【正文】 傳感器與信號調(diào)理電路組成。（＋│t│），B級177。12VDC電源提供工作電壓）直接把采集到的電阻變?yōu)?5VDC輸入到PLC，經(jīng)過簡單的計算就可以得到相應(yīng)的溫度值。通過比較，宜選擇接觸式溫度傳感器測量溫度比較合適。溫度傳感器一般分為接觸式與非接觸式兩大類。在水位檢測裝置的選擇上，至少選擇兩個水位傳感器來提高水位檢測裝置的可靠性。兩種液位傳感器的比較 投入式液位傳感器的特點在于: : (5 —10米)，但一般能滿足測量水倉水位的要求: (如液體有固體沉積或粘稠)的影響； 、濃煙等的影響 相對而言，超聲波液位傳感器的特點在于: ； ； ，性能不受被檢測介質(zhì)的影響； 。其示意圖如圖43所示。系統(tǒng)采用超聲波液位計，在測量中脈沖超聲波由傳感器（換能器）發(fā)出，聲波經(jīng)物體表面反射后被同一傳感器接收，轉(zhuǎn)換成電信號。圖42 超聲波液位計安裝示意圖對于單換能器來說，超聲波從發(fā)射器到液面，又從液面反射到換能器的時間為： （式41）則 （式42）式中： h —換能器距液面的距離； c —超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。根據(jù)發(fā)射和接受換能器的功能，傳感器又可分為單換能器和雙換能器。主要設(shè)計出的該系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)自動采集與檢測、自動輪換工作、“避峰填谷”、系統(tǒng)保護功能、自動、半自動和手動檢修3種工作方式等功能進行原理敘述，完成PLC的選型工作?？紤]裕量后的I/O總點數(shù)即為I/O點數(shù)估計值。設(shè)計所選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊、各種智能模塊的總消耗功率之和，有時甚至還要考慮某些執(zhí)行單元的功率，并且要留有30％左右的裕量。它是S7300系列中唯一帶現(xiàn)場總線(PROFIBUS) SINEC L2DP接口的CPU模塊。圖32 排水控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖經(jīng)過粗略計算，需要數(shù)字量輸入64點，數(shù)字量輸出54點，模擬量輸入通道21路，其具體分配見表31，32，33。自動時，由PLC檢測水位、壓力及有關(guān)信號，自動完成各泵組運行，不需人工參與；半自動工作方式時，由工作人員選擇某臺或幾臺泵組投入，PLC自動完成已選泵組的啟停和監(jiān)控工作；手動檢修方式為故障檢修和手動試車時使用，當(dāng)某臺水泵及其附屬設(shè)備發(fā)生故障時，該泵組將自動退出運行，不影響其它泵組正常運。流量保護：當(dāng)水泵啟動后或正常運行時，如流量達不到正常值，通過流量保護裝置使本臺水泵停車，自動轉(zhuǎn)換為啟動另一臺水泵。為了防止因備用泵及其電氣設(shè)備或備用管路長期不用而使電機和電氣設(shè)備受潮或其他故障未經(jīng)及時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時，而不能及時投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設(shè)計了3臺泵和2條管路自動輪換工作控制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運行時間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動記錄并累計，系統(tǒng)根據(jù)這些運行參數(shù)按一定順序自動啟停水泵和相應(yīng)管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻，當(dāng)某臺泵或所屬閥門故障、某趟管路漏水時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警，并在觸摸屏上動態(tài)閃爍顯示，記錄事故，同時將故障泵或管路自動退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動輪換工作，以達到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理，以免影響礦井安全生產(chǎn)的目的。 在數(shù)據(jù)采集過程中，模擬量信號的處理是將模擬信號變換成數(shù)字信號（A/D轉(zhuǎn)換），其變換速度由采樣定律確定。數(shù)據(jù)自動采集主要由PLC實現(xiàn)，PLC模擬量輸入模塊通過傳感器連續(xù)檢測水倉水位，將水位變化信號進行轉(zhuǎn)換處理，計算出單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，控制排水泵的啟停。外設(shè)請求一般不會影響系統(tǒng)正常工作，而且可能更有利于系統(tǒng)的控制和管理。監(jiān)控定時器T1就是通常所說的“看門狗”，它是用來監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常的，正常時，執(zhí)行完用戶程序所用的時間不會超過T1的設(shè)定值，執(zhí)行完用戶程序后立即使“看門狗”復(fù)位，表示程序執(zhí)行正常。當(dāng)CPU采樣時輸入信號由緩沖區(qū)進入映像區(qū)，這就是數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)刷新；同樣道理，CPU不能直接驅(qū)動負(fù)載。PLC的基本工作過程為：31 PLC工作原理示意圖公共操作公共操作是在每次掃描程序前進行自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了故障燈外，還可判斷故障性質(zhì)：一般性故障，只報警不停機，等待處理；嚴(yán)重故障，則停止運行用戶程序，此時PLC切斷一切輸出聯(lián)系。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述的掃描循環(huán)的。這種分時操作進程稱為CPU對程序的掃描。（6）編程、調(diào)試等使用復(fù)雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進行編程、調(diào)試、監(jiān)視、試驗和記錄，并通過打印機打印出程序文件。在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。（3）輸入/輸出接口調(diào)理功能具有A/D. D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)精度，可以根據(jù)用戶要求選擇。2）擴展算術(shù):平方根、三角函數(shù)和浮點運算。定時控制:它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設(shè)定:接通延時、關(guān)斷延時和定時脈沖等方式。因此，PLC在機電一體化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用?？捎糜诂F(xiàn)場控制，也可用于遠距離控制。接線極其簡單、工作量極少。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與匯編語言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)機電控制設(shè)備來說，PLC的控制速度還是足夠快的。因此，要求在各種惡劣工作環(huán)境和條件(如電磁干擾、灰塵等)下可靠工作，將故障率降至最低。而PLC是通過在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 PLC的主要特點PLC（ Programmable Logic Controller），即可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。當(dāng)排水管路出口的壓力到達預(yù)定值時，開啟排水閥14，進行排水。水位在水泵的作用下逐漸下降，直到達到需要關(guān)閉水泵的水平，即水位下降到安全水位以下，這時要先關(guān)閉排水管的電動閘閥，再關(guān)閉逆止閥，防止排水管中井水倒流，隨后關(guān)閉水泵電機，使其停止工作。在射流泵的作用下，水泵入口處的真空度會增加，配水井中的水會在大氣壓的作用下注入離心泵的腔體直至注滿，當(dāng)水泵入口處的真空度達到要求后（水泵入口處的真空度增加到一定的數(shù)值時不在會繼續(xù)增加），接通水泵機組中的電動機觸點來開啟水泵。射流泵的工作原理是水射流時的“虹吸現(xiàn)象”。這種泵通常在分子流狀態(tài)下工作。 5）動量傳輸泵 它依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動量傳輸給氣體或氣體分子，使氣體連續(xù)不斷地從泵的入口傳輸?shù)匠隹凇?)干式真空泵 它是一種泵內(nèi)不用油類(或液體)密封的變?nèi)菡婵毡?。它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑閥式真空泵、余擺線真空泵等。又稱為活塞式空泵。機械真空泵按其工作原理及結(jié)構(gòu)特點分述如下： 它是利用泵腔容積的周期變化來完成吸氣和排氣以達到抽氣目的的真空泵。極限壓力(極限真空)從粗真空到1012Pa以上的超高真空范圍。球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質(zhì)的流動方向。真空泵和射流泵中所用到的閥門都是球閥。水泵房排水設(shè)備一般安置在水井液面以上，所以水泵啟動前的灌水一般采用吸入式。 MPa(一個大氣壓)。壓力表所測出的壓力叫做表壓力或相對壓力，它比絕對壓力小1個大氣壓。此外，還可通過旁通管，利用排水管中的壓力水的反沖作用，沖掉積存于水泵流通部分和附著于濾水器上的雜物，但此時須通過連接在底閥上的鐵絲或鏈條將底閥提起。逆止閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥的上方，其作用是當(dāng)水泵突然停止運轉(zhuǎn)(如突然停電)時，或者在未關(guān)閉調(diào)節(jié)閘閥的情況下停泵時，能自動關(guān)閉，切斷水流，使水泵不致受到水力沖擊而遭到損壞。其功用為:（1）調(diào)節(jié)水泵的流量和揚程；（2）起動時將它完全關(guān)閉，以降低起動電流。當(dāng)閥門部分開啟時，在閘板背面產(chǎn)生渦流，易引起閘板的侵蝕和震動，也易損壞閥座密封面，修理困難。其作用是防止井底沉積的煤泥和雜物吸入泵內(nèi)，導(dǎo)致水泵被堵塞或被磨損。 2 煤礦井下排水系統(tǒng)組成概況井下排水系統(tǒng)一般采用離心式水泵，一些小型煤礦或淺水井臨時排水系統(tǒng)也采用潛水泵。自動累加水泵的排水時間和排水次數(shù)。確保閘閥關(guān)閉到位,水泵關(guān)閉完畢。煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)是以單個水泵的自動運作為基礎(chǔ)的,每個水泵在啟動前, PLC模塊先啟動抽真空系統(tǒng),檢測真空度。 隨著我國頒布分時繳納電費的辦法后，煤礦排水的經(jīng)濟效益也尤為突出。對世界礦井排水中的環(huán)境研究作出了巨大的貢獻。它不僅關(guān)乎到整個排水系統(tǒng)的正常運行，更影響井下設(shè)備和工作人員的安全。本觀點避開水泵、管道和用電效率等因素，單從用電時段來考慮，強調(diào)煤礦井下排水應(yīng)避開用電高峰，盡量在用電低谷把井下的水排凈，稱為煤礦排水的“避峰填谷”技術(shù)。隨后幾年，根據(jù)煤礦井下排水系統(tǒng)消耗電能大的特點，國內(nèi)研究人員分別從離心式水泵，排水管路，電動機三個方面提出了對井下排水系統(tǒng)的節(jié)能改造。目前國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在煤礦井下排水系統(tǒng)控制的研究中取得了很多成就。在煤礦地下開采過程中，由于地層中含水的涌出，雨水和江河水的滲透，水砂充填和水利采煤礦井的井下供水，將更有大量的水晝夜不停地匯集于井下。（2）天然形成的涌水通道有： 1）孔隙、裂隙——各種巖層中的節(jié)理、層理成為涌水通道。礦井涌水通道可分為人為形成的通道和天然形成的通道兩種。 3）老空積水。含水層水一般都具有很高的壓力，特別是當(dāng)它與地面水源相通時，對礦井安全生產(chǎn)的影響較大。所以研究地下水的水量分布、補給條件、動態(tài)變化規(guī)律等，對分析礦井涌水極為重要。 2）地表水。1）大氣降水。產(chǎn)生礦井涌水的兩個必備條件是礦井水源和涌水通道。大量的礦水威脅到礦井生產(chǎn)的正常運行，突發(fā)時甚至?xí)斐晒ぷ魅藛T的傷亡。地表水源主要指大氣降水和地表水。雨季礦井涌水量增大，旱季則相反。地下水是礦井水最經(jīng)常、最主要的水源，而大氣降水和地表水也是一般先補給地下水，然后再流入礦井。當(dāng)掘進巷道揭露含水層或回采工作面放頂后所形成的冒落裂隙與這些含水層相通時，含水層水就涌入礦井。特別是當(dāng)導(dǎo)水?dāng)鄬优c強含水層或積水體相通時，如發(fā)生斷層突水，就會形成水災(zāi)。煤礦生產(chǎn)過程中，如水采、除塵、煤體注水、防火注漿、水砂充填等，都要大量用水，如管理不善、排水不暢也可能引起水災(zāi)事故。3）封孔質(zhì)量差的鉆孔——打孔后封孔不嚴(yán)，鉆孔成為各類含水層的涌水通道。井下排水系統(tǒng)的任務(wù)就是把通過各種途徑流入礦井的積水排送到地表。因此礦井主排水系統(tǒng)是保證礦井安全的關(guān)鍵設(shè)備之一，在煤礦安全生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用。這也驗證了以計算機進行單臺水泵的“水泵控制系統(tǒng)”改造和以礦井監(jiān)控為主的“礦井監(jiān)控系統(tǒng)”組成的“礦井排水自動控制系統(tǒng)”是一種可行的方法。隨著全國普及用電分時段計費后，國內(nèi)專家就煤礦用電問題提出了分時用電以降低煤礦井下排水的成本。酸性礦井排水及有害元素的影響對井下排水系統(tǒng)也是一項嚴(yán)峻的考驗。并公開發(fā)表了數(shù)百篇學(xué)術(shù)論文和幾部論文集和專著?，F(xiàn)泵房內(nèi)設(shè)備的運行與管理以及水倉水位的觀察，普遍采用人工操作方式，操作過程繁瑣、勞動強度大、水泵啟動時間長、自動化程度低、不適應(yīng)現(xiàn)代化礦井管理。因此，煤礦排水系統(tǒng)的節(jié)約用電也開始引起人們的注意。水泵運行過程中, PLC模塊又適時檢測水倉液位,當(dāng)水位低于液位下限值時則關(guān)閉水泵電動閘閥。當(dāng)兩臺水泵的運行時間相近且最少時,則啟動運行次數(shù)較少的水泵。本章簡述了煤礦井下水的形成和排水的重要性，目前該領(lǐng)域存在的問題，并介紹了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后對本課題所要做的主要內(nèi)容進行了簡單的概括。 圖21 離心式水泵工作系統(tǒng)濾水器安裝在吸水管的下端，插入吸水井下面， 。（如圖22）是指啟閉體(閥板)由閥桿帶動閥座密封面作升降運動的閥門，可接通或截斷流體的通道。 圖22閘閥結(jié)構(gòu)圖調(diào)節(jié)閘閥安裝在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止閥的下方。放水閘閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥上方的排水管路的放水管上，其作用為檢修排水管路時放水用。當(dāng)排水管中有存水時，也可通過旁通管向水泵和吸水管中灌引水，此時要將旁通管上的閥門打開。表殼的公稱直徑有60,100,150,200和250mm五種。表殼的公稱直徑和壓力表一樣，也分為60,100,150，200和250mm五種。它們的工作原理不同，但都能在系統(tǒng)中使水泵工作腔達到一定的真空度，保證系統(tǒng)正常工作。引水設(shè)備一般為真空泵或射流泵。當(dāng)球旋轉(zhuǎn)90度時，在進、出口處應(yīng)全部呈現(xiàn)球面，從而截斷流動。隨著真空應(yīng)用的發(fā)展，真空泵的種類已發(fā)展了很多種，其抽速從每秒零點幾升到每秒幾十萬、數(shù)百萬升。 凡是利用機械運動(轉(zhuǎn)動或滑動)以獲得真空的泵，稱為機械真空泵。 （1）往復(fù)式真空泵 利用泵腔內(nèi)活塞往復(fù)運動，將氣體吸入、壓縮并排出。這種泵通常帶有氣鎮(zhèn)裝置。工作液體通常為水或油，所以亦稱為水環(huán)式真空泵或油環(huán)式真空泵。轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子同泵殼內(nèi)壁之間均保持一定的間隙。 （2)渦輪分子泵 靠高速旋轉(zhuǎn)的動葉片和靜止的定葉片相互配合來實現(xiàn)抽氣的。射流泵結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，根據(jù)礦井的地下環(huán)境和條件，射流泵的應(yīng)用更為普遍。 ； 3. 擴散管； ； 圖24射流泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 首先監(jiān)測水倉水位，當(dāng)水倉水位到達設(shè)定的高水位時，接通控制射流泵的電磁閥的線圈，開啟射流泵，為離心式水泵進行注水。同時，關(guān)閉射流泵，停止為其引水。先不考慮避峰填谷機制的運用，當(dāng)排水系統(tǒng)需要排水時，即