井下恒压供水系统使用说明
变频调速恒压供水系统使用说明书
青岛科技大学
2010年7月
重要的安全使用防范措施：
阅读以下简单说明，并遵守这些规则，谨防因违规操作而导致危险的发生。
1．本说明书详细介绍了系统的使用方法，包括上位机组态的使用和下位机的手动操作的详细方法，在使用本系统以及本系统所涉及的产品时，都必须在使用前仔细阅读本说明书。青岛科技大学不对任何由于违反安全事项而造成的损失承担任何责任！！
2．本系统的维修时，不得改变系统内部本安电路和本安电路有关的元器件以及传感器，必须严格按照提供的系统接线图检查线路，本系统不得随意与其他设备连接！！
3．严禁非操作人员操作控制系统！！
4．本系统需配备专有人员定期维护和检修，使用中如出现问题并且在煤矿
维修工不能解决时应该找厂家维修！！
5．本系统所包括的各种设备具有一定的防水能力，但绝对不能浸泡在水里使用！！
6.维修时不得改变本安电路和本安电路有关的元器件的电气参数规格和型号！！
7.维修时不得缩小各电器元件之间的电气间隙及对地距离，特别时高压电器元件的电气间隙及对地距离！！
8.严禁带电开盖！！
9.在变频柜断电十分钟之后方可开盖！！
系统概述与使用说明
一、恒压供水系统功能与特点
1.1 系统全面执行新版防爆标准、监控标准及新版的煤矿安全规程。
1.2 变频调速装置对电磁干扰进行了特别处理，符合有关的EMC规范。变频调速具有过压、欠压、过载、短路、缺相、过热等保护功能，并具有漏电闭锁功能。
1.3恒压供水系统上位机选用先进成熟的监控组态软件MCGS，操作简单、
功能强大，下位机西门子PLC和ABB变频器作为主控制器，采用威纶通触摸屏实时显示各种传感器信号。
1.4监控系统软件可在Windows2000中文版、WindowsXP中文版等系统下运行，由于操作系统支持多任务，因此在运行监控系统软件的同时还可以运行其它软件。
1.5 控系统软件窗口有：参数及状态显示、实时曲线及历史曲线显示、系统运行状态显示、各种运行动画显示、各种数据统计、各种报警显示等。
1.6本系统的计算机监控通信接口占用系统资源少，响应速度快，输出为本安信号。
1.7特有的软件容错、纠错技术，提高了系统的可靠性。
1.8功能齐全、人机界面友好、操作方便；
1.9监控设备、矿用传感器、执行器全系列配套；
1.10有井下、远程手动控制；
1.11采用变频调速方式能够使水压保持恒定，同时电机以低于工频的频率工作，节约了电能的同时也延长了水泵电机的使用寿命。
二、系统设备主要技术指标
3.1变频器柜
输入电压AC660V
输出模式三相交流电输出
输出电压AC660V
额定电流70A
最高本安开路电压8.5V
最高本安短路电流90mA
3.2 PLC控制柜
输入电压AC660V
最大电流510mA
最高本安开路电压24.3V
3.3 GPD10压力传感器
量程正压时为0-2.5Mpa，负压时为-0.1—0.1Mpa
输出信号4-20mA
响应时间小于30S
工作电压DC12-24V
工作电流< 60mA
3.4 KGT9型矿用设备开停传感器
防爆型式矿用本质安全型，标志为“Exd[ib]I”
工作电压DC8-24V
工作电流不大于10mA
被测设备电缆范围外径：16-80mm
工作方式直接卡固在供电电缆外皮上，连续工作
输出信号开关量，电流及无电位接点
3.5 GUY5煤矿用投入式液位传感器
防爆型式矿用本质安全型，标志为“Exd[ib]I”
工作电压DC12-24V
工作电流DC18V时，不大于100mA
输出信号4-20mA
三、系统基本工作原理
变频调速恒压供水系统主要由水泵、电动机、安装在管道上的压力传感器和阀门等组成。通常由三相笼型异步电动机驱动水泵叶片的旋转来供水，并把电机和水泵做成一体。变频供水控制系统通过变频器来调节异步电动机的转速，来改
变水泵出水量实现管网的恒压供水。因此，变频调速恒压供水控制实质是异步电动机的变频调速控制。而异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速达到调速的目的。
异步电机的转速为:n1=60f/p(1-s)
异步电机的同步转速执为: n=60f/p
n1为异步电机转子的转速；n为异步电机的理想空载转速；f为异步电机的定子电源频率；p为异步电机的极对数。
从上式可知，若极对数p不变时，电机转子的转速n与定子电源的频率f 成正比，可连续调节异步电机供电电源的频率f，就可连续平滑的调节电机的同步转速，从而调节其电机转子的转速。
四、系统使用与维护
4.1变频调速装置
变频调速装置面部有两个玻璃视窗，其中一个为变频器的操作面板。从此视窗上可以看出变频器的给定频率，电机的转速，电机工作电流和变频器的输出频率。变频柜的外型尺寸为：1500*1100*1100（长*宽*高）。
4.1.1变频调速柜的使用
变频调速装置在使用前，前先检查各元器件有无损坏和松动现象，并对照产品名牌上的额定电压，额定功率等是否与被控设备相符，否则不准使用。变频调速装置参数设置完毕后，要进行试车，原则上先轻载后重载，先低速后高速。先近控后远控（本装置经调试完毕交付使用后参数已经设置好，无需再对参数进行重新设置，如需重新设置请确保能够使变频系统的正常运行的情况下设置）。
变频调速装置操作者使用前应仔细阅读产品使用说明书，明确各操作按钮的位置，名称和功能意义。首先将变频柜侧面的隔离开关从停止按钮打到正向位置，然后将柜门上的转换开关打到需要的档位，在本控制系统中需要将转换开关打到远控和变频位置，由于变频和工频启动前都需要射流，所以本控制系统的操作都将在PLC的控制柜上操作，由PLC程序自动条用射流程序，因此在一般情况下将转换开关打到远控和变频位置后，将不需要再操作变频器上的按钮。
4.1.2变频调速柜的维护
变频调速装置正常运行情况下，维护人员要保持变频调速装置壳体的卫生，定期清扫，特别是变频调速装置散热器部分不能有积层，否则影响变频调速装置功率组件的散热和使用寿命。另外还由经常检查变频调速装置的接地线，确保完好牢固。当变频调速装置出现故障需开门维修时应遵循一下规则：
(1)禁止带电维修变频调速装置、电机和电缆。
变频调速装置供电电源断开10分钟之后，方可打开门盖。在开始操作之前，还应该使用万用表（阻抗至少1兆欧）测量端子UDC+和UDC-之间的电压，确信变频调速装置放电完毕。
(2)所有的绝缘测试必须在断开电缆连接的情况下进行。
(3)重新连接主电缆时，应确保相序正确。
(4)不管电机是否运行，只要变频调速装置输入电源接通，电机电缆端子都会存在危险的高压电。
(5)不要用手触摸变频调速装置上的敏感电子元件，以免人体的静电损坏这些元器件。
(6)禁止带电开盖，断电10分钟之后方可开盖。
4.1.3变频调速装置常见故障和解决方法
变频调速具有过压、欠压、过载、短路、缺相、过热等保护功能，并具有漏电闭锁功能。当变频器检测到一个故障，故障将会显示在控制柜上的显示屏上。常见的故障有一下几种：1.MOTOR PHASE（FF56）表示电机缺相，可能由于电机故障、电机电缆故障，此时应该检测电机和电机电缆。2. MOTOR STALL （7121）表示电机堵转，可能由于过载或电机功率不足，此时应该检查电机负载和传动单元的额定值。3.OVERCURRENT（2310）表示输出电流过大，超过跳闸极限值，此时应该检查电机负载，电机和电机电缆（包括相序）。当电机启动不起来时，请首先检测电机是否损坏，连接电缆以及电源相序等。请勿乱操作变频调速各个按钮，每次变频器在变频和工频之间的切换间隔时间至少5min （由于变频有大电容放电的时间）。
井下-256水平现场手动操作程序4.2 PLC控制柜装置
PLC控制柜完成整个系统的控制任务，其由西门子PLC控制器，开关电源，显示屏等组成。其功能包括水泵射流、变频器频率给定、系统手动自动方式的选择以及各种实时数据和报警信息的显示。PLC控制装置较变频调速装置体积更小。
4.2.1 PLC控制柜的使用
PLC控制柜的操作组要根据控制柜上屏幕的提示进行操作，控制柜门盖上有4个按钮如下图1所示：
选择
确定
图1 控制按钮示意图
控制柜每次上电之后，控制系统将处于自动控制方式，并且触摸屏的将显示如图2所示：
图2 自动操作画面
图中将显示系统运行过程中的各种报警信息和各种实时数据。如果触摸屏处于如图2所示画面，表示系统处于自动控制状态。在自动控制状态中，系统每隔设定好的时间将自动切换运行泵。从图2中可以看出图中最下面有几个可供操作的按钮，分别是：“启动”，“停止”，“参数设置”，“自动方式”和“手动方式”。按一下图1中所示的“选择”按钮光标指示将在图2中所示的按钮上跳转，如图3所示：
图3 控制操作示意图
与图2比较，图3中“启动”按钮呈现高亮状态，表示已经准备启动系统，此时再按下“确定”按钮，系统将以自动方式启动。同理，按“选择”按钮，当选中想要的操作之后再按“确定”按钮，此时系统将以选择的方式运行。如选择“参数设置”再按“确定”后，系统将跳转到图4所示画面，此时即可对系统各种参数进行设置。如选择“手动方式”后再按“确定”系统将进入手动控制方式如图5所示。
图4 系统参数设置画面图5 手动操作画面
图4所示为系统参数设置话画面，包括水位报警值和各种压力设定值，通过按下图1中的“选择”键，将选中需要调整的参数，再按图1中的按钮
所选择参数将以0.050.05往下减。
图5所示为手动操作画面，同样可以按下图1中的“选择”按钮，选择需要的操作方式。当按下“启动”按钮之后，则可以选择1#泵或2#泵的变频和工频启动方式，或者时选择“停止”键，停止1#泵或2#泵。注意：若有一台泵正在工作，而想切换到另一台泵工作，请先停止正在工作的泵。
由于关闭正在工作的泵之前，一定先要将闸阀关死。所以要想停止系统的工作，请选择“停止”按钮，此时系统将以正常的方式停机。切勿直接将电源断电，否则在下一次启动前将会在闸阀没有关死的情况下重载启动电机，这样将会损坏电机或者减少电机的使用寿命。如果遇到紧急情况需要直接断电的，可以在断电之后用手动的方式将闸阀关死。
4.2.2 PLC控制柜注意事项
在使用PLC控制柜时，严禁带电开盖，严禁使用PLC中的电源给外部设备供电，如果在使用中需要检查线路请将电源断开之后开盖。由于本控制柜接线盘的1#接线盘是转有的电源接线盘，接有AC660V，AC220V和DC24V电源，所以在检查线路时请确保人身安全。AC220V电源用于给光纤收发器供电，DC24V电源给系统中使用的各种传感器供电，检查线路时请勿将直流电源反接，否则带来后果自负。
另外本控制柜带有光缆接线头，由于光缆易于折断，所以在移动光纤时应该注意不要将光缆垂直曲折。光缆头也不要沾染灰尘，否者会影响通信的可靠性，
甚至使之不能通信。光纤收发器的外壳是金属制品，所以在安放收发器时要避免和电源接触。
注意：各传感器信号线已经连接好，请勿改动。如有传感器线未接好，需要重新接好时，请对照提供的接线图。
在调度室电脑上操作
4.3上位机组态软件MCGS操作
4.3.1 进入运行环境
双击图标，进入MCGS组态环境：单击工具栏上的图标，进入MCGS运行环境。
图6 系统监控主界面
图6中左半边图中所示为系统实时数据的显示，包括压力、流量和闸阀开度的显示。图中右边所示为系统的运行信息显示和操作控制平台，系统控制平台的操作方式如下：
(1)在系统上电之后（并且井下变频柜的转换开关打到远程控制和变频方式），选择需要的运行方式如“自动运行”和“手动运行”。
(2)选择好系统运行方式之后再按下“系统启动”，系统将以选择的方式工作。
(3)如果运行方式选择的时“自动运行”,按下“系统启动”后，系统将以自动方式运行，两台水泵会以设定的时间间隔自动切换泵。如果选择的是“手动选择”模式，按下“系统启动”之后系统将处于积极的运行等待之中，此时可以选
择“1#泵启动”或者“2#泵启动”，系统将运行1#泵或者2#泵，在运行过程中可以在“自动方式”和“手动选择”之间自由切换而不影响系统的运行。
(4)如果系统运行在自动方式时，想要停止系统运行可以直接按下“系统停止”按钮，系统将以正常的流程停止。
(5)如果系统工作在手动方式时，可以停止正在工作的泵，注意要想从一台泵转换到另一台泵时，必须先按下“1#泵停止”或“2#泵停止”停止正在工作的泵，在按“1#泵启动”或者“2#泵启动”才能再切换到另一台泵。
(6)在每次系统停止之后，要想重新启动系统必须间隔至少5min，保证变频器能搞放电完毕。
(7)当两台泵需要检修时或者供水压力不足时，可以打开-167闸阀。点击“开阀”闸阀开度将开大，点击“关阀”闸阀开度将减小，当闸阀开度开到需要的开到之后，按下“停止按钮”。
点击图6中最上面一排的“系统参数设置”、“供水实时曲线”等按钮，将会显示对应的操作画面。
4.3.2 系统参数设置
系统参数的设置画面如图7所示：
图7 系统参数设置画面
图中包括系统的压力设定，水位报警设置，通过设置系统供水工况的需要设置压力，以满足供水需求。
4.3.3 统计报表查看
统计报表可以查看系统历史运行信息，包括流量统计和系统运行信息统计。以流量统计为例如图8所示：
图8统计图
如图8所示选择所需查看的年月日，点击“流量日报表”、“流量月报表”或“流量年报表”即可查看对应的报表。同理系统运行信息也可采用同样的方法查看。
4.3.4 供水曲线查看
供水曲线包括实时曲线和历史曲线，如图9所示：
图9 供水曲线图
4.3.5 报警信息查看
打开报警查看画面可以查看系统运行过程中产生的报警信息，如图10所示：
图10 系统报警信息
系统常见故障及解决方案
1.传感器是系统正确运行的关键，在运行过程中如发现传感器指示为零，请检
查传感器是否断线或者掉线，是否电源未接好（注意传感器都使用了分线盒，分线盒中线连接检查是必要的），如果接线、供电以及安装等一切正常，有可能是传感器损害，此时情联系厂家。
2.电动闸阀出现故障的几率可能偏大，如出现电动闸阀不能工作，同时接线完
好的情况下为了不影响系统的工作，可以采用手动的方式开阀和关阀。同时出现问题可以联系闸阀生产厂家（常州兰陵）。
3.如果遇到电动机不能正常启动的情况首先应该检查电动机是否损坏，排除电
动机故障后仍不能解决问题请联系厂家。
4.请勿改动变频柜和PLC控制柜中电路，可以检查其电源和连线问题。
5.手动操作时，勿重载启动电动机（即在电动闸阀打开时勿启动电机）。
6.若系统出现故障后，请断电检修此时应该将变频柜和PLC控制柜同时断电，
在系统检修完成后再重新上电，PLC将自动清除报警信息。
7.如果在对系统参数不能很好理解时请不要轻易的更改系统参数。
8.请勿井上和井下同时操作系统。
变频器操作说明（附件）
一、门盖上有两个万转开关：工频/变频、近控/远控，二者组合使用。
二、万转打在工频位置、近控位置时：
手动起动或者停止1#工频或者2#工频。
三、万转打在变频位置、远控位置时（一般选用此方式）：
PLC完成自动控制。
四、万转打在变频位置、近控位置时，调整参数：
变频器送上电后，按一下“编程”+“下调”，进入参数整定界面：
此时按一下“编程”，用于切换参数组和参数组内各行参数选择；
此时按一下“上调”，参数组和参数组内各行参数增加；
此时按一下“下调”，参数组和参数组内各行参数减小；
当界面跳到需整定参数界面时，按一下“确认”，再按一下“上调”，参数增加；按“下调”，参数减小。调整完后，再按下“确认”，则参数调整完毕。
参数调整完毕，按下“编程”+“上调”，进入实时工作显示状态。
对照ABB变频器说明书调整各项参数。（出厂时参数已调整好）
进入实时工作显示状态后，注意屏幕最上一行，如果有“L”，则表示近控（不同于门盖万转的近控）：即用控制盘上的按钮来近控控制起动或停止变频器；如
果无“L”，则表示远控（不同于门盖万转的远控）：因为我们需要门盖按钮或者PLC自动来起动或者停止变频器，所以必须将“L”去掉。此时按一下“停止”+“编程”就去掉了“L”。
当需要用门盖上“升速”或者“降速”按钮起动变频器升速、降速时，请将参数11.03由AI2改为DI3U,4D。其中AI2表示由模拟量输入0-20mA来控制起动变频器升速、降速。其中DI3U，4D表示由按钮“升速”、“降速”来起动变频器的升速、降速。使用时务必注意！
请将两个万转打在以上第二条或者第三条位置。
每次变频器停电至重新来电，有大约5分钟的电容放电过程，请至少间隔5分钟后再重新送电或者打开开关检修等等！
（注意：请确保能够正确操作变频器时才能操作变频器）