【正文】 16 第 3 章 井下中央水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)運(yùn)行方式 水泵系統(tǒng)運(yùn)行分為三種方式控制：就地控制方式、半自動運(yùn)行方式、自動運(yùn)行方式。就地控制柜安裝在泵房內(nèi)對應(yīng)的水泵附近，就地控制柜通過網(wǎng)絡(luò)電纜與 PLC 排水集中控制柜相連，參與集中控制，構(gòu)成一個完整的排水自動控制系統(tǒng)。 具體舉一個實(shí)例，以 S7200 和 4—20mA 為例，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后，我們得到的數(shù)值是6400—32020，即 A0＝ 4， Am＝ 20， D0＝ 6400， Dm＝ 32020，代入公式，得出： A＝（ D－ 6400） （ 20－ 4）／（ 32020－ 6400）＋ 4 假設(shè)該模擬量與 AIW0 對應(yīng)，則當(dāng) AIW0 的值為 12800 時，相應(yīng)的模擬電信號是640016／ 25600＋ 4＝ 8mA。 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 ） 13 模擬量擴(kuò)展模塊的尋址 每個模擬量擴(kuò)展模塊，按擴(kuò)展模塊的先后順序進(jìn)行排序，其中，模擬量根據(jù)輸入、輸出不同分別排序。 4）將一個滿刻度值信號接到輸入端子中的一個，讀出送到 CPU 的值。50mV 25μV OFF OFF ON ON OFF OFF 177。 根據(jù)上表 6 個 DIP 開關(guān)的功能進(jìn)行排列組合，所有的輸入設(shè)置如下表 表 6 個 DIP 開關(guān)決定了所有的輸入設(shè)置。500mV 177。 如上圖所示： 模擬量擴(kuò)展模塊接線圖及模塊設(shè)置 EM235 是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了 4 路模擬量輸入和 1 路模擬量輸出功能。 終端硬件配置 該系統(tǒng)的 PLC 硬件是 1 個主站和 5 和從站構(gòu)成的 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)，主站包括電源模塊、 CPU 模塊、數(shù) 字量 I/O 模塊、 A/D 模塊、通訊模塊和工業(yè)以態(tài)網(wǎng)模塊?？梢?，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和排出。 立式泵：泵軸位于垂直位置。 6） 填料函主要由填料，水封環(huán)，填料筒，填料壓蓋，水封管組成。 2） 泵體也稱泵殼，它是 水泵 的主體。常州蘭陵閥門 5 管路閥門 同上 5 高壓供電 無錫軍工隔爆型，電壓 10KV，有綜保，綜保為安華順城產(chǎn)品，具備通訊和四遙功能，型號 SDZBL6 5 低壓供電 低壓供電為 660V，浙江恒泰的產(chǎn)品，綜保也為 恒泰產(chǎn)品，具備通訊和四遙功能，型號為ZBK36。 采煤方法以走向長壁綜采一次采全高采煤法為主。 集成當(dāng)今先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息化、自動化和監(jiān)測監(jiān)控等技術(shù)，針對煤礦高危險、惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，通過系統(tǒng)優(yōu)化和創(chuàng)新，開發(fā)煤礦綜合自動化技術(shù)，在現(xiàn)場控制為主的局部控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上 ，實(shí)現(xiàn)以地面集中操作、分布控制為主的全過程控制。設(shè)計(jì)專題（畢業(yè)論文） 指 導(dǎo) 教 師 曹留柱 系（部）主 任 郭宗躍 2020 年 12 月 9 日 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論 文）答 辯 委 員會記錄 自動化 與信息工程 系 電氣自動化（ PLC 技術(shù)應(yīng)用方向） 專業(yè) ， 學(xué) 生 梁占營 于 2020 年 12 月 15 日 進(jìn) 行了 畢業(yè)設(shè) 計(jì) （ 論 文）答 辯 。井田內(nèi)可采及局部可采煤層 5 層，可采儲量 ，主采戊 910 及己 1617(含己 15)煤層為中厚及厚煤層，厚度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，具備了建設(shè)現(xiàn)代化大型高產(chǎn)高效礦井的資源條件。 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 ） 3 第 2 章 中央泵房自動化系統(tǒng) 水泵等部件的基本情況 首山一礦設(shè)計(jì)有兩個泵房，一為中央泵房，另一個為采區(qū)泵房，目前已經(jīng)建設(shè)的為中央泵房。 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。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)。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。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。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。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。5V 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。 2）接通 CPU 和模塊電源，使模塊穩(wěn)定 15 分鐘。 OFF ON OFF OFF OFF OFF 177。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。 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。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)。 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。 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。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。當(dāng)運(yùn)行 中水泵出現(xiàn)故障時，啟動下一臺水泵。 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。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。 檢測水泵及其電機(jī)的工作參數(shù)。 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。不論投入幾臺水泵，水位必須下降至低限水位方可停泵。 一般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)。 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。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。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。5V， 1～ 5V 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢。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)。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。 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。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。 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)某臺水泵或其所屬閥門故障或檢修時，系統(tǒng)發(fā)出警報，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。 具有參數(shù)越限報警、故障報警以及自動保護(hù)等功能。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。 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。保護(hù)流程可參考監(jiān)控原理部分給出的流程圖。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。此方式主要用于設(shè)備檢修時。若沒有關(guān)閉電動閘閥就將高壓開關(guān)柜分閘，則會發(fā)生水 錘現(xiàn)象，嚴(yán)重的會將管路中的逆止閥打壞，造成嚴(yán)重后果。 （ 2） PLC 就地控制柜由 S7300PLC 系統(tǒng)構(gòu)成，完成水泵自動開 /停所需的模擬量及狀態(tài)信號檢測并發(fā)出控制命令，控制各個相應(yīng)閥門及電機(jī)動作。將該方程式逆變換，得出函數(shù)關(guān)系 D＝ f（ A）可以表示為數(shù)學(xué)方程： D＝（ A－ A0） （ Dm－ D0）／（ Am－ A0）＋ D0。 3. EM235 輸出數(shù)據(jù)字格式 圖 表 給出了 12 位數(shù)據(jù)值在 CPU 的模擬量輸出字中的位置： 表 數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換器（ DAC）的 12 位讀數(shù)在其輸出格式中是左端對齊的，最高有效位是符號位， 0 表示正值。10V 5mV 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 ） 12 3）調(diào)節(jié) OFFSET（偏置）電位計(jì)，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。25mV OFF ON OFF ON OFF OFF 177。 SW4 和 SW5 決定輸入模擬量的增益選擇，而 SW1， SW2， SW3 共同決定了模擬量的衰減選擇。1V 177。 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 ） 8 模擬量檢測部分（傳感器）： 1)