【正文】 中 國(guó) 礦 業(yè) 大 學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì) 姓 名： 梁海軍 學(xué) 號(hào) ： 21056363 學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目： 礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 胡忠建 職 稱： 講師 2021 年 6 月 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 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(jì)日期： 2021年 3 月 5 日至 2021 年 6 月 10 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目： 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)一種應(yīng)用 PLC 作為控制器的水泵自動(dòng)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(jì)主排水泵自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)； 5．用 PLC 語(yǔ)言編制控制系統(tǒng)軟件。 院長(zhǎng)簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) （①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力；③研究?jī)?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(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問(wèn)題；⑧是否同意答辯等）： 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū) 評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ) （ 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(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力；③工作量的大?。虎苋〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點(diǎn)；⑤寫(xiě)作的規(guī)范程度；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問(wèn)題； ⑧ 是否同意答辯等 ）： 成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū) 評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ) （ 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(shí)解決實(shí)際問(wèn)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(xiě)作的規(guī)范程度；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問(wèn)題； ⑧ 是否同意答辯等 ）： 成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績(jī) 答 辯 情 況 提 出 問(wèn) 題 回 答 問(wèn) 題 正 確 基本 正確 有一般性錯(cuò)誤 有原則性錯(cuò)誤 沒(méi)有 回答 答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī)： 答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī)： 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(jì)，然后 根據(jù)排水控制的要求，進(jìn)行自動(dòng)控制方面的設(shè)計(jì)。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(jì)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(dòng)輪換”工作制。又根據(jù)“避峰填谷”的原則確定開(kāi)啟水泵臺(tái)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(gè)運(yùn)行參數(shù)，做到有故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)并盡早處理。 S7300通過(guò) 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(dòng)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(guò)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(wèn)題 ??????????????????? 3 排水系統(tǒng)為何要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 ???????????????? 3 我國(guó)礦井主排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀 ????????????????? 4 第二章 礦井自動(dòng)排水系統(tǒng)的各種參數(shù)與檢測(cè) ????????? 4 水倉(cāng)水位的檢測(cè) ?????????????????????? 5 液位傳感器介紹 ??????????????????? 5 液位檢測(cè)裝置選擇 ??????????????????? 8 電機(jī)即水泵溫度檢測(cè) ????????????????????? 9 水泵壓力檢測(cè)????????????????????? 10 水泵流量檢測(cè)???????????????????? 12 流量檢測(cè)儀器的安裝 ???????????????? 12 流量計(jì)的要求 ???????????????????? 13 流量檢測(cè)傳感器的使用 ???????????????? 15 水泵負(fù)壓檢測(cè)????????????????????? 15 第三章 基于 PLC的礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ????? 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(jì) ???????????? 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(mén)子 ET200M 與 PROFIBUSDP 總線???????????? 32 第四章 礦井自動(dòng)主排水系統(tǒng)設(shè)備的選型設(shè)計(jì) ?????????? 33 初始數(shù)據(jù) ?????????????????????????? 33 選型設(shè)計(jì) ????????? ????????????????? 33 引水設(shè)備 ?????????????????????????? 35 自動(dòng)閥門(mén)??????????????????????? 38 高壓開(kāi)關(guān)柜?????????????????????? 40 第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)??????????????????? 41 PLC 的軟件設(shè)計(jì)????????????????????? 41 軟件流程圖???????????????????? 41 地址分配????? ??????????????? 43 水泵的自動(dòng)開(kāi)啟、運(yùn)行、故障保護(hù)流行圖??????? 45 PLC 的程序設(shè)計(jì)?????????????????? 47 控制系統(tǒng)上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)??????????????? 50 設(shè)計(jì)要求????????????????????? 50 設(shè)計(jì)內(nèi)容????????????????????? 51 上位機(jī)與 PLC 的通信???????????????? 51 監(jiān)控主界面? ??????????????????? 53 報(bào)警界面????????????????????? 55 第六章 如何使礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)抗各種干擾…………………… 56 常見(jiàn)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(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 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(guó)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(guò)程，指出其存在的問(wèn)題，為井下主排水系統(tǒng)自動(dòng)控制的研究提供依據(jù)。 礦井生產(chǎn)過(guò)程中排水的重要性 在煤礦地下開(kāi)采的過(guò)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(guò)每秒 20 立方米。另外， 煤炭開(kāi)采過(guò)程中，由于地層結(jié)構(gòu)被破壞，巖層斷裂，使采區(qū)與儲(chǔ)水層連通，發(fā)生突水事故，涌水量會(huì)突然增加。如果不能及時(shí)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(huì)得不到保障，嚴(yán)重者會(huì)造成重大事故。給人民的生命、國(guó)家的財(cái)產(chǎn)都帶來(lái)了極大的威脅。因此，井下排水就顯得尤為重要。井下自動(dòng)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(jì)，每開(kāi)采 1 噸煤就要排出 27噸礦井水，有時(shí)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(guó)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