米流量288米3/小时
主排水管路直径 200mm
补水管路直径 100mm
水仓： 3个
水仓深度分别为：

总容量： 1800米3
主电机： 3*160KW 电压：AC660V
启动柜控制电压： AC220V
220变压器容量： 1500VA
二、 系统组成
本控制系统主要由水泵综合控制柜，电动阀门及传感器三大部分组成。参见“水泵控制柜内部元件布置图：。
1、水泵综合控制柜是本系统的控制中心，由研华一体化工控机、数据采集板、KJ95分站通讯接口、中间继电器、控制按钮及净化电源及直流稳压电源组成。
其中，净化电源主要是提供一个稳定的交流220V电压给研华一体化工控机，以保证研华一体化工控机的正常工作，直流稳压电源主要提供给外部传感器、中间继电器及数据采集板的工作电源。
控制按钮包括方式转换按钮、水泵选择按钮及手动自动控制按钮，分别完成工作方式的转换、水泵的选择及水泵的手动和自动控制。本控制柜共有40个按钮，从按钮本身的工作形式来说这些按钮有两种，一种为瞬间式，即按钮按下后再松开，按钮马上弹起，按钮所控制的接点也不保持；另外一种为交替式，即按钮按下后再松开按钮，按钮并不马上弹起，而是再按一次后才弹起，按钮所控制的接点保持（如方式转换按钮、水泵选择按钮等）。
中间继电器采用欧姆龙公司MY4型继电器，主要完成信号的转换和隔离。另外，还对外部开关量信号进行扩展，以保证这些信号在不同状态下的使用要求。
控制柜的数据采集板分为开关量输入板（两块）、开关量输出板（一块）和模拟量数据采集板（两块）。这些数据采集板主要是对传感器采集来的模拟量信号和中间继电器的开关量信号转换成工控机识别的信号，并将工控机发出的控制信号进行转换，以便外部使用。
研华一体化工作站是本控制柜的核心部分，实现对传感器信号、控制键盘信号、设备状态信号进行监测和处理，并发出相应的控制命令，自动控制水泵的正常运转。
KJ95分站通讯接口主要是与井上KJ95监控主机进行通讯，将工控机采集到的各种状态信号送给KJ95监控主机，便于在井上监测水泵的状态，同时也接收KJ95监控主机的控制信号。
2、 电动阀门：采用Z941T型电动闸阀控制三路主排水及三路回水管路的开闭。其中主排水阀的电动阀门的直径为200mm，回水阀的电动阀门的直径为100mm。
3、 红外温度传感器：型号为KGW2，检测电机轴温，防止电机工作过热。
4、 排气阀水位检测传感器：当回水阀打开时，检测排气阀排气是否完毕，作为关闭回水阀及起动水泵电机的条件。
5、 水位传感器：型号为ULR（0～6米）水位传感器，检测水仓水位状态，决定开机、停机控制。
6、 流量传感器：型号为LCZ-803型流量传感器，检测主排水管流量。
7、 压力传感器：型号为CECY-170G22B1iJ型压力变送器，检测水泵排水管压力。
具体见：“系统设备连接图”。
三、 主要功能及特点
（一）、本系统采用进口工业控制机，可靠性高，使用寿命长，能连续运行工作，具有输入／输出点数可扩展，操作维护简便等特点。
（二）、本系统能根据水仓水位等工况参数实现无人值守自动工作，从而实现减人提效的目的。
（三）、本系统经过传输接口与KJ95综合监控系统组网，使调度指挥人员随时了解水泵的工作情况及水仓水位情况，便于调度指挥，提高工作效率。
（四）、经过KJ95主机可在地面实现对水泵进行遥控，并能够对水泵自动控制系统进行编程，设定其工作方式。
（五）、控制功能
1、 全自动控制方式
地面监控主机根据时间、水位、全矿用电负荷等综合参数决定水泵的开停，并向井水泵控制柜的研华一体化工控机发出指令，由研华一体化工控机自动完成水泵的开启，停止过程，并将运行中的各种参数经过接口向地面主机传送数据，从而对全矿井涌水量进行监控，实现矿井排水的优化控制。此种工作方式，井下水泵站及地面控制室无需任何人操作，完全由程序设定工作。
2、 半自动控制方式
由人工操作水泵综合控制柜的控制键盘或在地面主机上发出起、停信号，由研华一体化工控机自动完成水泵的启动、停止过程，并对运行中的各种参数进行监控，经过接口向KJ95主机传送数据。
3、 集中手动控制方式
在水泵综合控制柜上，将工作方式转换按钮从“自动”转换到“手动”，操作人员按照操作程序依次按相应的“手动控制按钮”完成水泵的开启、停止过程中的各种操作，此时研华一体化工控机不参与设备的控制，同时KJ95主机上也无任何水泵状态信号和故障信号显示。
4、 现场就地手动控制方式
这种控制方式是完全脱离水泵综合控制柜的一种机旁手动操作方式，现场操作人员按照操作规程进行操作。在这种操作方式下，水泵主电机是由启动柜上的控制按钮控制，各电动阀是由就地控制箱上的控制按钮控制，此时，KJ95主机上无任何水泵状态信号和故障信号显示。
5、 遥控工作方式
地面操作人员在KJ95主机上经过鼠标点击发出控制命令，由研华一体化工控机按照KJ95主机的命令完成水泵的开启、停止等操作，并对运行中的各种参数进行监控，经过接口向KJ95主机传送数据，并在KJ95主机上显示水泵的工作状态和故障信号。
四、 系统安装
1、 水泵控制柜的安装
水泵控制柜安装在中央泵房无淋水无振动的地点。控制柜的供电电压为交流220V。控制柜电缆进线从柜底进线，因此应在柜子下方留有电缆走线槽或足够的空间以供电缆进出。
2、 电动阀门的安装
在本系统中，电动阀门为Z941电动闸阀。其中主排水阀管径为200mm，回水阀的管径为100mm。该电动闸阀的连接方式为法兰连接。
3、 传感器的安装
传感器包括流量传感器，压力传感器，水位传感器，液位开关及红外温度传感器。有关传感器的细节可参考各自的产品说明书。
⑴、流量传感器采用超声波检测原理，故只需将两个超声探头固定在排水管的外壁，并与信号箱连接。其供电电压AC220V。
⑵、水位传感器：将水位传感器上的两个电极分别接入电容绳及导线，并将电容绳投入水中，使之沉入水仓底，另一电极经过导线与地相连，传感器吊挂在水仓上方即可，其供电电源为AC220V。注意：电容绳在水中需垂直，可将一端接上铁块等重物后投入水中，如电容绳较长，需盘挂在水仓上面，决不能把超长部分投入水中。
⑶、压力传感器，安装在水泵出口处到主排水阀之间的管道上，可经过一连接管与排水管相连，传感器连接方式为M20*1.5阳螺纹。
⑷、液位开关安装在回水管出口处，并制作一盛水箱，将液位开关固定在盛水箱上。当回水满时，回水从回水管出口处流入盛水箱，当盛水箱溢出时液位开关动作，发出回水满信号。
⑸红外温度传感器：将红外温度传感器探头对准主电机轴承（或其它需检测的地方），其间距离不超过1米，并固定，与信号箱连接，信号箱输出信号至控制柜，数据采集板，即可实现对该处温度的监测。
五、 使用及操作
本系统共有三种工作方式，分别为自动方式、手动方式和遥控方式。其中，自动方式还可分为全自动方式和半自动方式。手动方式可分为集中手动和就地手动方式两种。下面就分别介绍几种工作方式的操作及使用。
1、工作方式的切换
1) “自动/手动”和“上位机/就地”切换按钮。
在水泵控制柜的按钮盘上，有两个按钮是负责工作方式的切换的。这两个按钮分别为“自动/手动”切换按钮和“上位机/就地”切换按钮。其中，自动/手动”方式按钮为交替式按钮，而“上位机/就地”方式按钮为瞬间按钮。
“手动/自动”的方式切换：“自动/手动”方式按钮处于弹起的状态时为手动状态，如果工控机处于运行状态则工作方式显示为“手动”；该按钮处于按下状态的时候为自动状态，此时工控机上工作方式显示为“自动”。
“上位机/就地”方式切换：上位机/就地方式的切换只有在工控机处在自动状态下才有效。“上位机”方式下是由井上监控主机发出命令对水泵的开停进行遥控，“就地”方式下是由工控机本身对水泵的开停进行自动控制。具体方法如下：当“手动/自动”工作方式按钮处于自动状态时，按一下“上位机/就地”方式按钮，则工作方式由自动方式切换到遥控方式此时工控机显示遥控工作方式；再按一下“上位机/就地”方式按钮，则工作方式切换到自动方式，此时工控机显示自动工作方式。该方式切换按钮在“手动/自动”方式按钮处在手动方式时不起作用。注意：遥控/自动方式的切换能够由控制柜的切换按钮控制，也可由井上监控主机进行切换（用井上主机切换的操作方法请参见KJ95系统软件使用说明书）。
2) 水泵选择按钮
在水泵控制柜的按钮盘上，有三个水泵选择按钮，分别为1号、2号、3号水泵选择按钮。这三个水泵选择按钮是水泵控制的硬联锁按钮：在任何状态下只有这三个按钮被选中，水泵电机才能启动；注意：运行前应选中需启动的水泵，检修时将该水泵置脱机状态，无人值守时，应将三个水泵选择按钮均置为“选中”状态，此时可由地面监控主机选择水泵的运行。不被选中时该水泵电机为脱机状态，不能启动。这三个水泵选择按钮为交替式按钮，在按下时为选中状态，弹起时不被选中，为脱机状态。
为了更清楚的表示按钮及开关的状态，下面对工作方式的设置方法列表小结如下：
工作方式
开关、按钮设定
“自动/手动”按钮(注1)
“上位机/就地”切换按钮(注2)
水泵选择按钮

“就地/遥控”转换开关
地面主机遥控
自动
井上监控主机和井下工控机显示：“遥控”
三台水泵均为“选中”
遥控
全自动控制（井下主机控制）
自动
井上监控主机和井下工控机显示：“自动”
三台水泵均为“选中”
遥控
半自动控制
自动
井上监控主机和井下工控机显示：“自动”
根据需要，但至少有一台水泵“选中”
遥控
集中手动控制
手动
手动
任意
遥控
就地手动控制
手动
手动
任意
就地
注1：该按钮在水泵控制柜内，为交替式按钮，按下为“自动”，弹起为“手动”
注1：该按钮在水泵控制柜内，为瞬间式按钮，该按钮只有在“自动/手动”按钮处于“自动”位置时才起作用。每按一下按钮，则在“上位机”和“就地”之间切换一次。注意：井上监控主机也能代替该按钮完成“上位机”“就地”。

3) 手动工作方式下的“就地/遥控”转换开关
手动工作方式分为集中手动和就地手动两种。
对于每一个排水阀和回水阀都有一个就地控制箱，每个就地控制箱上都一个“就地/遥控”转换开关。另外还有三个按钮：“开阀”、“停”、“关阀”。当就地控制箱的方式转换开关在“就地”状态时，系统处于“就地手动”方式。这三个按钮分别完成对电动阀门（排水阀或回水阀）的开阀、关阀及停的就地控制。
2．就地手动控制操作方法
就地手动控制的时候，排水阀、回水阀的控制由就地控制箱上的“开阀”、“停”、“关阀”三个按钮来完成。水泵电机的控制则在电机启动控制柜上或水泵控制柜上经过手动控制。
3．集中手动控制操作方法
集中手动控制时，所有设备的控制是由水泵控制柜上的按钮来完成。此时，阀门就地控制箱上的“就地/遥控”转换开关处于“遥控”位置。由于三台水泵的控制方法一样，因此下面就以一号水泵为例说明集中手动控制流程。
首先将就地控制箱上的“就地/遥控”方式转换开关转到“遥控”，水泵控制柜上自动/手动按钮在“手动”状态，将“1号水泵选择”按钮按下。
a、按下“1号排气阀控制”钮，打开排气阀，再按下“1号回水阀开阀”按钮使1号回水阀打开。若在回水满前，回水阀已开到位，则按“1号回水阀停”按钮使回水阀停。
b、在回水满后，则按“回水阀停”按钮使电动阀门停，再按“回水阀关阀”按钮使回水阀关阀，等到回水阀全关到位后，按“回水阀停”按钮使回水阀停。
c、回水阀全关后，按“1号水泵控制”按 钮，则1号水泵水泵电机起动。
d、电机起动后，等到压力变送器或压力表上的压力值达到额定压力值的时候，按“1号排水阀开”钮，打开排水阀，等到排水阀到达全开位置时，按下“1排水阀停”按钮，使排水阀停。
上述步骤完成后就完成了水泵开的全部工作。若要停水泵则执行以下步骤：
a、按“1号排水阀关阀”按钮，关排水阀。等到排水阀全关后，按“1号排水阀停”按钮，使排水阀停。
b、按“1号水泵停”按钮，停水泵电机。
2号、3号水泵控制时，选择相应的按钮进行操作，方法与步骤与上相同。
4、自动工作方式操作方法
自动工作方式是经过研华工控机自动完成所有流程的一种操作方法。具体操作方法如下：
1) 全自动方式
当地面监控主机决定全自动工作时，则根据全矿综合信息，决定水泵的开停，向下发出指令，有井下工控机完成过程的自动控制。
2) 半自动方式
a、将“手动/自动”按钮按在自动状态，此时工控机画面上的工作方式应显示自动；就地控制箱上的“就地/遥控”开关打在“遥控”位置
b、根据需要按下相应水泵选择按钮。
c、如需要地面主机控制，则按“上位机/就地”按钮，切换到“遥控”状态，如在本机上控制，则按“系统开”按钮，则工控机自动按“开启排气阀→开启回水阀→检测阀处测到有水后→关闭排气阀→关闭回水阀→启动水泵电机→排水压力达到设定值后→开启水泵电动排水阀”的顺序起动所选定水泵的相关设备，最终完成排水
d、停时按“系统停”，则工控机自动停各台水泵。
5、遥控控制
遥控控制时由井上监控主机经过信号传输向井下工控机发出指令，有井下工控机完成对各台水泵控制。具体操作过程如下：
a、井下水泵控制柜的三个水泵选择按钮按下，“自动/手动”按钮应在“自动”位置。
b、按“上位机/就地”按钮，将工作方式切换到遥控方式或是在井上监控主机的水泵控制画面上用鼠标点击方式切换按钮将工作方式切换到遥控方式。此时，水泵控制柜内的工控机工作方式应显示“遥控”。
c、在监控主机的水泵控制画面上点击需要开停的水泵选择按钮。
d、点击“开”按钮或“停”按钮，则根据选择的按钮开停所选择的水泵。
e、点击后，则监控主机自动向井下工控机发出指令，由井下工控机完成相应水泵机组的各种控制。
f、在监控主机上，选择“全自动或半自动”工作方式。
6、信号显示
显示功能：在工控机的液晶显示屏上可显示各水泵的开停、各电动阀门的控制状态和电动阀门的位置、两个主排水管的流量信号，蓄水池的水位及排水管的压力信号等。
换页功能：上述的显示功能在工控机上分成两页显示，在水泵控制柜的按钮盘上设有两个翻页键，分别为“上页”和“下页”键。
7、故障保护及处理
故障显示及处理：工控机共设置了6个故障信号，分别为1号、2号、3号水泵的无返回信号故障和超温故障。当工控机检测到这些故障时，将自动停相应的水泵机组并将相应的故障显示到画面上来。
故障记忆与清除：当工控机检测到有水泵返回故障或是电机超温故障发生时，工控机将自动记录这些故障并自动停相应的水泵及其它相关设备，记录下来的故障将保持直到故障消失并按“清除”按钮。
六、 系统维护
1、设备的安放
水泵控制柜和就地控制箱的安放应考虑避免淋水，以免造成设备短路现象。定期检查设备内部的潮湿状况，检查柜内是否有因为潮湿而产生的设备线路腐蚀和损坏情况。
2、注意：在控制柜每一次重新通电前，应将“自动/手动”工作方式按钮放到“手动”位置。