【正文】 ????????????????????? 41 ???????????????????? 41 地址分配????? ??????????????? 43 水泵的自動開啟、運行、故障保護流行圖??????? 45 PLC 的程序設計?????????????????? 47 控制系統(tǒng)上位機的軟件設計??????????????? 50 設計要求????????????????????? 50 設計內(nèi)容????????????????????? 51 上位機與 PLC的通信???????????????? 51 監(jiān)控主界面? ??????????????????? 53 報警界面????????????????????? 55 第六章 如何使礦井主排水自動控制系統(tǒng)抗各種干擾…………………… 56 常見的各種干擾源?????????????????? 56 如何采取措施排除這些干擾??????????????? 56 第七 章 總結 ?????????????????????? 57 參考文獻 ??????????????????????? 58 致謝 ????????????????????????????? 59 翻 譯部分??????????????????????? ???? 60 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 1 頁 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，擔負著井下積水排 除的重要任務。 中 國 礦 業(yè) 大 學 本科生畢業(yè)設 計 姓 名： 梁海軍 學 號 ： 21056363 學 院： 應用技術學院 專 業(yè)： 電氣工程及自動化 設計題目： 礦井主排水自動控制系統(tǒng)設計 指導教師： 胡忠建 職 稱： 講師 2022 年 6 月 中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計任務書 學院 應用技術學院 專業(yè)年級 電氣 051 學生姓名 梁海軍 任務下達日期： 2022 年 1 月 15 日 畢業(yè)設計日期： 2022 年 3 月 5 日至 2022 年 6 月 10日 畢業(yè)設計題目：礦井主排水自動控制系統(tǒng) 畢業(yè)設計專題題目： 畢業(yè)設計主要內(nèi)容和要求： 1．掌握礦井水泵的工作原理和控制方法； 2．設計一種應用 PLC作為控制器的水泵自動排水系統(tǒng)； 3．掌握所用傳感器的工作原理及使用方法； 4．設計主排水泵自動監(jiān)控系統(tǒng)； 5．用 PLC語言編制控制系統(tǒng)軟件。然而，目前我國的井下排水系統(tǒng)仍由很多依靠傳統(tǒng)的人工操作方式。因此，井下排水就顯得尤為重要。其作 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 2 頁 用是防止井底沉積的煤泥和雜物吸入泵內(nèi)，導致水泵被堵塞或被磨損。 ③ 逆止閥 逆止閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥的上方，其作用是當水泵突然停止運轉(zhuǎn) (如突然停電 )時，或者在未關閉調(diào)節(jié)閘閥的情況下停泵時，能自 動關閉，切斷水流，使水泵不致受到水力沖擊而遭到損壞。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。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。 根據(jù)現(xiàn)場涌水量的不同，工人還要判斷同時投入幾臺水泵工作， 以便于既能及時排出積水，又能使泵站合理使用，避免過度頻繁的起停。而且，水泵房要時時有人值守，以便在發(fā)生異常情況時，及時報警檢修。 隨之， 一種新穎的礦井排水計算機自動控 制系統(tǒng)問世。如果從發(fā)射超聲波脈沖開始，到接受到反射波為止的這個時間間隔為已知，就可以求出分界面的位置，利用這種方法可以對液位進行測量。在一般使用條件下，它的測量誤差為 %? ，檢測液位的范圍為 210? ～ 410 m。傳感器采用四氟乙烯材料，可用于各種腐蝕性場合，多種輸出方式：可編程繼電器輸出、高精度 4～ 20mA電流輸出、 RS485數(shù)字通信輸出等方式 可供選擇。 一、 兩種液位傳感器的比較 投入式液位傳感器的特點在于 : ① 制造成本相對于超聲波液位傳感器較為低廉 : ② 量程比較小 (5 — 10米 )，但一般能滿足測量水倉水位的要求 : ③ 性能受到被檢測介質(zhì)物理性質(zhì) (如液體有固體沉積或粘稠 )的影響 ； ④ 測量工作不受空氣中的懸浮成分如粉塵、濃煙等的影響 相對而言，超聲波液位傳感器的特點在于 : ① 超聲波傳播會受到空氣中粉塵的影響 ； ② 超聲波水位傳感器的測量量程大 ； ③ 超聲波水位傳感器屬于非接觸式傳感器，性能不受被檢測介質(zhì)的影響 ； ④ 制造成本比較高 。所謂接觸式就是傳感器直接與被測物體接觸，這是測溫的基本形式。 （這樣的形式可以同時采集多路），還有一種就是單獨的一個 PT100 溫度傳感器（工作電源是 24VDC），產(chǎn)生一個 420mA的電流，然后再通過一個 420mA電流電路板把 420mA的電流變?yōu)?15V電壓 。 應變式壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。是目前理想的流體壓力測量儀表。 水泵流量檢測 置 水泵的流量與水泵出口的閘閥開度和出口壓力、電動機電流有直接的關系。但是結合煤礦井下排水過程的特點 :水泵的工作方式 (輪番啟動 )， 如果采用如圖 37 所示的安裝方式，也可以判 斷出每個水泵的流量，但是需要比較復雜的軟件設 圖 各個水泵分別安裝流 量 傳感器 計來實現(xiàn)。其原理圖如圖 38所示，它是由產(chǎn)生均勻磁場的系統(tǒng)、不導磁材料的管道以 及在管道橫截面上的導電電極組成。破壞了原來的測量條件。 量 計的要求 隨著工業(yè)生產(chǎn)技術的加強和進步，各種智能型電磁流量計已經(jīng)很容易的 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 15 頁 制造出 來，并應用于測量管道中導電液體的體積流量，如水、污水、泥漿、礦漿、酸、堿、鹽液體及食品槳液等。 水泵負壓檢測 NSK型負壓傳感器采用先進的靜電焊接技術形成穩(wěn)定的參考腔，可以用來測量小于大氣壓的壓力和真空度，廣泛用于石油、化工、冶金、制藥冷凍、真空儀表等自動化行業(yè)。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算 ， 順序控制 、定時 、 計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC 具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應惡劣工業(yè)環(huán)境而設計的計算機”。 5)功能強 PLC不僅具有條件控制、 定 時、計數(shù)、步進等控制功能，而且還能 完成A/D. D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控 等。 2. PLC的主要功能 PLC是應用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動 化 (FA) 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 19 頁 和計算機集成制 造系統(tǒng) (CIMS)內(nèi)占重要地位。 .比較 :大于、小于和等于。通常所說的 SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠程端也可以采用 PLC作現(xiàn)場 機。 PLC 的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按序號順序排列。 數(shù)據(jù) I/O 操作 數(shù)據(jù) I/O 操作也稱為 I/O 狀態(tài)刷新。當程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進入死循環(huán)時， “ 看門狗 ” 會發(fā)出超時報警信號，使程序重新開始執(zhí)行。 影響水位的因素主要來自兩方而 :一是水位計故障 (如遭受雜物撞擊 )， 二 是 水位信號受干擾 (如水波動較大 )。 三、 “ 避峰填谷 ” 所謂 “ 避峰填谷 ” ，是指調(diào)度水泵在用電的 “ 谷段 ” 和“平段”時間段工作，盡量避免在“峰段”啟動。 六、 通訊接口 PLC通過通訊接口和通訊協(xié)議，與觸摸屏進行全雙工通訊，將水泵機組的工作狀態(tài)與運行參數(shù)傳至觸摸屏，完成各數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示；同時，操作人員也可利用觸摸屏將操作指令傳至 PLC，控制水泵運行。 表 模擬量輸入通道統(tǒng)計表 模擬量輸入 通道數(shù) 水倉水位 1 水泵真空度 3 出水口壓力 3 排水管流量 3 水泵軸承溫度 3 電機溫度 3 電機電流 3 電機電壓 3 總計 22 表 42數(shù)字量輸入點數(shù)統(tǒng)計表 數(shù)字量輸入 點數(shù) 電動閘閥開 3 電動閘閥關 3 電動閘閥停 3 電動閘閥開到位 3 電動閘閥關到位 3 電動閘閥開過轉(zhuǎn)矩 3 電動閘閥關過轉(zhuǎn)矩 3 真空泵狀態(tài) 2 電機合閘 3 電機分閘 3 電機合閘到位 3 電機分閘到位 3 真空泵球閥開到位 2 真空泵球閥關到位 2 球閥開到位 9 球閥關到位 9 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 26 頁 故障復位 1 急停 1 操作方式選擇 3 真空泵射流管啟動方式選擇 1 總計 64 表 43數(shù)字量輸出點數(shù)統(tǒng)計表 數(shù)字量輸出 點數(shù) 真空泵球閥開 2 真空泵球閥關 2 排水泵球閥開 9 排水泵球閥關 9 電動閘閥開 3 電動閘閥關 3 電動閘閥開到位 3 電動閘閥關到位 3 電動閘閥開過轉(zhuǎn)矩 3 電動閘閥關過轉(zhuǎn)矩 3 真空泵電機開 3 真空泵電機關 3 水泵電機開 3 水泵電機關 3 警鈴 1 故障顯示燈 1 總計 54 考慮到前面的設計中 I/O 點數(shù)可能有疏漏，并考慮到 I/O 端的分組情況以及隔離與接地要 求，應在統(tǒng)計后得出的 I/O 總點數(shù)基礎上，增加 10％到15％的裕量。所以存儲器容量為 : ( 7410+ 655+ 26100)/1024= 工程實踐中，大多采用粗略估算，加大裕量，實際選型時參考此值采用就高不就低的原 則。 選用： CPU3152 DP處理器； PS307 電源模塊； ET200M 遠程控制單元； CP3422DP通信模塊； CP340 通信模塊； SM321 數(shù)字量輸入模塊； SM322 數(shù)字量輸出模塊； SM331 模擬量輸入模塊。它通過輸入裝置讀入外設的狀態(tài)，由用戶程序去處理，并根據(jù)結果通過輸出裝置去控制外設。同時 PLC又通過 I/O接口將處理結果送給被控設備或工業(yè)生產(chǎn)過程。位處理器的采用，加快了 PLC的掃描速度，使 PLC 能較好的滿足實時控制要求 二、輸入 /輸出部件 輸入 /輸出部件通常亦稱 I/O單元或 I/O模塊， PLC通過 I/O單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。除此之外，它自帶的 STEP7編程軟件功能強大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷 。最大配置 4個機架， 32 塊模塊。作為一般應用下的一種經(jīng)驗公式是： 存儲器容量 ( ) ( 1. 1 ~ 1. 25 ) ( 10 5 / 10 0) / 10 24K B D I D O AI O? ? ? ? ? ? ? 其中： DI為數(shù)字量輸入總點數(shù)； DO為數(shù)字量輸出總點數(shù)； AI/O為模擬量 I/O通道總數(shù) 。系統(tǒng)可隨時轉(zhuǎn)換為自動和半自動工作方式運行。 五、 動態(tài)顯示 動態(tài)模擬顯示選用西門子公司的 ET200M（觸摸屏），系統(tǒng)通過圖形動 態(tài)顯示水泵、真空泵、電動閘閥和電動球閥的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警。 PLC 所采用的A/D 模塊均以積分方式變換，可使輸入信號的尖峰噪音和感應噪聲平均化，適用于噪音嚴重的工業(yè)場所。模擬量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水倉水位、電機工作電流、水泵軸溫、電機溫度、 3 臺水泵的流量 、 水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力；數(shù)字量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水泵高壓啟動柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動閘閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、電動球閥狀態(tài)。 執(zhí)行用戶程序操作 在程序執(zhí)行前復位監(jiān)控定時器 T1，即執(zhí)行程序并開始計時。此后，將監(jiān)控定時器 T0 復位，允許掃描用戶程序。 與其它計算機系統(tǒng)一樣， PLC 的 CPU 是采用分時操作的原理，每一時刻執(zhí)行一個操作，隨著時間的延伸一個動作接一個動作順序地進行。 通信接口或通信處理器按標準的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程 序 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計