【正文】 .................................................... 23 主排水自控系統(tǒng)主要設(shè)備選型 .................................................................... 23 主要硬件選型 ................................................................................... 23 PLC 的選型 ..................................................................................... 24 各模塊地址分配 ......................................................................................... 28 排水自動控制系統(tǒng)硬件連接 ........................................................................ 31 小結(jié) .......................................................................................................... 37 4 自動控制系統(tǒng)的程序設(shè)計 ...................................................................................... 1 主程序的編程 ............................................................................................... 1 水位判斷 ...................................................................................................... 3 水泵輪換工作 .............................................................................................. 4 6 模擬量采集 ................................................................................................. 6 避峰就谷原則 .............................................................................................. 8 自動控制 ................................................................................................... 10 小結(jié) ........................................................................................................... 11 5 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計 .............................................................................. 12 PLC 控制系統(tǒng)的干擾因素 ........................................................................... 12 電源引入的干擾 ................................................................................ 12 I/0 信號線引入的干擾 ....................................................................... 12 接地線引入的干擾 ............................................................................ 12 PLC 控制系統(tǒng)的抗干擾措施 ....................................................................... 13 電源系統(tǒng)的抗干擾措施 ..................................................................... 13 I/0 通道的抗干擾措施 ....................................................................... 13 小結(jié) .......................................................................................................... 13 總 結(jié) .................................................................................................................... 14 7 1 緒論 煤礦井下排水重要性 礦井水的來源 礦井水的形成一般是由于巷道揭露和采空區(qū)塌陷波及到水源所致，其水源主要是含水層水、采空區(qū)老塘水、地表水、大氣降水和斷層水。 設(shè)計了自動和手動控制兩種控制模式，可以根據(jù)不同情況選擇控制方式。因?yàn)榉e水受環(huán)境的影響比較大，所以排水泵的運(yùn)行數(shù)量也要做相對的變化。本論文屬于原創(chuàng)。 指導(dǎo)教師簽字： 2 鄭 重 聲 明 本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。本畢業(yè)設(shè)計的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。 現(xiàn)在以微處理器為核心的可編程控制器 (PLC)已逐步取代了繼電器控制，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的自動控制領(lǐng)域。自動模式下，實(shí)時測量水倉的水位，根據(jù)水位的變化和水倉水位變化速度，并充分考慮“避峰就谷”的原則，自動決定開啟水泵的時間和臺數(shù)，保證安全的基礎(chǔ)上，盡可能降低電力消耗成本，來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的煤礦生產(chǎn)。 ⑴ 含水層水： 絕大多數(shù)的情況下 ,大氣降水和地表水被添加到含水層 ,然后流入礦井中。 ⑶ 地表水： 地表水包括 河流、湖泊、池塘、水庫等。礦井水量變化與氣候息息相關(guān)，但是涌水量高峰出現(xiàn)的時間往往有些滯后，而且隨深度的增加滯后的時間更長。所以在有多層不同的水質(zhì)、水量的含水層地區(qū)，需要分層開采地下水，隔水層厚度和位置必須確定。如果礦井水不能夠及時排放， 將不可避免地導(dǎo)致水災(zāi)，導(dǎo)致設(shè)備損壞、人員傷亡，對礦井帶來災(zāi)難性的后果。這也證明了計算機(jī)對水泵的控制和礦井監(jiān)控組成的礦井排水控制系統(tǒng)是一種可行的方法。俄羅斯科學(xué)副博士 主要類型的離心泵的能耗估算方法，以及離心泵工況點(diǎn)經(jīng)修正后的能耗估算方法。 井水質(zhì)量對排水設(shè)備的影響、管道的維護(hù)和清理也是一個需要長期研究的問題。因此排除酸性礦井廢水和有害元素的技術(shù)是國外學(xué)者研究礦山排水竭力解決的問題。 他們將排水設(shè)備的自動化的內(nèi)容列入了礦山整體水資源管理的規(guī)劃之中，將所有的控制信息集中給中心控制室來進(jìn)行統(tǒng)一控制。 “避峰填谷 ”的原則啟停水泵。然后分別介紹了煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究狀況，最后根據(jù)目前煤礦排水系統(tǒng)所面臨的的問題，提出本文研究的主要內(nèi)容。 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展 20 世紀(jì) 20 年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸電按照一定的邏輯關(guān)系 連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)。國外工業(yè)界在 1980年正式將其命名為可編程控制器，簡稱 PC。 PLC 專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，采用典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要與 CPU、電源、儲存器和專門設(shè)計的輸入 /輸出接口電路等組成。 二 、存儲器 PLC 的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩個部分。用戶程序存儲器來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的 PLC 編程語言編寫的應(yīng)用程序。輸入 /輸出接口單元可以分為兩個部分：一部分是與被控設(shè)備 相連的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。這個過程主要分為三個階段即，輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段 ，這三個階段是 PLC 工作過程的中心內(nèi)容，也是 PLC 工作原 13 理的實(shí)質(zhì)所在。 二、 程序執(zhí)行階段 進(jìn)入到程序執(zhí)行階段后，一般來說， PLC 按從左到右的、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。 PLC 的 功能特點(diǎn) 一． PLC 鮮明的特點(diǎn) ，可靠性高 針對工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境因素，為提高抗干擾能力， PLC 在硬件和軟件方面都采取了許多措施。對于需要擴(kuò)展的系統(tǒng)只要選好擴(kuò)展模塊，進(jìn)過簡單的連接即可。 ，易于使用 PLC 是面向底層用戶的智能控制器，因此其最初的目的就是取代繼電器邏輯，所以在 PLC 誕生之時，其設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，其編程語言采用可和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中電氣原理圖類似的梯形圖語言。 、施工和調(diào)試的周期短 采用 PLC 控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已經(jīng)商 16 品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作 也可以在 PLC 到貨前進(jìn)行，因而縮減了設(shè)計周期。 二． S7200 的幾個特性 1)定義掉電保護(hù) S7200 PLC 允許用戶定義掉電保護(hù)區(qū)的地址范圍，這些元件包括： V、M、 C、 T。 2)立即讀寫 I/O S7200 PLC 提供有立即讀寫物理 I/O 點(diǎn)的指令，使用這些指令可以直接訪問真正的輸入 /輸出點(diǎn)，而不必使用映像寄存器作為源地址和目的地址來訪問I/O。當(dāng)一個輸入點(diǎn)設(shè)置了脈沖捕捉功能后，輸入點(diǎn)的狀態(tài)變化被鎖存并一直保持到下一個掃描采樣階段，這就保證了一個持續(xù)時間很短的脈沖 信號能被捕捉到。 6)高速 I/O S7200 PLC 具有集成的高速計數(shù)功能，它能夠?qū)ν獠扛咚偈录嫈?shù)而不影響 CPU 的性能。 主排水控制系統(tǒng) 排水系統(tǒng)原理 在手動控制排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，使排水系統(tǒng)具備手動和自動兩種控制方式，達(dá)到智能工作的目的。 具體來說，系統(tǒng)具有以下功能： 。 ，如高水位警報和其他故障警報。 19 網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器上位機(jī) 打印機(jī)交換機(jī)光端機(jī) 光端機(jī)光纖接線盒光纖接線盒PLC 控制箱 顯示操作臺三個防爆攝像儀水泵及相關(guān)聯(lián)設(shè)備地面礦井8 芯光纜控制層現(xiàn)場層管理層 圖 井下主排水系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示，管理層中網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器與井下的防爆攝像儀通過以太網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)對中央住水泵房工作情況的實(shí)時監(jiān)控。顯示操作臺由開關(guān)按鈕。 20 圖 離心式水泵工作系統(tǒng)圖 1水倉； 2水泵； 3電動閘閥； 4逆止閥； 5射流泵電磁閥； 6靜止水管； 7電機(jī)啟動開關(guān)； 8電動機(jī)； 9射流泵 射流泵的工作原理 引水設(shè)備一般為真空泵或射流泵。 21 圖 射流泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1噴 嘴； 2吸入室； 3混合管； 4擴(kuò)散管； 5吸水管； 6壓出管 射流泵的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低 工作可靠，無泄漏，無磨損，維護(hù)方便 可綜合利用，兼作反應(yīng)器、混合器等 能量轉(zhuǎn)換效率較低 射流泵具有結(jié)構(gòu)簡單、占地少、安裝容易、工作可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種常用的引水設(shè)備，適合井下排水設(shè)備使用。 22 停機(jī)過程 在水泵的作用下水倉的水位逐漸下降，當(dāng)水位低于安全水平時，需要先關(guān)閉排水管的電動閘閥，然后再關(guān)閉逆止閥，防止排水管中的水倒流到水倉內(nèi)，然后關(guān)閉水泵電機(jī) ，使其停止工作。此外吸水管采用無底閥設(shè)計，在泵啟動前使用真空泵把水泵排水腔和吸入管道中的氣體抽空，使得水泵葉輪能夠完全浸沒在水中，達(dá)到良好的排水。 PLC 的選型 根據(jù)煤礦安全監(jiān)管法規(guī)，礦用水泵必須有三 種工作方式即工作、備用和檢修。數(shù)字輸出 信號包括控制水泵起停信號、故障指示信號、水泵操作指令、控制排水閘閥和電磁閥開關(guān)的信號等。 28 各模塊地址分配 PLC 的 I