【正文】 PLC技術(shù)應(yīng)用方向） 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 20xx 年 9 月 19 日 設(shè)計(jì) （ 論 文） 開(kāi) 始日期 20xx 年 9 月 26 日 設(shè)計(jì) （ 論 文）完成日期 20xx 年 12 月 9 日 設(shè)計(jì) （ 論 文） 題 目： 平煤首山一礦井下中央水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) A 設(shè)計(jì)題 目： 平煤首山一礦井下中央水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān)題 （ 論 文） 題 目： 平煤首山一礦井下中央水泵控制系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 老 師 ： 曹留柱 答 辯 委 員會(huì) 根據(jù) 學(xué) 生提交的 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論 文）材料，根據(jù) 學(xué) 生答 辯 情 況 ，經(jīng) 答 辯 委 員會(huì)討論評(píng) 定， 給 予 學(xué) 生 梁占營(yíng) 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論 文）成 績(jī)?yōu)? 。 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)覆蓋了全礦的生產(chǎn)過(guò)程，使用 WEB 瀏覽功能或安裝客戶端軟件可以使上級(jí)主管部門(mén)及時(shí)了解安全生產(chǎn)情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)察，及時(shí)處理 生 產(chǎn)過(guò)程中的不安全因素 生產(chǎn)過(guò)程。礦井正常涌水量 ；最大涌水量。 設(shè)計(jì)礦井年工作日 300d,每天 4 班作業(yè) ,每天凈提升 14h。中央泵 房有 5 臺(tái)排水泵組成，采用降壓?jiǎn)?dòng)方式，目前大部分關(guān)鍵閥門(mén)為電動(dòng)控制，但沒(méi)有形成自動(dòng)化控制，基本情況如下： 設(shè)備名稱(chēng) 基本情況 數(shù)量 說(shuō)明 水泵 ，電機(jī) 10KV，功率 1400KW，南陽(yáng)防爆電機(jī)廠 5 電抗器降 壓?jiǎn)?dòng) 閥門(mén) 電動(dòng) /手動(dòng)兩用閥門(mén)。根據(jù)首山水泵的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括： 為每臺(tái)水泵的出水和管網(wǎng)閥門(mén)增加一控制箱，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的電動(dòng)運(yùn)行 為每 臺(tái)水泵增加一就地控制箱，采用遠(yuǎn)程 I/O，實(shí)現(xiàn)壓力、溫度、流量等的采集，并實(shí)現(xiàn)水泵啟停、電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)閉等操作，同時(shí)具備手動(dòng)操作按鈕。 如下圖所示： 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 5 水 泵 結(jié)構(gòu)示意圖 1） 葉輪是離心泵的核心部分，它轉(zhuǎn)速高輸出力大，葉輪上的葉片又起到主要作用，葉輪在裝配前要通過(guò)靜平衡實(shí)驗(yàn)。 3） 泵軸的作用是借聯(lián)軸器和電 動(dòng)機(jī)相連接，將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距傳給葉輪，所以它是傳遞機(jī)械能的主要部件。葉輪進(jìn)口與泵殼間的間 隙過(guò)大會(huì)造成泵內(nèi)高壓區(qū)的水經(jīng)此間隙流向低壓區(qū)，影響泵的出水量，效率降低！間隙過(guò)小會(huì)造成葉輪與泵殼摩擦產(chǎn)生磨損。始終保持水泵內(nèi)的真空！當(dāng)泵軸與填料摩擦產(chǎn)生熱量就要靠水封管住水到水封圈內(nèi)使填料冷卻！保持水泵的正 常運(yùn)行。 2） 按工作壓力來(lái)分類(lèi)低壓泵：壓力低于 100 米水柱； 中壓泵：壓力在 100~650 米水柱之間； 高壓泵：壓力高于 650 米水柱。 導(dǎo)葉泵：水從葉輪出來(lái)后，進(jìn)入它外面設(shè)置的導(dǎo)葉，之后進(jìn)入下一級(jí)或流入出口管。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn) 變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場(chǎng)所。 PLC 是通過(guò)工業(yè)以態(tài)網(wǎng)和西門(mén)子公司的 OPC 軟件與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器連接的，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和客戶端是由工業(yè)以態(tài)網(wǎng)連接的。客戶端能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)水泵的運(yùn)行參數(shù)以及控制水泵的起停。 采用上述的 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)集散控制可以避免繁瑣的硬件電路連接，即可以節(jié)省成本有可以節(jié)省人力資源，而且還提高了系統(tǒng)的可靠性，精確性。以下是該系統(tǒng)部分用戶程序。 對(duì)于某一模塊，只能將輸入端同時(shí)設(shè)置為一種量程和格式，即相同的輸入量程和分辨率。 177。100mV 177。 EM235 開(kāi)關(guān) 單 /雙極性選擇 增益選擇 衰減選擇 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON 單極性 OFF 雙極性 OFF OFF X1 OFF ON X10 ON OFF X100 ON ON 無(wú)效 ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ON 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 11 表 由表 ， DIP開(kāi)關(guān) SW6決定模擬量輸入的單雙極性，當(dāng) SW6為 ON時(shí)， 模擬量輸入為單極性輸入， SW6 為 OFF 時(shí)，模擬量輸入為雙極性輸入。 1. 輸入校準(zhǔn) 模擬量輸入模塊使用前 應(yīng)進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0 到 50mV OFF ON OFF ON OFF ON 0 到 100mV 25μV ON OFF OFF OFF ON ON 0 到 500mV 125uA OFF ON OFF OFF ON ON 0 到 1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 5V ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 20mA 5μA OFF ON OFF OFF OFF ON 0 到 10V 雙極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF OFF 177。250mV 125μV OFF ON OFF OFF ON OFF 177。5V OFF OFF ON OFF OFF OFF 177。 6）必要時(shí)，重復(fù)偏置和增益校準(zhǔn)過(guò)程。在雙極性格式中， 4 個(gè)連續(xù)的 0 使得模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器每變化 1 個(gè)單位，數(shù)據(jù)字則以 16 為單位變化。例如： AIW0， AIW2， AIW4…… 、 AQW0， AQW2…… 。 根據(jù)該方程 式，可以方便地根據(jù) D 值計(jì)算出 A 值。 模擬量值和 A/D 轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換理解起來(lái)比較困難，該段多讀幾遍，結(jié)合所舉例子，就會(huì)理解。 執(zhí)行部分 （ 1）執(zhí)行部分包括排水閥、配水閥、電磁閥、真空設(shè)備等。觸摸屏上以圖形方式顯示水泵系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)并提供觸摸式按鍵操作。 關(guān)泵工作過(guò)程：關(guān)閉單臺(tái)水泵工作順序?yàn)椋菏紫汝P(guān)閉電動(dòng)閘閥，等其關(guān)到位之后再將高壓開(kāi)關(guān)柜分閘即停止水泵。 就地運(yùn)行方式為水泵檢修狀態(tài)，此時(shí)調(diào)度中心只有監(jiān)測(cè)功能 ；自動(dòng)運(yùn)行方式為水泵全自動(dòng)運(yùn)行方式，不需要人進(jìn)行參與水泵的控制運(yùn)行，水泵系統(tǒng)按照預(yù)定的程序進(jìn)行啟動(dòng)停止，此時(shí)調(diào)度中心只有監(jiān)測(cè)功能；半自動(dòng)運(yùn)行需要人參與系統(tǒng)運(yùn)行，可以分別啟動(dòng)單臺(tái)水泵的起停 . 遠(yuǎn)程控制方式 遠(yuǎn)程控制可以根據(jù)工況設(shè)定，以及時(shí)間、水位、煤礦用電負(fù)荷等參數(shù)自動(dòng)開(kāi)啟、停止水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)運(yùn)行中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。就地手動(dòng)控制各設(shè)備工作方式打到就地位置時(shí)，可直接在開(kāi)關(guān)柜上人工手動(dòng)控制。 統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中信息顯示說(shuō)明 點(diǎn)擊確定后系統(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)過(guò)程，首先抽真空啟動(dòng)，通過(guò)相應(yīng)的閥門(mén)狀態(tài)可以看出運(yùn)行情況 (注：閥門(mén)開(kāi)到位：紅色；閥門(mén)關(guān)到位：綠色；閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)程中：黃色 )，此時(shí)真 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 18 空度逐漸變大，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，啟動(dòng)水泵高壓開(kāi)關(guān)。 系統(tǒng)停止時(shí)，點(diǎn)擊系統(tǒng)停止按鈕，若彈出提示操作成功的窗口則主排水泵開(kāi)關(guān)打開(kāi)，電機(jī)斷電，然后短路電抗器分閘，此時(shí)水泵上旋轉(zhuǎn)的停止顯示，表示分閘成功。 全自動(dòng)控制主要由平時(shí)處理和谷時(shí)處理兩個(gè)部分組成。 3)故障保護(hù) 水泵啟動(dòng) /運(yùn)行 /停止過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)水泵的自動(dòng)停止，同時(shí)給出報(bào)警信息，提示故障類(lèi)型，為現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)提供依據(jù)。此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)將故障泵鎖定， 全自動(dòng)情況下退出全自動(dòng)啟動(dòng)選擇備選機(jī)組，半自動(dòng)操作無(wú)法啟動(dòng)，需在就地排查故障后，將水泵復(fù)位后，方可重新投入使用。系統(tǒng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)是建立在單臺(tái)水泵自動(dòng)啟停之上。 2 真空度的檢測(cè) 抽真空系統(tǒng)在工作時(shí) ,可使水泵和吸水管腔內(nèi)形成一定的真空度 ,真空 度的高低與其腔內(nèi)的水位有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系 ,真空度愈高 ,則水位愈高。 4 檢測(cè)出水口壓力 通過(guò)檢測(cè)設(shè)置于水泵出水口處壓力表壓力 ,可判斷水泵正常啟動(dòng)與運(yùn)行否。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 20 自動(dòng)控制的要求 井下中央泵房自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能如下： 根據(jù)水倉(cāng)水位等情況自動(dòng)控制排水泵啟停。如 :水泵流量、壓力、軸溫、電機(jī)溫 度、電機(jī)功率與工作電流等。 具有防水密閉門(mén)的自動(dòng)關(guān)閉和自動(dòng)控制功能。該部分程序是以每臺(tái)機(jī)組的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間作為判斷依據(jù)、每臺(tái)機(jī)組的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間是機(jī)組停止時(shí)刻時(shí)間值減去機(jī)組投入時(shí)刻時(shí)間數(shù)值，分別為 T1T5，將 5 臺(tái)機(jī)組的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行比較 ，數(shù)值最小者投入當(dāng)次運(yùn)行，依次循環(huán)下去。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 21 電價(jià)避峰填谷原理為：首先設(shè)定 4 個(gè)水位限值 H1H4，當(dāng)水位達(dá)到報(bào)警水位時(shí)，首先對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若處于用電谷 段或者平段時(shí)，可以立即啟動(dòng)，若處于用電峰段，則暫緩啟動(dòng)。 系統(tǒng)采用德國(guó) SIEMENS 的可編程控制器（帶觸摸屏）作為水泵主控制器，地面控制中心采用研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作上位機(jī)，系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)可編程、輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展、顯示操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，除能完成水泵的 單機(jī)控制外，可通過(guò)以太網(wǎng)接口與全礦綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)連接 ,由井上控制中心監(jiān)控所有被控設(shè)備 . 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 22 第 4 章 S7300PLC 的基本組成 本系統(tǒng)選用德國(guó)西門(mén)子公司的 SIMATIC S7300 系列 PLC 系統(tǒng)。除此之外，它自帶的 STEP7 編程軟件功能強(qiáng)大，使用方便，也使開(kāi)發(fā)過(guò)程變得簡(jiǎn)單快捷。一個(gè)為字處理器，多為 8 位或 16位微處理器。位處理器的采用，加快了 PLC 的掃描速度，使 PLC 能較好的滿足實(shí)時(shí)控制要求 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 23 輸入 /輸出部件 輸入 /輸出部件通常亦稱(chēng) I/O 單元或 I/O 模塊， PLC 通過(guò) I/O 單元與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)相聯(lián)系。外部設(shè)備傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而 PLC 中 CPU 處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 I/O 單元需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。輸入信號(hào)進(jìn)入模塊后，一般都經(jīng)過(guò)光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待 CPU 采樣。按輸出開(kāi)關(guān)器件的種類(lèi)不同又可分為：晶體管輸出方式、可 控硅輸出方式和繼電器輸出方式。 SM322 有 16 點(diǎn)晶體管輸出、 32 點(diǎn)晶體管輸出、 16 點(diǎn)可控硅輸出、 8 點(diǎn)晶體管輸出、 8 點(diǎn)可控硅輸出、 8 點(diǎn)繼電器輸出和 16 點(diǎn)繼電器輸出共七種型號(hào)輸出模塊可供選擇。 SM331 可選四檔積分：， ， 20ms， 100ms，相對(duì)應(yīng)的以位表示的精度為： 9， 12， 12， 14 位。 “B”位置適合測(cè)量 177