XXX煤礦泵房自動化

排水系統(tǒng)設(shè)計方案

常州蘭陵閥門控制有限公司

聯(lián)

序言

安全、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、高產(chǎn)、減少崗位人員、提高勞動效率最終達成減少成本，增張公司市場

競爭能力，公司要生存、要發(fā)展，必須走安全、高效、高產(chǎn)實現(xiàn)礦井自動化之路，通過提高

自動化控制水平，實現(xiàn)健全、全礦井的自動化、信息化網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，提高管理管理水平，做

到安全生產(chǎn)，減員增效，提高生產(chǎn)率。而井下自動化排水系統(tǒng)是井下自動化系統(tǒng)的重要組成

部分。

全礦井中央水泵控制系統(tǒng)重要由兩部分組成：井上監(jiān)視、控制部分和井下中央水泵房排

水控制部分。

1.井上監(jiān)視、控制部分

采用上位機控制，用于實現(xiàn)全礦井水泵控制系統(tǒng)的地面監(jiān)控與井下的數(shù)據(jù)傳輸、并配有

功能強大的軟件操作系統(tǒng)，用于實現(xiàn)全礦井的排水控制與監(jiān)控，通過礦井網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將信息傳

送到全礦井綜合自動化平臺，全礦井綜合自動化平臺對有關(guān)信息進行分析后在WEB網(wǎng)頁上發(fā)

布，實現(xiàn)信息的共享。該系統(tǒng)軟件功能強大，界面直觀，操作簡便，功能齊全，形象逼真的

動態(tài)畫面和全中文顯示，還具有實時報警監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、解決、顯示及打印功能，安全確

認機制和歷史數(shù)據(jù)記錄功能。

在工控機通過局域網(wǎng)與工控機連接的計算機都可瀏覽各水泵的運營狀態(tài)及其信息。計算機和

系統(tǒng)軟件留有足夠的冗余和以太網(wǎng)、OPC接口，可以方便地進行擴展，為實現(xiàn)全礦井綜合自

動化奠定基礎(chǔ)。各監(jiān)控系統(tǒng)實時采集生產(chǎn)工況參數(shù)，可以采用圖形、報表的形式顯示系統(tǒng)的

實時工況。

該系統(tǒng)優(yōu)化了生產(chǎn)計劃，在服務(wù)器中建立了綜合歷史數(shù)據(jù)庫，定期將水泵控制站的運營

時間、水倉水位、流量等數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，便于統(tǒng)一管理，更好的運用峰谷電差價減少生

產(chǎn)成本，設(shè)定不同的使用權(quán)限，各司其職。

2.中央水泵房控制部分

中央水泵房控制部分由PLC可編程控制箱、水泵綜合控制箱和各種傳感器組成，具有以

下功能。

自動啟泵過程：綜合控制箱與PLC結(jié)合可實現(xiàn)水位自幼監(jiān)控，系統(tǒng)可根據(jù)水位的高低準確地

發(fā)出開、停泵指令。當水位達成高位時，立即起動；當水位繼續(xù)上升至高位極限水位時，系

統(tǒng)根據(jù)診斷結(jié)果，起動備用水泵，以最大的排水能力來排除礦井涌水。不管起動幾臺水泵,

當水位按規(guī)定逐漸下降過程中，系統(tǒng)會逐漸減少運營水泵的數(shù)量C

當以太網(wǎng)或PLC編程箱發(fā)生故障時，水泵綜合控制箱也能獨立自動控制單臺水泵運營。

3.基本控制功能

系統(tǒng)功能應(yīng)有數(shù)據(jù)自動采集、泵閥自動控制、系統(tǒng)自動控制、動態(tài)顯示及故障記錄報警

幾個部分組成。

3.1數(shù)據(jù)自動采集和檢測

數(shù)據(jù)自動采集和檢測應(yīng)分為兩類：模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)，通過PLC的模擬量、數(shù)字量模

塊進行讀取，保證數(shù)據(jù)的準確性及響應(yīng)時間。刷新周期不大于1S。

模擬量檢測的數(shù)據(jù)重要有：電機工作電壓、電機工作電流、水倉水位、出水管流量、水

泵溫度、每臺泵出口壓力和水泵吸水管真空度。

數(shù)字量檢測的數(shù)據(jù)重要有：水泵的工作狀態(tài)（工作、備用或者檢修狀態(tài)）、水泵的起、停

狀態(tài)、電動閘閥的工作狀態(tài)和啟閉位置、射流泵總成專用閥的工作狀態(tài)和液位開關(guān)的狀態(tài)。

數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)將水位變化信號進行轉(zhuǎn)換解決、實時檢測、從而判斷礦井的涌水量，根

據(jù)不同的水位狀態(tài)來控制排水泵的啟停。

電機溫度、流量計等傳感器與變送器，重要用于檢測水泵、電機的運營狀況，超限、報警，以

避免水泵和電機的損壞。

PLC的數(shù)字量輸入模塊將各種開關(guān)量信號采集到PLC中作為數(shù)據(jù)解決的條件和依據(jù)，控制水

泵的啟停。

3.2泵閥控制

整個系統(tǒng)規(guī)定達成設(shè)計的預(yù)期目的，閥門的控制是關(guān)鍵，系統(tǒng)的主控部件采用電動閘閥

和射流泵總成。所有閥門可以通過PLC控制箱、水泵綜合自動控制箱進行開關(guān)控制。

水泵系統(tǒng)采用射流泵抽真空上水方式起動，啟泵時將自動打開射流泵入水管路閥門，同

時打開射流泵真空管路閥門，使泵體內(nèi)導(dǎo)致必要的真空度，系統(tǒng)接受到負壓傳感器的信號后,

同時關(guān)閉射流泵真空管路及射流泵入水管路網(wǎng)門，閥門關(guān)閉后將自動起動水泵電機，當水泵

出水口達成設(shè)定的壓力值，系統(tǒng)接受到正壓傳感器的信號后打開出水管路電動間閥進行排

水。

若電動閘閥打開后一定期間內(nèi)水泵壓力未達成設(shè)定值，系統(tǒng)應(yīng)會自動停止水泵運營并關(guān)閉電

動閘閥同時報警C

當水倉水位達成低位時將先自動關(guān)閉排水管路電動閘閥，電動閘閥關(guān)閉到到位后，停止水泵

電機。

3.3自動控制

在水泵綜合自動控制箱處在遠程自動控制狀態(tài)時通過自動檢測水倉水位及相關(guān)參數(shù)，依據(jù)水

位的動態(tài)情況啟停水泵，依據(jù)涌水量和排水量增減水泵的數(shù)量。合理調(diào)度、水泵輪換工作、

遠程監(jiān)控、故障報警、水情預(yù)警，可實現(xiàn)節(jié)能降耗、減人提效的目的。

在自動運營狀態(tài)下，依據(jù)水泵使用臺數(shù)和水位變化情況可判斷礦井涌水情況，根據(jù)涌水量和

容水量的相對關(guān)系，自動啟、停水泵以及自動判斷啟、停臺數(shù)；系統(tǒng)能依據(jù)涌水量和容水量

避峰填谷、節(jié)能運營；系統(tǒng)能根據(jù)輪換工作原則，自動實現(xiàn)水泵的輪換運營，避免單臺水泵

長期運營導(dǎo)致故障。

3.4動態(tài)顯示與畫面監(jiān)控

系統(tǒng)通過圖形動態(tài)顯示水泵、電機、電動閘閥、射流泵總成的運營狀態(tài)，采用改變圖形

顏色或閃爍功能進行事故報警。直觀顯示電動閥的開閉位置，實時顯示水泵抽真空狀況和壓

力值。用趨勢圖或數(shù)字形式準的確時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號

和地段、超低段、高端、超高段水位分段報警。采用趨勢圖或數(shù)字形式直觀的顯示各趟管路

壓力、水泵軸溫、電機溫度等進行動態(tài)顯示。超限報警并自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)

據(jù)，并建立報警顯示頁面，提醒工作人員及時檢測、避免水泵和電機的損壞。

上位計算機監(jiān)控系統(tǒng)還可通過操作員發(fā)送指令控制系統(tǒng)的運營，輸入運營數(shù)據(jù)，修改控制參

數(shù)，實現(xiàn)操作人員的控制指令，依據(jù)權(quán)限位置不同，對響應(yīng)權(quán)限的設(shè)備進行控制。操作人員

可以對排水設(shè)備進行實時檢測、監(jiān)視和必要的控制。

3.5通訊接口

PLC系統(tǒng)應(yīng)預(yù)留有RS485通信模塊，便于和智能供電設(shè)備或現(xiàn)場級其它智能設(shè)備建立連

接，達成數(shù)據(jù)讀取功能。

系統(tǒng)以太網(wǎng)通訊接口與地面上位機之間實現(xiàn)通訊。

整個網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)自動化領(lǐng)域開放式的以太網(wǎng)標準技術(shù)。設(shè)備可從現(xiàn)場級一直連接到管理級。

實現(xiàn)系統(tǒng)范圍內(nèi)的通訊，并支持工廠范圍內(nèi)的工程與組態(tài)，直到現(xiàn)場級均支持IT標準。提

高產(chǎn)品的易用件及系統(tǒng)的可維護性c采用實時以太網(wǎng)，通道數(shù)據(jù)響應(yīng)小干150亳秒c

3.6控制方式

控制系統(tǒng)規(guī)定具有地面遠程自動、地面遠程手動、井下自動、井下手動等幾種工作方式。

遠程自動：自動控制下，控制室控制所有設(shè)備，并顯示各水泵及閘閥工作狀況和各種故

障顯示，PLC采集各種信號。集中控制室按照工藝流程及PLC聯(lián)鎖程序順序控制水泵及閘閥

的啟動。根據(jù)吸水井的水位及其他因素，合理調(diào)度自動開停水泵及其閥門，在正常水位時，

各臺水泵根據(jù)設(shè)定輪換工作，最大涌水及突出涌水時，自動投入必要數(shù)量的水泵運營。

當水泵出現(xiàn)故障時，可以及時報警，并可以自動啟動備用水泵。

根據(jù)水泵使用臺數(shù)和水位變化的情況可判斷礦井涌水情況，從而擬定水泵增長臺數(shù)。

遠程手動：操作工人根據(jù)水倉顯示水位，人工手動開停水泵及擬定開泵臺數(shù)，電機及其閥門

的開、停由PLC自動執(zhí)行，即PLC完畢單臺水泵抽真空、啟泵、開電動閥等自動控制，并完

畢運營停止。

井下自動：操作工人根據(jù)水倉顯示水位，通過水泵綜合自動控制箱對單臺水泵進行自動起動。

井下手動：操作工人根據(jù)水倉顯示水位，通過水泵綜合自動控制箱對單臺水泵進行手動起動。

3.7工作方式

每臺水泵設(shè)立有“工作”、“備用”和“檢修”三種工作方式。

工作方式：指當前水泵在本次水泵操作中，優(yōu)先被啟動。

備用方式：指當前水泵在本次水泵操作中，處在備用狀態(tài)，當已啟動水泵不能滿足排水需

要時，被啟動投入工作。

檢修方式：指當前水泵在本次水泵操作中，不被運用，而是對該水泵進行檢修。

3.8系統(tǒng)保護功能

1）電動機故障保護

由電網(wǎng)系統(tǒng)提供井下水泵高壓開關(guān)的參數(shù)，運用上位機和PLC實時監(jiān)測電壓、電流、漏

電、超負荷等電氣故障，并進行控制。（此功能依據(jù)現(xiàn)場的設(shè)備配置而定）

2）水泵啟動保護

水泵在啟動時候，先啟動射流泵或者是真空泵，監(jiān)測真空管路的壓力，當壓力達成設(shè)定

值時，啟動水泵電機，同時關(guān)閉真空管路閥門，水泵電動閥門打開后，監(jiān)測排水管內(nèi)的壓力,

當在一定期間內(nèi)，壓力沒有達成設(shè)定值時，系統(tǒng)就會自動停止水泵的運營并發(fā)出故障報警信

號。

3）超溫保護

水泵在長期運營中，當軸承溫度或者定子溫度超過設(shè)定值時，系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警信

號并根據(jù)情況停機。

4）電動閘閥保護

一、當控制閥門開關(guān)后，電動閥門會反饋一個狀態(tài)信號給PLC,當兩者信號不一致時，系統(tǒng)

就會發(fā)出告警并在上位機上顯示報警信息。

二、方案采用的標準

電氣設(shè)備的設(shè)計和制造符合以下標準

1.IEC標準（國際電工委員會）

2.ISO標準（國際標準化組織）

3.GB3836.1-2023爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分：通用規(guī)定

4.GB3836.2-2023爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分：隔爆型“d”

5、GB3836.4-2023爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分：本質(zhì)安全型“i”

6.GB4942.2低壓電器外殼防護等級

7、MT209煤礦通信、檢測、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術(shù)規(guī)定

8、《煤礦安全規(guī)程》（2023版）

三、泵房現(xiàn)場情況

一號泵房

水泵房3臺水泵，水泵出水口徑300mm,PLC預(yù)留5臺允余量；

主排水管道2路，口徑350nlm,壓力64公斤

二號泵房

水泵房4臺水泵，水泵出水口徑200mm

主排水管道3路，口徑250mm,壓力64公斤

四、各種產(chǎn)品功能介紹

1.PLC隔爆兼本質(zhì)安全型可編程控制箱

隔爆兼本質(zhì)安全型可編程控制箱作為水泵自動控制系統(tǒng)的核心，重要負責(zé)采集關(guān)聯(lián)設(shè)備的運營信息、設(shè)備

狀態(tài)，通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位機通訊、互換信息，同時對各設(shè)備進行集中監(jiān)控。用于煤礦井下有瓦斯及煤

塵爆炸危險的場合，作為各種設(shè)備的自動監(jiān)測、保護控制裝置。

圖PLC可編程控制箱圖礦用隔爆型水泵綜合自動控制箱

2.礦用隔爆型水泵綜合自動控制箱

1）、水泵綜合控制箱可根據(jù)正、負壓傳感器信號控制單臺水泵配套的所有電動閥門、射

流泵總成及水泵電機的啟停，可安裝在水泵房內(nèi)。

2）、水泵綜合自動控制箱在操作上分為就地/遠方，現(xiàn)場手動/現(xiàn)場自動三種選擇控制，

如發(fā)生以太網(wǎng)或PLC編程箱故障時，綜合自動控制箱也能獨立自動控制單臺水泵。

A.遠方自動控制：接受PLC控制位號，實現(xiàn)對全排水系統(tǒng)的自動編程控制和信息傳輸。

B、現(xiàn)場手動控制：在現(xiàn)場手動控制狀態(tài)下可以完畢對所有的受控單元的手動控制。

C、現(xiàn)場自動控制：在現(xiàn)場自動控制狀態(tài)下通過現(xiàn)場啟停按鈕來實現(xiàn)對單臺水泵的聯(lián)動啟

?？刂?。

3）具有短路保護、過載保護、欠壓保護、過力矩保護、短相保護及相序鑒別自動糾正等

多種保護功能。

4）射流泵水源選擇，出水管路選擇，一臺綜控箱最多能選擇5路出水管。用戶只需將正

壓傳感器、負壓傳感器的模擬量電流信號引入綜控箱，不需要做其它解決。

5）綜控箱設(shè)立了各種運營監(jiān)視指示，如電源指示、水泵運營、開閥指示、關(guān)閥指示、過力

矩指示及系統(tǒng)出現(xiàn)的所有故障指示等，同時向外輸出故障信號。

6）輸入/輸出信號均經(jīng)繼電器隔離，抗干擾能力強；開關(guān)閥控制通過了控制模塊的電子互

鎖和接觸器的機械互鎖，達成控制箱的可靠性。

3.MZ礦用隔爆型電動閥

MZ系列電動閥門與水泵綜合自動控制箱配套使用，可以拓寬閥門在自動化控制中的應(yīng)用范圍,

實現(xiàn)閥門在自動化控制中根據(jù)控制需要精擬定位閥門的開度，可靠的啟動與關(guān)閉閥門。

圖MZ電動閥圖礦用LFSS綜合連接器

4.礦用LFSS綜合連接器

LFSS超短型綜合連接器專為礦井水泵自動化而設(shè)計，重要有以下兩大功能：

1）井下水泵房地方小，水泵安裝位置緊湊，所有連接為硬連接，維護保養(yǎng)不方便，將水泵與

主出水閥的連接管改為LFSS綜合連接器后，僅需通過法蘭的調(diào)節(jié)螺栓即可在0—30mm范圍內(nèi)

調(diào)整管道間隙，并能吸取管道的變形，無安裝方向規(guī)定，安全可靠、調(diào)節(jié)螺栓可以有效地吸

取管內(nèi)介質(zhì)壓力產(chǎn)生的軸向壓力以及水泵的振動波。

2）井下水泵上都配有抽真空用的連接口，但由于地面以及水泵自身等因素，水泵啟動前抽真

空成功率約為80版在LFSS綜合連接器上加裝了抽真空連接口后，通過適當調(diào)整綜合連接器

高度，水泵抽真空成功率為100機

5.礦用隔爆型控制箱

KXBC系列隔爆型控制箱是為控制礦用ZB系列閥門電動裝置而設(shè)計的產(chǎn)品，改產(chǎn)品在電氣性

能設(shè)計上具有與DCS系統(tǒng)接口的銜接，使控制箱在自動化系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛、可靠。在此

基礎(chǔ)上控制箱具有短路保護、過載保護、欠壓保護、過力矩保護、斷相保護及相序辨認自動

糾正、機械及電氣連鎖等功能，并設(shè)立了行程控制、遠方/就地控制的切換功能，使其實用功

能更趨完善。

6.礦用隔爆型電動配水閥

PXW1I系列礦用配水閥具有結(jié)構(gòu)簡樸、密封性能好、清污方便、操作靈活、省力等特點,

重要應(yīng)用于井下水泵房吸水井的配水。

圖礦用配水閥

7、礦用隔爆兼本安型操作臺

1）功能觸點開關(guān)量的，接點容量（2-5A）,所有的開關(guān)量觸點所有采用光電隔離，隔離

電壓：AC1500V,操作臺上的按鈕及觸動開關(guān)輸出所有為無源干接點。

2）顯示部分采用隔爆裝置，輸入及輸出均為隔爆形式。

3）顯示屏TPC1561H技術(shù)參數(shù)如下:

分類TPC1561H

尺寸15

液晶屏TFT

顯示顏色真彩65535色

分辨率1024X768

液晶屏亮度300cd/m2

觸摸屏電阻式

供電電源DC24V

額定功率20W

CPU主板ARMCPU400MH

內(nèi)存64M

存儲設(shè)備128FLASH

組態(tài)軟件MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運營版）

工作溫度0-50℃

工作濕度5-90%

儲存溫度-10-60℃

振動加速度O.O75mm9.8m/s2

振動掃描頻率Oct/minW1

結(jié)構(gòu)鋁合金結(jié)構(gòu)

顏色深灰色

面板尺寸（mm）420X320

機柜開孔（mm）384X284

串行2XRS232

2XRS232/485

USB2主

以太網(wǎng)RJ45以太網(wǎng)

認證CE/FCC

防護等級IP65（前面板）

抗干擾性工業(yè)三級

8、SBS型射流泵總成

SBS型射流泵總成是由SB型射流泵、MGQ礦用高壓小口徑專用閥、正負壓傳感器、管道

及管件組成。SBS型射流泵總成重要供大、中型水泵去掉底閥后能虹吸上水，簡化了設(shè)備結(jié)

構(gòu)。

以前射流泵總成中配套的是手動閥或電磁閥，因電磁閥結(jié)構(gòu)性能缺陷，易泄露，無法提供閥

位開、關(guān)信號，停電時亦不能手動開閥。MGQ電動閥合用于與各種自動化控制系統(tǒng)的配套使

用，在井下排水自動化控制系統(tǒng)中與射流泵和真空泵配套使用，可以提供開到位、關(guān)到位各

種信號，可滿足水泵全自動化控制的需要。

9、傳感器

A.正壓傳感器：用來監(jiān)測水泵內(nèi)部的壓力，當壓力達成設(shè)定值時自動打開出水口閘閥向

上排水，當壓力低于設(shè)定值時自動停泵。

B.負壓傳感器：重要用在水泵啟動之前，監(jiān)測吸水管路的真空度，當真空度達成設(shè)定條

件時，才干啟動水泵電機。

C.液位傳感器：重要用來實時監(jiān)測水倉水位變化的，系統(tǒng)根據(jù)當前水位變化情況，自動實現(xiàn)

高水位起泵和低水位停泵。

D、液位開關(guān)：液位開關(guān)作為水倉的高水位、低水位的極限報警開關(guān)。

E、流量傳感器；流量傳感器重要用來實時監(jiān)測主排水管路的流量，系統(tǒng)根據(jù)排水管的流量情

況來判斷管路是否故障并在低流量時自動報警。

五、系統(tǒng)電氣控制實物圖

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號泵房

圖（一

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葉膩心機

科群臺

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水泵綜合自融制箱水器合自動麴箱

11

管水好管

流水M案Ik流水M

高電選驅(qū)傳高由誨

壓動推動感正■.擇

電聞用信罌電聞間

動可號動叵閥

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電

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傳

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感

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沆

器

器

器

梃

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量

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七、主排水管網(wǎng)安裝位置示意圖（一號泵房）

主排水管網(wǎng)安裝位置示意圖（二號泵房）

石

口荊不息囪

控制選擇功能：

遠方控制（上位機監(jiān)控）/現(xiàn)場控制（單臺水泵獨立控制）

現(xiàn)場手動（設(shè)備檢修或調(diào)試用）/現(xiàn)場自動（按單一啟停按鉗自動控制）

八、設(shè)備清單（一號泵房）

名稱型號單位數(shù)量備注

西門子模塊、含控制監(jiān)控軟件，

礦用隔爆型PLC可編公

KXJ1272（預(yù)留5臺允余量）

程控制箱

用戶可根據(jù)現(xiàn)場情況，選擇是否

礦用隔爆兼本質(zhì)安全

TJ127XA1配置

型操作臺

每臺控制箱可獨立控制單臺水泵

的自動運營，控制對象：電動閘

礦用隔爆型水泵綜合

KXB-18/660S43閥、射流泵總成、及水泵的啟停指

自動控制箱

令：

礦用電動閘閥MZ941H-64DN300套3

礦用電動閘閥MZ94111-64DN350套6

礦用止回閥H44H-64DN300臺3

礦用綜合連接器LFSSII-64DN300臺3

礦用電動配水閥PXWT1-800套7

礦用隔爆型一控三控

KXBC-3*15/660DZ3

制箱

每套射流泵總成包含：2臺

MGQ1-64/DN25閥、1臺

礦用SBS型射流泵總

SBSIIDN25套3MGQI-64/DN20閥、2臺手動閥門、

成

1臺射流泵及相關(guān)管件。

正壓傳感器GPD60(0-10Mpa)仆3

GPD60

負壓傳感器公3

(-0.1-0.IMPa)

流量傳感器GLC10G2礦用限爆型

液位傳感器GUY5臺1礦用隔爆型

液位開關(guān)CL-EVA-05支1

正壓表0-10MPa臺3