煤矿综合自动化课件2.ppt

1、煤矿综合自动化介绍煤矿综合自动化系统应用现状 2019年来，大型煤矿相继部署 应用效果未能达到预期目标 煤矿形象有明显提升 对安全生产管理能力提高有限 减员增效成效不大 对煤矿管理水平的提高影响不大煤矿综合自动化定位 以管理为目标的全矿井综合信息管理系统 以集中控制为目标的全矿井管控一体化系统电力行业DCS系统 锅炉DCS控制 汽机DCS控制 水煤灰集中控制DPUDPU电 源操作员站历史数据站集线器分布式处理单元DPUBNC/RJ45交换机管理信息通讯网络100Mbps冗余实时通讯网络工程师站SIS/MIS系统接口路由器集线器智能远程I/O子系统10Mbps冗余实时通讯网络远程控制站电力行业D

2、CS系统网络图电厂DCS控制的特点 多重冗余 软件冗余 控制器冗余 通讯网络冗余 数据采集冗余 传感器冗余 操作终端冗余电厂MIS系统的特点 着重管理，不参与控制煤矿综合自动化系统建设思路 一、综合信息化管理为定位 二、以减员增效、集中控制为定位以综合信息化管理为定位 以子系统接入为基础 以数据集成为中心 以综合信息化管理软件为突破煤矿综合信息化系统建设步骤 第一阶段：实现各个子系统的自动化，这是全矿井综合自动化的基础。这种模式的子系统建设着重考虑现场就地控制的安全和可靠性，提供网络接入的能力。第二阶段：子系统接入。通过各种网络接口和传输协议实现子系统数据传输。这一阶段的主要工作为网络建设和子

3、系统接口建设。第三阶段：数据集成。数据集成是这种综合自动化的中心任务，没有全面的数据集成不可能实现真正实用的综合信息化管理。第四阶段：综合信息化软件实现。这是系统建设的目标。目前要实现的管理功能包括：安全生产综合信息管理、智能设备故障管理、设备能效管理。以减员增效、集中控制为定位 以可靠性为原则 以信息全面为思想 以设备安全为中心 以子系统建设为基础以集中控制为定位的综合自动化建设步骤 第一阶段：实现各个子系统的自动化，这是全矿井综合自动化的基础。现在我国的煤炭行业自动化水平偏低，如果不实现各个子系统的自动化，何谈全矿井综合自动化。第二阶段：实现各个子系统的无人值守，这个阶段首先必须保证各个子

4、系统自动化的稳定性；其次必须有稳定和准确的仪表、传感器、变送器；还必须有其他与之配套的系统。以集中控制为定位的综合自动化建设步骤 第三阶段：必须实现各个子系统的远程控制。第四阶段：在上述工作实现后，通过工业以太网把各个子系统接入中央控制室，保障控制信息的稳定性和准确性。第五阶段：在中央控制室通过工业以太网（工业以太网的稳定性很重要，这方面现有的技术已经能够解决）实现对各个子系统的远程控制。第六阶段：实现各个子系统的连锁和自锁。以集中控制为定位的综合自动化建设步骤 第七阶段：真正实现全矿井综合自动化，只要您输入一个要求或一个指令，系统就可以实现您的目的，这就是真正的全矿井综合自动化。煤矿综合自动

5、化系统建设要求定位明确。在现有的情况下不能定位于全矿井无人值守或很高的管理功能，应该把提高现有设备的自动化水平作为工作的重点（不是建一个环网就能解决问题的，就好比高速公路上全部跑的是故障车和牛车，必定导致高速公路失去他应有的作用），一步步实现全矿井综合自动化。煤矿综合自动化系统建设要求 选择全矿井综合自动化的优秀团队。全矿井综合自动化是一个应用技术，因此决定其成败的的关键是这个团队必须有实现其功能的能力，并且能够完成整个实施过程及稳定、及时、长期的服务。项目组煤矿行业的项目实施经验和能力。能够实现其功能的单位或个人必须具有丰富的煤炭行业的施工经验和很强的煤炭行业的施工能力。煤矿综合自动化系统建

6、设要求项目成员综合素质，耐压能力强。项目部成员必须能够吃苦耐劳，具有高度敬业精神和责任感。适应煤炭行业恶劣的工作环境，现有很多项目为什么不能很好的完成这样的工作，不是因为技术实力不够，而是项目组的员工满足不了这么恶劣漫长的工作环境。各个矿井的信息化、自动化人员配备较少。全矿井综合自动化建设需要一个较长的过程，并且其售后服务更为重要，因此施工单位必须有很好的长期服务意识，能够提供长期的优质服务。煤矿综合自动化系统建设要求实施单位必须具备对各个子系统的设计、改造、实施能力。全矿井综合自动化的实施单位必须具备独立完成该项目的能力，而不必分包或外包，有些公司更多的时候是分包或外包，更有可能是在收取管理

7、费，项目做好做坏跟他们根本没有关系。煤矿综合自动化系统组成 煤矿综合信息化系统平台 煤矿管控一体化系统平台 信息传输平台 子系统接入平台总体框架说明各种现场监控系统、调度通讯系统、工业电视系统通过自动化多通道工业环网将数据传输到实时数据集成及应用平台，由实时数据集成及应用平台对生产现场的各种实时数据进行整合。实时数据集成及应用平台将整合的各种现场数据单向单向传输到安全生产调度指挥应用平台，由安全生产调度指挥应用平台统一管理现场实时数据以及其他相关的非实时管理信息数据。在实时数据集成及应用平台和安全生产调度指挥应用平台上分别建立集中自动控制中心、生产调度指挥中心和安全管理及预警中心等煤矿综合信息

8、三大应用中心。为保证集中自动化控制中心的安全性、实时性和反应速度，将集中自动控制中心建立在实时数据集成及应用平台。为保证集中自动控制系统的安全性和可靠性，实时数据集成及应用平台是单向传输数据单向传输数据到安全生产调度指挥应用平台。系统结构示意图系统结构说明 分别建立环境安全监测监控网络、地面生产网、调度指挥网、信息网，将各种现场监控系统、调度通讯系统、工业电视系统数据透明的透明的传输到综合信息化网络中。建立综合信息化控制中心网络，在该网络中将各种异构数据进行数据整合重组，实现全矿综合信息化控制。同时将这些数据单向的单向的传入安全生产调度指挥网络。建立安全生产调度指挥网络，在该网络中将综合信息化

9、网络传入的工业现场实时数据和其它子网中相关的非实时管理信息再次进行数据集成。最终形成全矿安全生产调度和管理的信息应用中心网络。软件结构图软件说明各个功能分系统完成对各自系统内的本机控制、集中控制任务。实时数据集成平台通过对应的数据适配器对各个分系统的现场实时数据进行整合。综合信息化系统通过对实时数据集成平台整合的数据进行处理，实现系统级的综合手动/自动控制。安全生产调度指挥系统对综合数据集成平台的数据进行深化处理和应用。实现对各个现场分系统的综合数据实时浏览以及生产调度指挥、安全管理预警、企业经营管理等。安全生产调度指挥系统安全生产调度指挥说明 本系统共划分为四个层次、三个体系。依次为信息基础

10、设施层，数据库层，数据整合层，用户应用平台层。多种通信模式的通信体系，日常生产与应急处理组织体系、身份认证与安全保证体系。三大体系贯穿于各个层次，为系统提供通信、安全、组织的保障。综合信息化系统软件平台架构综合信息化系统软件平台架构软件平台架构说明软件平台架构说明应用基于矿山现场总线的数据采集技术；应用基于组态平台的实时数据测控技术；应用基于综合集成门户平台的应用系统技术，结合WEB GIS地理信息技术；应用基于“重大危险源管理和事故风险控制”安全管理方法；设计建设现代化的集中控制中心，按照地面和井下各控制子系统之间的生产和安全逻辑关系，进行过程优化配制，提升生产设备的能力，确保集约化生产；系

11、统分为5个分层子系统和一个监控组态开发平台企业统一监控门户工业数据采集系统实时数据库系统工业数据采集接口工业设备实时监控传输接入方案 PLC控制方式子系统接入方案控制方式子系统接入方案PLC控制方式的子系统直接与以太网口进行连接，此以太网口的传输模式是虚拟网络模式，不与其它系统产生冲突问题，有效的节省了带宽挤占和数据风暴。数据方面通过OPC与组态软件进行通讯连接，有效的保证了实时性、可靠性。总线型信号传输方式子系统接入方案总线型信号传输方式子系统接入方案总线型信号传输方式的子系统直接与环网的RS485接口进行连接，此RS485接口的传输模式是虚拟网络模式，不与其它系统产生冲突问题，有效的节省了

12、带宽。数据方面通过DDE或其他形式的文件传输与组态软件进行通讯连接，能够形成实时地对系统进行监测、监控。传输接入方案工业视频系统接入方案工业视频系统接入方案 视频监控系统通过模拟方式接入到调度中心，通过矩阵系统连接大屏幕显示系统。如果原系统未使用视频切换矩阵，接入时需要增加一台256*256的视频矩阵，视频传输质量达到DVD级，分辨率为，保证大屏幕上的显示清晰度。数据方面在工业视频信号转换为数据信号后，软件通过对视频服务器信号的调用，可以任意在网络上显示。煤矿各子系统集成方案煤矿各子系统集成方案煤矿的子系统种类繁多，根据目前我们了解到的情况制定了如下的系统集成原则：硬件集成原则为：硬件集成原则

13、为：就近接入到工业环网的现场节点的相应的功能模块上。地面的子系统上位机接入到各个子系统的监控分站相应的交换机（以太网接口的系统）、数据功能模块（总线型接口的系统）上。数据集成原则为：数据集成原则为：地面上位机和井下的监测监控分站能够启用OPC SERVER的子系统综合控制服务器作为客户端与其进行数据交换；地面上位机和井下的监测监控分站不能够启用OPC SERVER的子系统，需要该子系统厂商按照我方和矿方共同确定的数据交换格式编制能够双向通讯的数据接口程序。传输接入方案 组态软件SQL SERVER控件接入 OPC SERVER 的SQL SERVER接入传输接入方案 PLC 以太网通讯模块接入

14、 PLC上位机组态软件接入传输接入方案 OPC SEVER 利用硬件厂家OPC SERVER接入 利用软件厂家OPC SERVER接入 独立开发OPC SERVER接入子系统建设 定位：信息接入、无人值守 控制方式：现场为主、集中为主 管理方式：运行、安全、管理提升系统提升系统 有两种接入方式：一种是管控服务器通过主井提升人-机接口系统提供的OPC Server直接和主井提升人-机接口系统通讯，这种接入方式要求主井提升人-机接口系统提供OPC Server；另一种是管控服务器直接和提升过程控制PLC系统、提升行程监控PLC 系统和装卸载控制PLC 系统进行通讯。考虑到提升系统的重要性、安全性以

15、及独立性，全矿井自动化平台只对提升系统进行监视，不进行远程控制。故提升系统的接入选择第二种接入方式，即管控服务器以OPC方式与主井提升人-机接口系统通讯。胶带运输系统1)实现原煤胶带机主运输系统集中监控与分布式控制相结合，取消各级胶带机的操作人员。2）系统具有严密的逻辑控制功能，以实现多条胶带输送机的逆料流开车、顺料流停车或顺料流开车、停车控制。在设备故障紧急停车时以故障点作为系统故障分界线，实现煤流上部的设备紧急停车。3）系统具有调度集控、地面集控、就地手动、检修、编程等多种工作方式。4)具有沿线急停、跑偏、堆料、打滑、纵撕、温度、烟雾、自动灭火洒水等多种检测保护功能，连接简便，能准确识别故

16、障性质和位置。5)集中显示各胶带输送机的工作状态、故障类型、故障地点及料仓料位、胶带速度、运料时瞬时值、累计值、驱动电机的电流、胶带张力等参数。6)具有一般起停、集控起停、软控起停、功率平衡、多点驱动、可控制动、下运制动、自动张紧等功能。7)给料机开、停和给料量调节。8)各种保护和报警功能。9)控制室实现各皮带机保护的投入与屏蔽功能，实现边检修边生产，最大限度满足矿井的生产。10)实现系统控制网络与综合自动化网络的无缝连接，使综合自动化网络能及时获取所需的信息。11)系统具有极高的开放性，保证在采区延伸或矿井扩建时新增胶带机的接入。12)系统具有极高的灵活性，适应矿井搬家到面的需求。13)能够

17、实现报警、报表、趋势等功能。一、系统组成 现场设备、PLC分站、PLC主站、地面监控中心站组成，其中PLC分站、PLC主站和地面监控中心站均直接接入透明的工业以太网络，拓扑结构图如下。1)自动模式 全线逆煤流起车、顺煤流停车。由地面监控主机操作员发出开车指令，按照设定的流程及联锁关系通过井下相应的各级分站，向各个胶带机电控发出开车命令；各胶带机电控收到开车命令后，自动发起动预告，然后起动相应电机，各种阀门及相关设备，各个皮带开始逆煤流完成起动运行。当控制室发出停车指令后，系统按照顺煤流原则依次停车。如果某台输送机故障导致停车，则与该皮带有闭锁关系的设备也将停止运行（如前方胶带机），但故障点后面

18、的输送机继续运行。当这条胶带机故障消除后，由操作员确认无报警后可继续启动这条输送机及其前面的胶带机。2)手动模式 由地面监控主机操作员根据生产需要点动单机起停每个输送机，给煤机，破碎机等设备，输送机设备间具有连锁与解锁功能，输送机设备间是否保持严格的连锁关系，可由操作员选择。3)就地模式 如果输送机没有向控制室发出且保持“集控”信号，则各自输送机的起停控制由本地司机控制，控制室仅实现监测与报警功能。这种方式主要是为了检修和调试所用。电力系统 全矿井电力监控系统对整个矿井所有电力系统（110KV变电站和井下主变电站由于已有单独的控制系统除外）的保护测控单元进行集中监控，具有数据采集、安全监测、控

19、制操作、AVQC、防误操作联锁、事件记录、事故追忆、统计制表、事故画面的自动推出、系统自诊断等多种功能。全矿井电力监控系统对以下供电回路进行集中监控：压风机房变电所、通风机房变电所、选煤厂变电所、胶带机变电所、井下中央水泵房变电所、瓦斯泵房变电所、各采区变电所、行政楼变电所、综合楼变电所等。地面监控中心站 地面监控中心站采用工业控制计算机，安装电力调度软件包。电力调度软件包由以下模块组成：远动工作站系统软件，数据库管理软件，图形软件，系统主控软件，报警处理软件，系统调试软件，报表软件，网络管理软件，设备管理软件，操作票管理软件，运行分析，远方统计软件，远程维护软件,系统接口软件等。远动工作站系

20、统可以收集全站测控单元、保护装置等设备的数据。(1)可处理各种CDT和POLLING规约，如部颁CDT、SC1801、IEC-870-5-103、IEC-870-5-101、IEC-870-5-104规约等，它提供开放的、可以修改的动态规约库，为新规约的添加和旧规约的修改提供了方便。(2)具有在线配置、修改参数功能。(3)具备双机、双通道功能。(4)提供多种远动监测手段。(5)可向多个地方进行数据转发。(6)与后台机相互独立，以网络方式进行通讯。(7)远动工作站系统提供全图形化的人机交互界面，整个系统运行于Windows2000操作系统。系统主控软件各项功能指标均超过部颁标准。(1)可处理各种

21、模拟量、状态量和电度脉冲量，以图形、表格、文本等方式进行显示，并保存所要求的信息。(2)对遥测异常、开关和刀闸动作可给出声光报警、语音示警，并记录归档，具备事故反演功能。(3)可进行遥控、遥调和对时操作。(4)可进行各种计算及统计，如电压合格率、功率总加、周波和各种要求下的电量累计，计算公式可以自己描述，也支持条件运算。(5)各种采集量及计算量的在线修改及打印。(6)不同模拟屏的显示控制及相关操作。图形系统包括图元编辑器、图元管理器、画面编辑器和画面显示工具等多个模块：图元编辑器可编辑各种基本的图素，如变压器、发电机、开关、刀闸以及潮流标志，使用图元编辑器后可使得系统画面统一，标准化程度高，方

22、便生成各种复杂的电力系统图形。图元管理器对图元进行复制、粘贴、拷贝等管理工作。画面编辑器具有极强的功能，使用灵活、方便，用它可以编辑任意大小的画面如接线图、工况图、曲线、棒图等，图形具有多层次、多平面概念。也可用它作一些特殊的图形，发电的水汽示意图、压力图等。图形显示系统允许用户在同一屏幕上开出多幅显示窗口，以显示不同内容、不同大小、多层次的画面，各个画面窗口可在屏幕上随意拖动，画面也可进行无级缩放、平滑移动和快速漫游，可以实现动态着色、动态潮流等。图形显示系统提供多种画面调用方式，按名调用、自动更新、单键调用，在发生事故的时候，可以自动推出画面。可以利用鼠标对画面上的遥测、遥信、工况、分接头

23、等信息进行操作，所有操作均伴有详细提示。数据库管理软件完全采用了商用数据库，它通过对信息进行分层整理存放，在处理上根据信息具体特征，对各类库分别进行显示，具体功能如下:(1)提供了一个友好的数据库创建及数据录入界面，用户通过这个界面可以很方便地建立自己系统所需的数据库，在系统正常运行后仍可在线建库及修改数据库内容，不会影响系统的实时运行。(2)数据库中的内容，无论实时还是历史的均可在线调出观察和修改，并根据 其不同的数据特征，提供各自不同的人机界面，如报表库中的数据则可直接在对应格式的报表中修改，相当直观。(3)可以支持SQL语句查询。(4)数据库可以实现双机热备份,在没有磁盘阵列的情况下保证

24、两台服务器上的数据库内容完全一致,库管理程序可以自动切换.报表系统软件提供了两套报表解决方案，一套基于EXCEL电子表格控件的报表生成及输出工具，另一套是完全在EXCEL上开发的报表生成及输出工具:这两套方案功能相同。(1)提供了极其灵活的制表功能，生成表格的格式、表格大小可以任意定义，可在线生成，修改各类报表，如日报、月报、年报等，报表可以图、表一体。(2)数据库中的所有数据都可以在报表中显示。(3)表格中的各种数据可以在线模拟显示及修改，并随时可在打印机上打印出来。(4)支持定时打印，召唤打印和实时打印。网络管理软件提供了一个分级的网络子系统，根据不同的系统配置及用途，可以选用不同的网络子

25、系统。(1)支持多种网络协议，可以根据用户特定的要求采用不同的网络通讯协议。(2)支持双网络的冗余备份系统。(3)提供远程诊断，可将客户运行系统在我公司开发人员机器上再现，使问题得以即刻诊断、解决(4)通过网关和其他信息系统进行数据交换,并可通过安装防火墙软件来保障系统的安全,阻止系统的非法侵入。报警处理软件(1)根据电力系统的运行特点，对报警做了详尽的处理。报警系统分多个级别，多个类别，采用复合判据，既防漏报，也防误报，并采用软件延时实现去除遥信抖动。对每条报警信息都可用语音加以提示。(2)系统提供了完善的告警查询工具,可以进行各种形式的告警信息组合查询。(3)系统上的各台机器可根据不同用途

26、进行告警配置，滤除无关的告警信息。(4)告警系统可以进行全面的事故反演，为事故分析提供详尽的依据。(5)可以对任何报警信息进行语音报警，语音由语音告警引擎自动合成，无需人工录音,也可根据用户的需求，人工录音，SE-900集成录音工具。所有告警信息可以保存在服务器的数据库中，一般可以存放五年以上的数据。电能管理、考核软件(1)系统中的电能管理子系统可以根据各地区对分时、多费率电费考核的具体要求，进行脉冲电度或功率积分电度的分时段统计，也可实现电量的自动抄表和远传。(2)可以计算相对准确的有功积分电量。(3)可以将电量数据以图形或表格方式等各种方式进行显示，保存电量数据，提供各种形式的查询手段。(

27、4)可以根据电量数据进行最大、最小值计算，可以分时段进行统计，能完成电量的自动代路计算，可以进行线损统计和平衡计算。系统维护、调试软件 为用户提供了一个较为齐全的维护子系统，借助这一系统，用户可以很方便地实现对系统的管理和维护。(1)完备的在线文档及资料手册。(2)提供了一个系统管理界面，借助这一工具，用户可实现完成系统配置、权限管理、程序屏蔽、桌面定制等各种功能。设备管理软件 系统以电网中的运行设备为管理对象，如断路器、刀闸、电容、变压器、线路等，所有这些设备都可以建立相关档案，并和实时系统相关联，便于管理、检修和消缺，使用人员可以在接线图上直接调用设备的运行档案和缺陷记录。运行分析、统计软

28、件 系统提供了较为完善的系统数据再分析、统计软件，客户可以对断路器、保护单元、刀闸的动作、事故情况进行统计，在线、离线皆可，也可对诸如负荷、电压、电流、频率、电量等参数进行趋势统计，最大、最小、平均等值的统计。五防逻辑软件 根据电力系统对倒闸操作的“五防”要求和现场设备的状况,按照“五防”规则进行判断、推理，开出完全实用的倒闸操作票；并将操作票传输给电脑钥匙，用电脑钥匙对现场断路器、隔离开关、接地刀闸、临时接地线等设备进行倒闸操作。电压、无功优化软件 通过系统采集变电站各节点运行电压、无功功率、有功功率等实时数据，以变电站电能损耗最少为目标，以各节点电压合格为约束条件，进行综合优化处理后，形成

29、有载调压变压器分接开关调节和无功补偿设备投切控制指令，然后借助综合自动化系统的“四遥”功能，实现变电站无功电压优化运行闭环控制。故障分析软件 通过IEC-870-5-103规约来采集、处理各种保护及录波装置信息，提供如下功能：查询电网故障信息，如故障时间、地点、性质等；查询保护装置等的动作信息，如动作时间、动作类型、动作结果等；查询故障测距、故障诊断等结果；查询保护装置等的故障信息，如CPU故障、电源故障等；查询保护装置等的状态信息，如保护投退等；远程维护系统 提供了一套远程维护、诊断系统，工程人员可以在自己的机房中通过电话拨号登录到远方变电站监控系统中，作为该系统的一个网络终端，对系统运行情

30、况进行分析，对出现的故障进行处理，定时进行程序更新和防病毒软件包的更新。通讯分站 通讯分站用于将分散在各处的保护测控单元接入全矿井自动化网络平台。保护测控单元保护测控单元测控功能：具有“遥测、遥信、遥控、遥调”四遥功能。遥测是指检测采区变电所每次出线的电流、电压、功率、COS、开关内温度等模拟量。遥信是指检测开关的位置状态及实验按钮状态。遥控是指能够接受远程指令对开关进行正常分、合闸操作。遥调是指能够接受远程指令对馈电开关进行保护动作值整定。保护功能：本系统具有漏电保护、过载保护、短路保护、欠压保护、断相保护等保护功能。绝缘监测功能：本系统能对低压馈电线路绝缘状况进行实时监测并且具有漏电闭锁功

31、能。故障记忆功能：漏电、过载、短路等故障发生时，本系统在上位机或下位机均可记忆故障发生的时刻和类型。通信功能：所内采区开关智能监控单元采用RS-485现场总线通信方式，并且与采区工控主机进行实时通信。现场显示功能：每个开关均采用带背光的汉字液晶显示模块显示各种信息。包括监测参数显示、通信情况显示(上行、下行)、故障类型、系统正常指示、电源指示及系统自检情况等。接入方式 地面监控中心站提供OPC Server，管控服务器通过OPC与地面监控中心站进行通讯和数据交互。井下中央泵房自动控制系统 按设备功能组成分为：操作站、PLC系统、UPS系统和现场设备。操作站操作站操作站建议采用防爆彩色触摸屏，内

32、置监控软件。操作站应至少集成以下功能：A.图形系统：用于自由地组态画面，并完全通过图形对象进行操作，图形对象具有动态属性并可对属性进行在线组态。B.报警信息系统：记录和存储事件并予以显示，可自由选择信息分类、信息显示和报表，操作非常简便。C.变量存档：接收、记录和压缩测量值，用于曲线和图表显示及进一步的编辑功能。D.报表系统：用户自由选择一定的报表格式，按时间顺序或事件触发来对信息操作、文档当前数据进行用户报表输出。E.趋势图：通过历史趋势图和实时趋势图，可随意直观查看重要数据的变化趋势。F.应用程序接口：软件包含了OPC(OLE_for_process_control)服务器，用户可自由编制

33、适用的应用程序，通过OPC客户端程序访问过程数据。PLC系统系统PLC系统由PLC主站、本地I/O站和远程I/O 站组成。PLC系统控制各个水泵管路所属的各个电动阀门和电磁阀，监测各个阀门的到位状态；监测系统各个传感器，检测真空度，电机温度，水仓水位，管道压力，水泵压力等。15.3.3 现场设备现场设备分为检测部分和执行部分，控制部分及显示部分。检测部分即外围传感器，包括超声水位计、流量传感器、闸门位置行程开关、闸门过转矩行程开关、管路静压传感器、电机温度传感器等，所检测的参数主要有：水仓水位、水泵进水管真空度、水泵出水口压力、水泵轴温、电机温度、排水管流量及设备工作状态等。执行部分即高、低压

34、开关柜和电动阀门。系统功能系统功能 井下中央泵房自动控制系统采用超声水位计连续检测水仓水位，超声水位计输出420mA信号送控制器，控制器经运算判别，自动开停水泵。在正常水位时，各台泵能自动轮换工作，在危险水位时，自动投入必要数量的水泵运行，并自动控制相应管路上的阀门。系统以水仓水位为主，结合分时计费和“移峰填谷”原则，确定开停水泵时间，从而达到节能、节耗目的。系统的硬件和软件设计都着眼于高可靠性、高可用性和高扩展性，为实现中央泵房科学化、智能化管理提供可靠的平台，确保矿井生产泵房工作的可靠性和连续性。井下中央泵房自动控制系统能够和任何通讯设备实现互联互通，整个井下中央泵房自动控制系统具有强大的

35、兼容性与可扩展能力。工作方式工作方式 井下中央泵房自动控制系统具有三种工作方式：自动、半自动、检修。自动：由超声液位传感器连续检测水仓水位，根据水仓和吸水井的水位及其他因素，合理调度自动开停水泵及其阀门，在正常水位时，各台水泵能自动轮换工作，在危险水位时，自动投入必要数量的水泵运行。此方式下可实现无人值守。半自动：操作工人根据水仓显示水位，人工手动开停水泵及确定开泵台数，电机及其阀门的开、停由PLC 自动执行，即PLC完成单台水泵抽真空、启泵、开电动阀等自动控制，并完成运行停止。检修：可操作任一水泵电机，电动闸阀，电磁阀的开关。相互动作互不闭锁。系统工作环节系统工作环节 井下中央泵房自动控制系

36、统可概括为以下六个环节：自动注水环节、闸阀操纵环节、水位自动监控环节、参数传示环节、故障保护环节和电动机的自动控制环节。参照以下系统图(我单位在其他矿井成功实施的系统)作详细说明。自动注水环节自动注水环节水泵只有在其叶轮完全淹没于水中的情况下，泵体内部才能造成必要的真空度实现正常排水。如果真空度不够，泵内有空气存在，将会造成不上水和转动部件烧坏等故障。因此，启动前的注水是水泵工作的重要操作项目之一。本方案采用自灌式注水方式，利用射流泵使泵体内充满水。射流泵是在离心泵的基础上，增加一个称为文氏管（VENTURI System）的射流装置，当流体从叶轮流道中排出，便由导游盘（DIFFUSOR）导入

37、泵体中，一部份流体直接排出泵体供使用，另一部分流体由喷嘴形成高压射流喷向文氏管，同时靠射流效应将进水口的水抽吸入文氏管中，两股水流混合后，一同进入离心泵叶轮的进水口，重新进行离心运动。如此循环往复将水不断抽上。水泵监控子系统系统根据水位需要启动水泵时，首先打开射流泵两端的n4#、n5#电磁阀（n1、2），0电磁阀关闭，利用管道中原先存有的积水，通过射流泵形成射流，依靠射流的吸力，使泵体内形成真空，靠大气压力将吸水井内的水压入泵内，充满泵体，即可启动水泵。闸阀操纵环节 为了减小启动功率，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，为了避免水锤事故，必须先关闭闸阀，缓慢减小流

38、速，最后停车。当泵体内充满水后，以启动和停止1泵为例，其过程如下：启动时，先启动1电机，然后打开12或13电动阀（以“轮换工作”原理，根据上次所使用的管路，此次换另一趟管路），最后开10电动阀即可，停止时，先关12或13电动阀，再关10电动阀，最后停1电机。水位自动监控环节水位自动监控环节水位自动监控环节的任务是根据水位的高低自动准确发出开、停水泵命令。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，它具有高精度、非接触式、非机械型、维护方便、安装容易、标定简单等许多优点。当水位达到水位2 时，若处于低计费时段，可以立即启动，若处于高计费段，则暂缓启动。当

39、水位继续上升至水位3 时，则不论电网如何，必须启动水泵。若水位继续上升至水位4 时，则表明2 台水泵的排水量已不足于排除矿井出水，必须启动第三台水泵，三台水泵一齐排水，以矿井的最大排水能力来排除矿井出水。不论投入几台泵，水位必须下降到水位1 方可停泵。上述水位1 至水位4 均由超声液位计将模拟信号送入控制器，由控制器通过软件标定。分时计费亦由控制器通过软件标定。参数传示环节参数传示环节 在集控柜上的的图形操作终端上可模拟显示水仓水位、管路静压、水泵流量水泵压力及电动机、电磁阀和电动阀的各种工作状态。所有的检测参数及工作状态均可由井下控制器通过传输网络传送给地面计算机，由地面控制室计算机分析处理

40、，在显示器上模拟显示，并做出曲线、报表，以利于地面管理人员作出正确判断，发出控制命令。故障保护环节故障保护环节 水泵电机容量大，耗电量高，属一级负荷。因此，对排水设备自动控制系统的安全性、可靠性要求较高。本系统设有以下几种保护：流量保护：当水泵启动后或正常运行中，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本台水泵停车，转为启动另一台水泵。电动机故障：系统通过电力监测子系统监视水泵电机故障，并参与控制。电动闸阀故障：由电动机综保监视闸阀电机的主要保护并参与控制。电动机的自动控制环节电动机的自动控制环节 该环节是井下中央泵房自动控制系统的中心环节。它由控制器、中间继电器、接触器等组成，以上环节最终都要

41、与本环节配合，根据水位情况自动开停水泵。为了防止因备用泵长期不用而使电机受潮或有其它故障而未被发现，当紧急情况需要投入而不能投入以至影响矿井安全，本环节按“轮换工作制”来控制，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全的目的。系统根据水泵的开启次数自动按一定顺序轮换开启水泵。当某台或其所属阀门故障或检修时，该泵退出轮换，其余各泵仍按轮换工作制运行。接入方案接入方案 对该子系统的接入，我方拟采用管控服务器直接和PLC通讯的方式。本接入方案在实施时需要井下中央泵房自动控制系统厂家提供完整的PLC系统变量表和程序，并对控制程序进行修改。通风系统 通风机房控制系统为PLC+上位监控计算机控制系统，应

42、采用国际知名品牌的PLC（如Modicon、AB、Siemens等）通用组态软件（iFIX、InTouch、WinCC、三维力控等）。要求PLC具有工业以太网接口或上监控计算机具有以太网接口并能够提供标准的OPC Server。通风机房变电所高压中置柜、低压抽屉柜（含配电箱），微机综合保护（采用南京中德或国电南自）能够实现10KV进线开关过电流保护、电流速断保护，10KV母联开关充电保护（断暂式过电流保护，1S后切除保护功能），10KV电动机出线开关、纵联差动保护、过负荷保护及单相接地保护，10KV变压器开关、电流速断保护等功能。该装置具有通信功能满足计算机控制系统的要求，并能通过标准通讯协议

43、与监控系统联网，实现遥测、遥控。监测与控制监测与控制工作方式：自动、手动、检修；就地箱工作方式：远动、就地；控制风门电动执行机构，实现风门的开闭，并监测到位信号；控制风机电机制动装置，实现风机的快速刹车，并监测到位信号；控制风机电机高压起动柜的分合闸，并监视开关和故障接点状态；监测风机电机的轴承温度、绕组温度信号；监测风机的主轴承温度、振动位移、失速信号；实时显示、记录所检测的各个温度值，绘制曲线，并提供历史数据的查询；实时显示、记录所检测的振动位移，绘制曲线，并提供历史数据的查询；根据监测到的风压、压差、温度信号，计算负压、风量和效率，实时显示、绘制曲线，并提供历史数据查询；控制润滑油泵站的

44、泵电机、加热器的运行和切换；监视润滑油泵站的各个温度、油位、流量信号；显示系统的实时报警信息，实时报警打印，并提供历史报警信息的查询；检测高压系统的有功电度、无功电度、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电压、电流，制作实时数据显示表和实时曲线；具有与以太网联网功能，数据、画面远传功能，可实施远程监视功能。保护保护由于风机对于矿井安全生产的重要意义自不待言，因此必须设有完备的保护功能，以防止风机的损坏，保证井下通风正常。失速探针CP101：失速即风机叶片上应力太大，风机失速是由于导管堵塞或高功率所引起，持续失速将会折断风机叶片。失速会产生压力或流量损失，并且引起邻近的导管和机械部件频繁震动。如

45、果叶片两侧的压力差大于500Pa，失速探针 CP101 接点动作，系统报警并计时，如超过120s，系统跳闸断电。振动监测CY001：振动传感器CY001 是一个振动拾波器，安装风机基座上，当振动位移大于2.8mm/s 时系统报警，振动位移大于8.8mm/s 时系统跳闸断电。风机温度保护：风机三个主轴承预置PT100（0150）温度电阻 CT001、CT002、CT003，温度大于85时系统报警，温度大于100时系统跳闸断电。电机温度保护：电机两侧轴承预置PT100（-50200）温度电阻 CT004、CT005，温度大于85时系统报警，温度大于90时系统跳闸断电。电机定子每相绕组预置一个PT1

46、00（-50200）温度电阻CT006、CT007、CT008，温度大于120时系统报警，温度大于125时系统跳闸断电。保护保护泵站的保护：风机润滑油泵站的正常运行，是风机正常运行的必要保证，对泵站的保护同样是相当重要的。(1)油箱油位开关CL101 在油位低于低限值（可设定）时系统报警,如果风机尚未启动，则受CL101 制约，不能启动；(2)油箱油温PT100（-50150）温度电阻CT001，仅当油箱油温大于15时风机可以启动，否则启动加热器加热油温；(3)出油管油温开关CT002 在低于10时系统报警并计时，如果持续超过60 分钟时，运行泵跳闸，切换到另一台泵。当油管油温大于50，或小于

47、10时，系统将报警提示；(4)过滤器压差开关CP101 在大于4.5bar 时动作，系统报警，要求更换滤芯；(5)出油管流量开关CF101 在小于14 l/min 时动作、CF102、CF103 在小于6 l/min时动作，系统报警，如果风机尚未启动，则受CF101、CF102、CF103 制约，不能启动；(6)如果流量开关CF101 小于14 l/min 时，并且风机的三个主轴承温度电阻CT001、CT002、CT003 只要有一个温度大于85，系统跳闸断电；(7)如果流量开关 CF102 小于6 l/min 时，并且电机驱动侧轴承温度电阻 CT004 的温度大于85，系统跳闸断电；(8)如

48、果流量开关 CF103 小于6 l/min 时，并且电机非驱动侧轴承温度电阻 CT005 的温度大于85，系统跳闸断电。(9)油箱油温低于15时温控开关CT101 闭合，系统接通加热器，大于23时断开，系统停止加热器。接口分析接口分析 在硬件接口方面，上位监控计算机和PLC均可以提供以太网接口。在软件接口方面，管控服务器在加载驱动后可以直接和PLC（无论最终选择何种PLC）通讯；管控服务器可以通过OPC与上位监控计算机进行通讯。基于以上对风机房控制系统可以提供的软、硬接口的分析，该子系统有两种接入方式：一种是管控服务器通过上位监控计算机提供的OPC Server直接和监控计算机通讯；另一种是管

49、控服务器直接和PLC通讯。接入方案接入方案 基于以下几个方面的考虑，我方推荐第二种接入方案：PLC系统的可靠性强于计算机；PLC系统的以太网模块的可靠性强于计算机系统的网络适配器；PLC系统包含管控服务器需要读/写的所有数据；管控服务器直接和PLC系统通讯，减少了通讯链路路上的节点数量，提高通讯实时性和可靠性。瓦斯抽放系统 瓦斯抽放系统监控的主要参数有管道瓦斯浓度、管道温度、管道压力、管道流量、真空泵的开停状态及轴温等。控制量有真空泵的开停、冷却水断水保护控制、根据瓦斯浓度进行抽放气体流向控制。可根据不同的要求增减抽放监控参数种类和数量以满足管理要求，监控分站数量也随之增减。瓦斯抽放监控与全矿

50、井信息系统联网，使信息可以实现共享。系统要求 能够自动采集、显示抽放站的各种运行参数，控制抽放泵运行；能够根据监测到的信号，当瓦斯出现浓度过低、瓦斯泄漏和一氧化碳超限时能及时发出报警信号并断电。通过网络可在矿井地面调度监控中心完成对抽放站控制的各种操作。系统能与矿井综合自动化系统无缝连接，实现数据的共享。能自动起停每台瓦斯泵及相关阀门、供水泵。信号监测1）、管道瓦斯和罐内瓦斯监测甲烷传感器采用管道甲烷传感器，量程0-100%CH4，工作电流200mA。该甲烷传感器具有全量程，抗结露的特点，保证长期可靠运行。2）、温度传感器使用管道温度传感器，采用半导体传感元件，量程0-100，工作电流50mA