【正文】 倉閘門 采用兩組電動閥門實(shí)現(xiàn) 2 井下中央水泵控制系統(tǒng)基本要求 中央泵房自動化系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動調(diào)度，能根據(jù)水倉的水位等參數(shù)自動調(diào)配水泵，同時完成水泵狀態(tài)的監(jiān)測和監(jiān)控，并能實(shí)現(xiàn)水泵的峰谷運(yùn)行策略，到達(dá)無人值守、節(jié)能降耗的效果。 增加兩套防水門的液壓控制系統(tǒng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 離心泵基本構(gòu)造 離心泵的基本構(gòu)造是由六部分組 成的，分別是：葉輪，泵體，泵軸，軸承，密封環(huán)，填料函。起到支撐固定作用，并與安裝軸承的托架相連接。太多油要沿泵軸滲出并且漂，太少軸承又要過熱燒壞造成事故！在水泵運(yùn)行過程中軸承的溫度最高在 85度一般運(yùn)行在 60 度左右，如果高了就要查找原因（是否有雜質(zhì)，油質(zhì)是否發(fā)黑，是否進(jìn)水）并及時處理！ 5） 密封環(huán)又稱減漏環(huán)。填料函的作用主要是為了封閉泵殼與泵軸之間的空隙，不讓泵內(nèi)的水流不流到外面來也不讓外面的空 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 6 氣進(jìn)入到泵內(nèi)。多級泵：即在泵軸上有兩個或兩個以上的葉輪，這時泵的總揚(yáng)程為 n 個葉輪產(chǎn)生的揚(yáng)程之和。 4） 按葉輪出來的水引向壓出室的 方式分類 蝸殼泵：水從葉輪出來后，直接進(jìn)入具有螺旋線形狀的泵殼。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。 系 統(tǒng)組成 PLC、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)；上層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及客戶端組成。由于無人職守系統(tǒng)不只有水泵控制系統(tǒng)，還有包括主扇風(fēng)機(jī)等一些控制系統(tǒng)，所有在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和客戶端之間加 DLINK HUB，用來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)接口。其組態(tài)結(jié)構(gòu)如 圖 2。用戶程序是在用戶 在編程器里編寫好之后下載到 PLC的存儲模塊，程序采用塊式結(jié)構(gòu)形式。下面以 EM235 為例講解模擬量擴(kuò)展模塊接線圖，如圖 P r o f i b u s _ D P 總 線E T 2 0 0壓 力 變 送 器參 數(shù) 顯 示負(fù) 壓 變 送 器流 量 變 送 器溫 度 變 送 器操 作 按 鈕閥 門 狀 態(tài)狀 態(tài) 顯 示電 動 閥控 制 箱電 磁 閥 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 9 圖 圖 1 演示了模擬量擴(kuò)展模塊的接線方法，對于電壓信號，按正、負(fù)極直接接入 X＋和 X－；對于電流信號，將 RX 和 X＋短接后接入電流輸入信號的 “ ＋ ” 端；未連接傳感器的通道要將 X＋和 X－短接。5V 177。250mV 177。10V 電流輸出 0～ 20mA 數(shù)據(jù)字格式 電壓 32020～ +32020 電流 0～ 32020 分辨率電流 電壓 12 位 電流 11 位 表 下表說明如何用 DIP 開關(guān)設(shè)置 EM235 擴(kuò)展模塊，開 關(guān) 1 到 6 可選擇輸入模擬量的單/雙極性、增益和衰減。也就是說開關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個模塊，開關(guān)設(shè)置也只有在重新上電后才能生效。 2）接通 CPU 和模塊電源，使模塊穩(wěn)定 15 分鐘。100mV 50μV ON OFF OFF OFF ON OFF 177。 OFF ON OFF OFF OFF OFF 177。 5）調(diào)節(jié) GAIN（增益）電位計(jì)，直到讀數(shù)為 32020 或所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。在單極性格式中， 3 個連續(xù)的 0 使得模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（ ADC）每變化 1 個單位，數(shù)據(jù)字則以 8 個單位變化。模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個字長，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始。 表 模擬量值和 A/D 轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換 假設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號是 A0—Am（如： 4—20mA）， A/D 轉(zhuǎn)換后數(shù)值為 D0—Dm（如： 6400—32020），設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號是 A， A/D 轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)值為 D，由于是線性關(guān)系，函數(shù)關(guān)系 A＝ f（ D）可以表示為數(shù)學(xué)方程： A＝（ D－ D0） （ Am－ A0）／（ Dm－ D0）＋ A0。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 14 又如，某溫度傳感器，－ 10—60℃ 與 4—20mA 相對應(yīng)，以 T 表示溫度值， AIW0為 PLC 模擬量采樣值，則根據(jù)上式直接代入得出： T=70（ AIW0－ 6400）／ 25600－ 10 可以用 T 直接顯示溫度值。由此得出， AIW0 的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實(shí)際壓力值（單位為 KPa）的計(jì)算公式為： VW0 的值＝ (AIW0 的值－ 6400)(5000－ 100)/(32020－ 6400)＋ 100（單位： KPa） 開關(guān)量檢測部分 將高壓啟動柜中的真空斷路器狀態(tài)、電抗柜中的真空接觸狀態(tài)、電動閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)等開關(guān)量信號接入 PLC 控制系統(tǒng)中，可檢測系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。 （ 3） PLC 集中控制柜：集中控制柜由 S7300PLC 系統(tǒng)構(gòu)成，將多臺就地控制柜通過 MPI 網(wǎng)絡(luò)連成一個整體，實(shí)現(xiàn)各水泵的聯(lián)機(jī)控制。 系統(tǒng)運(yùn)行方式水泵系統(tǒng)工作原理 開泵工作過程：單臺水泵自動啟動的過程為 : 單臺機(jī)組啟動首先要對真空度進(jìn)行檢測，啟動抽真空系統(tǒng)（開啟球閥），如果真空度達(dá)到要求（即達(dá)到 21Ka），將高壓開關(guān)合閘，啟泵（同時串入電抗器，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速切除）電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，再檢測水泵出 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 15 水口處的壓力，如果壓力達(dá)到水泵的額定壓力（ ），即可以打開電動閘閥。運(yùn)行方式顯示在水泵操作界面的左上角。 就地集中控制方式 此種方式下 ,操作人員可在 PLC 控制柜觸摸屛上實(shí)現(xiàn)一鍵開泵 ,程序自動執(zhí)行啟泵的全過程 ,可大大減輕工人的勞動強(qiáng)度 ,提高操作的可靠性。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 17 系統(tǒng)啟動過程中信息顯示說明圖 該按鈕是系統(tǒng)啟動按鈕，當(dāng)該按鈕可用時，點(diǎn)擊該按鈕可實(shí)現(xiàn)水泵半自動遠(yuǎn)程控制啟停，在點(diǎn)擊啟動或停止按鈕時都會 彈出一個確認(rèn)窗口，這個窗口可 對前一動作進(jìn)行確認(rèn)或是取消，當(dāng)操作命令下發(fā)成功后則會根據(jù)返回信息彈出一個提示操作成功的框口，若是命令下發(fā)失敗后則會彈出一個提示操作失敗的窗口水泵也不會啟動。此時流量值繼續(xù)增大，當(dāng)流量值超過 50 立方米 /小時，主排水管上顯示水流信息，水泵正常啟動。 2)全自動控制 水泵就地控制箱上按鈕旋至全自動，則對應(yīng)水泵處于全自動狀態(tài)，水泵將按照排水用時測算以及用電峰谷時段的劃分等條件自動啟動 /停止水泵。當(dāng)運(yùn)行 中水泵出現(xiàn)故障時，啟動下一臺水泵。 系統(tǒng)報(bào)錯后自動停止故障泵，運(yùn)行狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至故障狀態(tài)，同時給出報(bào)警提示。 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)通過檢測水倉水位和其它參數(shù) ,并依據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型 ,實(shí)現(xiàn) “避峰用 谷 ”,合理調(diào)度水泵運(yùn)行。這種方式通常由兩套抽真空系統(tǒng)組成 ,一為射流泵系統(tǒng)、二為電動真空泵系統(tǒng) ,兩者由管路并聯(lián)使用 ,通過閥門可相互切換。自動控制時 ,只需將控制信號接入啟動柜并將狀態(tài)信號返回控制系統(tǒng)即可。 運(yùn)行參數(shù)的檢測 通過傳感器和變送器 ,可檢測水泵排水流量、軸溫、轉(zhuǎn)速、電機(jī)溫度、電流、功率等水泵與電機(jī)的工作參數(shù) ,以監(jiān)測水泵機(jī)組的運(yùn)行狀況 ,并適時對其進(jìn)行調(diào)節(jié)。 檢測水泵及其電機(jī)的工作參數(shù)。 系統(tǒng)具有就地控制、半自動的集中控制和遠(yuǎn)方控制、全自動控制三種方式的選擇。 水泵的合理調(diào)度應(yīng)包括如下幾個方面； 1）根據(jù)水倉水位啟動或停止水 泵； 2)根據(jù)礦井的涌水量控制水泵運(yùn)行的臺數(shù)； 3）控制各臺水泵輪流工作 ,使其磨損程度均等； 機(jī)組均勻磨損：由于水泵機(jī)組一般有 5 臺 ，為了防止因備用泵或者管路長期不用而使電機(jī)受潮或者其他故障而未被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)緊急情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全，本自動控制系統(tǒng)按 “輪換工作制 ”來設(shè)計(jì)，以達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)，、早處理，以免影響礦井安全生產(chǎn)的目的。如今全國大部分地區(qū)已經(jīng)實(shí)行電價分段收費(fèi)，峰段與谷段的差價是相當(dāng)大的，所以針對水泵機(jī)組是郝能大戶這一事實(shí)，實(shí)施電價避峰填谷是非常有意義的，可以節(jié)省大量的成本。不論投入幾臺水泵，水位必須下降至低限水位方可停泵。它可以通過 MPI 連接電纜或通訊模塊與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，再加上其全面 的診斷功能和完善的自我保護(hù)技術(shù)，使其具有極高的可靠性，極其適合本系統(tǒng)的需求。 一般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)。位處理器也稱從處理器，它的主要作用是處理位操作指令和在機(jī)器操作系統(tǒng)的管理下實(shí)現(xiàn) PLC編程語言向機(jī)器語言的轉(zhuǎn)換。 PLC 提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的 I/O 單元，有各種各樣的 I/O 單元供用戶選用。對于現(xiàn)場輸入元件，僅需要提供開關(guān)觸點(diǎn)即可。按負(fù)載回路使用的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。繼電器觸點(diǎn)輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊，其額定負(fù)載電壓范圍較寬，直流可以從 24V 到 120V，交流可以從48V 到 230V。被測模擬量的精度是所設(shè)定的積分時間的正函數(shù)，也即積分時間越長，被測值的精度越高。1000MV 以內(nèi)的小電壓信號，由于電阻和熱電偶信號均屬于這個范圍，所以 “A”位置適用于它們。5V， 1～ 5V 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢。10V 以內(nèi)的大電壓信號，如： 177。模擬量模塊都裝有量程模塊，調(diào)整量程塊的插入位置可改變模塊的硬件結(jié)構(gòu)。 SM331 模擬量輸入模塊主要由 A/D 轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。晶體管輸出方式的模塊，只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊，沒有反極性保護(hù)措施，輸出具有短路保護(hù)功能，使用于驅(qū)動電磁閥和直流接觸器。數(shù)字量輸入模塊 SM321 有直流 16 點(diǎn)輸入、直流 32 點(diǎn)輸入、交流 16 點(diǎn)輸入、交流 8 點(diǎn)輸入四種型號模塊可供選擇。 I/O 單元的主要類型有：數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。通過 I/O 接口可以檢測被控 對象或被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為 PLC 對被控對象進(jìn)行控制的信息依據(jù)。另一個是位處理器，也 稱為布爾處理器，是一些廠家設(shè)計(jì)制造的專用芯片。 圖 41 S7300PLC 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 中央處理單元 CPU 同一般的微處理器一樣，中央處理單元是 PLC 的主要部分，是系統(tǒng)的核心。 S7300 系列 PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種單獨(dú)模塊之間可以 進(jìn)行廣泛組合和擴(kuò)展。當(dāng)水位繼續(xù)上升至超限水位時，則不論電網(wǎng)負(fù)荷若何，必須立即啟動水泵。當(dāng)某臺水泵或其所屬閥門故障或檢修時，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，同時該泵退出輪換，其余各泵仍按輪換工作制運(yùn)行，以達(dá)到均勻磨損的目的。 泵房內(nèi)的吸水小井與水倉相連 ,通過在吸水井設(shè)置水位傳感器 ,控制系統(tǒng)據(jù)此和其它參數(shù)合理調(diào)度水泵。 具有參數(shù)越限報(bào)警、故障報(bào)警以及自動保護(hù)等功能。 控制各泵輪流工作 ,使每臺磨損程度均等。如采用模擬量壓力表 ,可提高系統(tǒng)的可靠性 ,并可連續(xù)檢測壓力隨電動閥打開時的變化情況 ,為水泵效率及工況的測量提供條件。通過檢測水泵及吸水管的真空度可得知其充滿水否。 單臺水泵自動啟停的實(shí)現(xiàn) 單臺水泵自動啟動的過程為 :啟動抽真空系統(tǒng)、檢測真空度、啟泵、檢測水泵出水口壓力、打開水泵出水口電動閥。 故障復(fù)位：故障排除后，需將故障泵復(fù)位后才能重新投入使用，點(diǎn)擊操作界面上按鈕，跳出復(fù)位確認(rèn)對話框，點(diǎn)擊 按鈕，完成故障復(fù)位，對應(yīng)水泵機(jī)組重新投入使用。保護(hù)流程可參考監(jiān)控原理部分給出的流程圖。在平時當(dāng)水位超過上限時啟動水泵，谷時的時候判斷水倉里的蓄水需要多久能夠抽完，并將該時間與谷時結(jié)束前所剩時間進(jìn)行比較，滿足要求則啟動水泵，確保在谷時結(jié)束時將水位抽到最低，谷時結(jié)束后進(jìn)行蓄水。水泵分閘成功后，主排水管壓力降低，流量減小， 當(dāng)流量小于 50 立方米 /小時，系統(tǒng)水流顯示信息關(guān)閉，表示系統(tǒng)停止成 功。當(dāng)主排水泵開關(guān)合上后，