【正文】 中 國 礦 業(yè) 大 學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè) 計 姓 名： 梁海軍 學(xué) 號 ： 21056363 學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及自動化 設(shè)計題目： 礦井主排水自動控制系統(tǒng)設(shè)計 指導(dǎo)教師： 胡忠建 職 稱： 講師 2021 年 6 月 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級 電氣 051 學(xué)生姓名 梁海軍 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 ： 2021 年 1 月 15 日 畢業(yè)設(shè)計日期： 2021年 3 月 5 日至 2021 年 6 月 10 日 畢業(yè)設(shè)計題目：礦井主排水自動控制系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計專題題目： 畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求： 1．掌握礦井水泵的工作原理和控制方法； 2．設(shè)計一種應(yīng)用 PLC 作為控制器的水泵自動排水系統(tǒng)； 3．掌握所用傳感器的工作原理及使用方法； 4．設(shè)計主排水泵自動監(jiān)控系統(tǒng)； 5．用 PLC 語言編制控制系統(tǒng)軟件。 院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語 （①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤ 工作態(tài)度 及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計評閱教師評閱書 評閱教師評語 （ ①選題的意義； ② 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力；③工作量的大?。虎苋〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題； ⑧ 是否同意答辯等 ）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書 評閱教師評語 （ ①選題的意義； ② 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力；③工作量的大??；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題； ⑧ 是否同意答辯等 ）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績 答 辯 情 況 提 出 問 題 回 答 問 題 正 確 基本 正確 有一般性錯誤 有原則性錯誤 沒有 回答 答辯委員會評語及建議成績： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 摘 要 文章 進(jìn)行了排水設(shè)備的選 型 設(shè) 計，然后 根據(jù)排水控制的要求，進(jìn)行自動控制方面的設(shè)計。本系統(tǒng)采用 SIEMENS 的 S7300 系列 PLC， 并結(jié)合各種傳感器（主要為水位傳感器、負(fù)壓傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等），完成系統(tǒng)設(shè)計中要實(shí)現(xiàn)的控制功能。 本系統(tǒng)采用水泵及管路的“自動輪換”工作制。又根據(jù)“避峰填谷”的原則確定開啟水泵臺數(shù)，以達(dá)到節(jié)省用電的目的。在就地 PC 端，采用易控組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行情況及各個運(yùn)行參數(shù)，做到有故障及時發(fā)現(xiàn)并盡早處理。 S7300通過 CP340通訊模塊，采用 RS232C通信標(biāo)準(zhǔn)與就地 PC 建立聯(lián)系。 關(guān)鍵詞 ： PLC、排水系 統(tǒng)、自動控制 ABSTRACT At first this text chose and designed drainage equipments, then designed autocontrol part based on drainage control request. This system adopts S7300 PLC series produced by SIEMENS， with many sensors(mainly incloding water line sensors,minus pressume sensors,pressme sensors,flux sensors) to plete autocontrol function demanded in this system design. Water pumps and pipelines of this system are controlled to run in turn automatically. The number of running water pumps is confirmed by the principle of avoiding apex and filling vale in order to economize electricity. On the spot of PC,it introduces controlease configuration control system to take charge of inspecting running state and parameters of equipments so that trouble can be found and dealt with in time. S7300 used Standard RS232 to municate with PC on the spot through Module CP340. KEY WORDS:drainage system； PLC； autocontrol 目 錄 第一章 緒論?????????????????????????? 1 排水系統(tǒng)概述 ?????????????????????? 1 礦井生產(chǎn)過程中 排水的重要性???????????? 1 礦井排水系統(tǒng)的組成部分?????????????? 1 井下排水系統(tǒng)存在的問題 ??????????????????? 3 排水系統(tǒng)為何要實(shí)現(xiàn)自動控制 ???????????????? 3 我國礦井主排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀 ????????????????? 4 第二章 礦井自動排水系統(tǒng)的各種參數(shù)與檢測 ????????? 4 水倉水位的檢測 ?????????????????????? 5 液位傳感器介紹 ??????????????????? 5 液位檢測裝置選擇 ??????????????????? 8 電機(jī)即水泵溫度檢測 ????????????????????? 9 水泵壓力檢測????????????????????? 10 水泵流量檢測???????????????????? 12 流量檢測儀器的安裝 ???????????????? 12 流量計的要求 ???????????????????? 13 流量檢測傳感器的使用 ???????????????? 15 水泵負(fù)壓檢測????????????????????? 15 第三章 基于 PLC的礦井主排水自動控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 ????? 16 控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) ???????????????????? 16 基于 PLC 的礦井主排水控制系統(tǒng)設(shè)計 ???????????? 17 PLC 的主要特點(diǎn) ?????????????????? ?? 17 PLC 的基本工作原理 ????????????????? 20 PLC 地址分配和實(shí)現(xiàn)控制功能???????????? 22 3s7— 300PLC的基本組成?????????????? 27 西門子 ET200M 與 PROFIBUSDP 總線???????????? 32 第四章 礦井自動主排水系統(tǒng)設(shè)備的選型設(shè)計 ?????????? 33 初始數(shù)據(jù) ?????????????????????????? 33 選型設(shè)計 ????????? ????????????????? 33 引水設(shè)備 ?????????????????????????? 35 自動閥門??????????????????????? 38 高壓開關(guān)柜?????????????????????? 40 第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計??????????????????? 41 PLC 的軟件設(shè)計????????????????????? 41 軟件流程圖???????????????????? 41 地址分配????? ??????????????? 43 水泵的自動開啟、運(yùn)行、故障保護(hù)流行圖??????? 45 PLC 的程序設(shè)計?????????????????? 47 控制系統(tǒng)上位機(jī)的軟件設(shè)計??????????????? 50 設(shè)計要求????????????????????? 50 設(shè)計內(nèi)容????????????????????? 51 上位機(jī)與 PLC 的通信???????????????? 51 監(jiān)控主界面? ??????????????????? 53 報警界面????????????????????? 55 第六章 如何使礦井主排水自動控制系統(tǒng)抗各種干擾…………………… 56 常見的各種干擾源?????????????????? 56 如何采取措施排除這些干擾??????????????? 56 第七 章 總結(jié) ?????????????????????? 57 參考文獻(xiàn) ??????????????????????? 58 致謝 ????????????????????????????? 59 翻 譯部分??????????????????????? ???? 60 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 第 一 章 緒論 井下排水系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中四大系統(tǒng)之一，擔(dān)負(fù)著井下積水排 除的重要任務(wù)。然而，目前我國的井下排水系統(tǒng)仍由很多依靠傳統(tǒng)的人工操作方式。本章分析這種排水系統(tǒng)的組成及工作過程，指出其存在的問題，為井下主排水系統(tǒng)自動控制的研究提供依據(jù)。 礦井生產(chǎn)過程中排水的重要性 在煤礦地下開采的過程中，由于地層中含水的涌出，雨水和江河 中水的滲透，水砂充填和水力采煤礦井的井下供水，將要有大量的水晝夜不停地匯集于井下。礦井涌水與 采區(qū)的水文地質(zhì)及當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件有關(guān)系，涌水量在不同的季節(jié)也呈現(xiàn)不同。在一些大水礦井，礦井涌水量可達(dá)到每秒 17 立方米，甚至超過每秒 20 立方米。另外， 煤炭開采過程中，由于地層結(jié)構(gòu)被破壞，巖層斷裂，使采區(qū)與儲水層連通，發(fā)生突水事故，涌水量會突然增加。如果不能及時地將這些積水排送到井上，井下的生產(chǎn)就可能受到阻礙，井下的安全就會得不到保障，嚴(yán)重者會造成重大事故。給人民的生命、國家的財產(chǎn)都帶來了極大的威脅。因此，井下排水就顯得尤為重要。井下自動排水系統(tǒng)的任務(wù)就是把流入井下煤礦巷道中的礦井積水排送至地表。 根據(jù)統(tǒng)計，每開采 1 噸煤就要排出 27噸礦井水，有時甚至要 排出 3040 噸礦井水。井下排水設(shè)備所配備電機(jī)的功率，小的幾千 瓦到幾十千瓦，大的幾百千瓦到上千千瓦、在我國煤炭行業(yè)中，井下排水用電量占原煤生產(chǎn)總耗電量的18%41%，一般為 20%左右。 因此，井