【正文】 模擬輸入信號(hào)是指水泵出水口正壓、入水口負(fù)壓、水泵和電機(jī)的軸承溫度、排水道路的水流量、水倉(cāng)庫(kù)水位和水泵的開停狀態(tài)等信號(hào)。 啟動(dòng)過(guò)程 第一是監(jiān)測(cè)水倉(cāng)的水位，當(dāng)水倉(cāng)的水位達(dá)到設(shè)置的水位標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通過(guò)控制射 流泵的電磁閥線圈，打開噴射泵為離心式水泵注水。 ，根據(jù)不同時(shí)間電費(fèi)的不同結(jié)合礦井的用水量和用電負(fù)荷，合理調(diào)度水泵的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。 5)模擬電位器 模擬電位器位于 CPU 模塊的面板上，有些 CPU 有一個(gè)，有些有兩個(gè)，電位器的標(biāo)定范圍為 0~255。這種編程語(yǔ)言形象直觀，容易掌握，不需要專門計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的電氣和工藝知識(shí)的人員都可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)。 電 源 O N內(nèi) 部 處 理輸 入 處 理 （ 輸 入 傳 送 、 遠(yuǎn) 程 I / O ）通 信 服 務(wù) （ 外 設(shè) 、 C P U 、 總 線 服 務(wù) ）更 新 時(shí) 鐘 、 特 殊 寄 存 器C P U 運(yùn) 行 方 式執(zhí) 行 程 序輸 出 處 理執(zhí) 行 自 診 斷P L C 正 常 否 ？存 放 自 診 斷 錯(cuò) 誤 結(jié) 果致 命 錯(cuò) 誤C P U 強(qiáng) 制 為 S T O PYNNYR U NS T O P 圖 PLC 的運(yùn)行框圖 14 一、輸入采樣階段 PLC 在輸入采樣階段， 首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時(shí)輸入映像寄存器被刷新。 圖 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖 一 、中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集中在一個(gè)芯片內(nèi)。 設(shè)備運(yùn)行、保護(hù)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和傳送。并以北烏拉爾鋁土礦和斯塔哈諾夫煤炭生產(chǎn)聯(lián)合公司為例 ， 具體介紹了幾種工況點(diǎn)經(jīng)修正后的離心泵能耗估算情況。 ⑸ 斷層水：是指 由不透水巖層 ,切斷了的地下水。本文結(jié)合當(dāng)前控制技術(shù)， 設(shè)計(jì) 了自動(dòng)控制系統(tǒng)在礦井排水系統(tǒng)中的應(yīng)用。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。 ⑵ 采空區(qū)老塘水：古代和近期的采空區(qū)及廢棄巷道，由于長(zhǎng)期停止排水而使地下水聚集。國(guó)內(nèi)研究工作者主要是從安全性、可靠性和節(jié)能的角度來(lái)研究煤礦排水系統(tǒng)。 在許多發(fā)達(dá)國(guó)家，礦井排水已經(jīng)進(jìn)入系統(tǒng)管理的階段。 20 世紀(jì) 60 年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，人們?cè)?jīng)試圖利用小型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的要求，但由于價(jià)格昂貴、編程復(fù)雜等原因一直沒有大規(guī)模的推廣應(yīng)用。用戶存儲(chǔ)器的大小關(guān)系到用戶程序容量的大小，是反應(yīng) PLC 性能的重要指標(biāo)之一。 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件完成，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯器件和繁雜的連線軟件被軟件程序取代，所以 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性就大大提高。只有保持型定時(shí)器可以設(shè)為設(shè)為掉電保護(hù)的，對(duì)計(jì)數(shù)器和定時(shí)器來(lái)說(shuō)，只有當(dāng)前值可以保持，它們的位不能保持。而手動(dòng)控制則需要操作員根據(jù)要求，按照一定順序來(lái)進(jìn)行水泵及其相關(guān)設(shè)備的 開?？刂?。水泵相關(guān)聯(lián)設(shè)備主要包括各種傳感器和各種閥門。此外，主排水管路和副排水管路上都安裝了流量傳感器，正壓力傳感器安裝在每臺(tái)水泵的出水口處，負(fù)壓力傳感器安裝在水泵吸水口處來(lái)檢測(cè)水泵的真空度，1 水 泵 2 水 泵3 水 泵水 位 線水 倉(cāng)1 主排 水管2 副排 水管 2 電 動(dòng) 機(jī) 電 動(dòng) 機(jī)1 排水閘閥1 2 電 磁 閥3 4 5 6 電 磁 閥電 磁 閥排 空 管 道3 4 5 6 24 將溫度傳感器安裝在水泵和電機(jī)上來(lái)檢測(cè)電機(jī)軸承溫度和水泵軸承溫度。之后統(tǒng)計(jì)了系統(tǒng)輸入輸出的點(diǎn)數(shù)，根據(jù)點(diǎn)數(shù)選擇對(duì) PLC 模塊進(jìn)行類型并對(duì)各個(gè)模塊的端口進(jìn)行定義，最后給出系統(tǒng)硬件的接線圖，為系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。此外吸水管采用無(wú)底閥設(shè)計(jì)，在泵啟動(dòng)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。顯示操作臺(tái)由開關(guān)按鈕。 主排水控制系統(tǒng) 排水系統(tǒng)原理 在手動(dòng)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(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，達(dá)到智能工作的目的。 二． S7200 的幾個(gè)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。 PLC 的 功能特點(diǎn) 一． PLC 鮮明的特點(diǎn) ，可靠性高 針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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。用戶程序存儲(chǔ)器來(lái)存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù)用規(guī)定的 PLC 編程語(yǔ)言編寫的應(yīng)用程序。 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(shí)器、接觸器及其觸電按照一定的邏輯關(guān)系 連接起來(lái)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)。因此排除酸性礦井廢水和有害元素的技術(shù)是國(guó)外學(xué)者研究礦山排水竭力解決的問(wèn)題。如果礦井水不能夠及時(shí)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(duì)礦井帶來(lái)災(zāi)難性的后果。 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。所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。 設(shè)計(jì)了自動(dòng)和手動(dòng)控制兩種控制模式，可以根據(jù)不同情況選擇控制方式。因此存在的隔水層，使兩層不接觸水。俄羅斯教授波波夫、博士 波波夫教授 和 北烏拉爾鋁土礦生產(chǎn)聯(lián)合公司工程師沙爾塔諾夫 ， 在 2020 3500 kw 異步電動(dòng)機(jī)直接進(jìn)入電網(wǎng)全電壓起動(dòng)與礦井高揚(yáng)程水泵雙機(jī)拖動(dòng)的的比較，指出了 礦井排水高揚(yáng)程水泵采用雙電機(jī)拖動(dòng)具有 無(wú)可爭(zhēng)辯的優(yōu)越性。 小結(jié) 這一章先是介紹了煤礦井水災(zāi)的主要來(lái)源和水災(zāi)帶來(lái)的危害，明確礦井排水的重要性。 CPU 的主要任務(wù)是控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接受和存儲(chǔ)；用掃描的方式通過(guò) I/O 接口接受現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并 存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；診斷 PLC 內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等； PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算數(shù)運(yùn)算等；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀C P U存 儲(chǔ) 器電 源 部 分輸入接口單元輸出接口單元編 程 設(shè) 備按 鈕行 程 開 關(guān)C O M接 觸 器電 磁 閥指 示 燈L 12 態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。所以一般來(lái)說(shuō)，輸入信號(hào)的寬度要大于一個(gè)掃描周期，或者說(shuō)輸入信 號(hào)的頻率不能太高，否則很可能造成信號(hào)丟失。 PLC 控制系統(tǒng)可大可小，能輕松完成單片機(jī)控制系統(tǒng)、批量控制系統(tǒng)、制造業(yè)自動(dòng)化中的復(fù)雜邏輯順序控制、流程工業(yè)中大量的模擬量控制，以及組成通信網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理等任務(wù)。其特點(diǎn)是成本低、簡(jiǎn)單，但不直觀、精度低。 系統(tǒng)組成 煤礦 井下主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程控制上位機(jī)、 PLC 控制箱、顯示操作臺(tái)、閥門、傳輸光纜、傳感器、交換機(jī)等設(shè)備組成，根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)可分為三層：現(xiàn)場(chǎng)層、控制層和管理層。此后水泵出口壓力將逐漸增加，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)就不再增加，此時(shí)開啟該水泵的電動(dòng)閘閥，使得這個(gè)水泵進(jìn)行排水，同時(shí)關(guān)閉射流泵停止為其引水。通過(guò)對(duì)系統(tǒng) I / O點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計(jì)我們選擇西門子 S7 200 系列的 PLC 做為控制核心，包括 226CN的 CPU 模塊 1 個(gè)， EM223CN 數(shù)字量輸入 /輸出 擴(kuò)展模塊 2 個(gè)， EM231 模擬量輸入模塊 5 個(gè)。數(shù)字量輸入信號(hào)主要包括水泵的工作 ,水泵的啟動(dòng)和停止信號(hào)、水泵控制方式選擇的信號(hào)、選擇真空泵的信號(hào)、真空泵啟動(dòng)和停止信號(hào)、排水閥以及電磁閥等開關(guān)位置的信號(hào)等。其結(jié)構(gòu)如 圖 所示。 ，如電壓、電流、軸溫、出水口壓力等。 4)捕捉窄脈沖 17 S7200 PLC 為 CPU 模塊上的數(shù)字量輸入點(diǎn)提供脈沖捕捉功能，該功能允許 PLC 捕捉到持續(xù)時(shí)間很短的脈沖信號(hào)。所以說(shuō) PLC 控制系統(tǒng)具有極高的柔性，即通用性強(qiáng)。 的 工作原理 當(dāng) PLC 上電后，處于正常運(yùn)行時(shí)，他將不斷重復(fù)掃描過(guò)程，并不斷循環(huán)重復(fù)下去。用 PLC 實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按照控制功能要求，通過(guò)程序按一定的要求進(jìn)行輸入 /輸出變換，并將這個(gè)變換給以物理實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 系統(tǒng)可以 自動(dòng)啟停水泵 、 輪換工作。 國(guó) 外 研究 狀況 礦井排水設(shè)備是 煤礦生產(chǎn)的 主要用電設(shè)備 之一 ， 因此實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的 節(jié)能 用電是十分必要的 。 ⑷ 大氣降水：地區(qū)降水量的大小、降水性質(zhì)和強(qiáng)度及延續(xù)時(shí)間也對(duì)礦井的充水有很大影響。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(duì)的變化。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。 ⑶ 地表水： 地表水包括 河流、湖泊、池塘、水庫(kù)等。這也證明了計(jì)算機(jī)對(duì)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。 他們將排水設(shè)備的自動(dòng)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(lái)進(jìn)行統(tǒng)一控制。國(guó)外工業(yè)界在 1980年正式將其命名為可編程控制器，簡(jiǎn)稱 PC。輸入 /輸出接口單元可以分為兩個(gè)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。對(duì)于需要擴(kuò)展的系統(tǒng)只要選好擴(kuò)展模塊，進(jìn)過(guò)簡(jiǎn)單的連接即可。 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(wèn)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(lái)訪問(wèn)I/O。 具體來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)具有以下功能： 。 20 圖 離心式水泵工作系統(tǒng)圖 1水倉(cāng)； 2水泵； 3電動(dòng)閘閥； 4逆止閥； 5射流泵電磁閥； 6靜止水管； 7電機(jī)啟動(dòng)開關(guān)； 8電動(dòng)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。 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)字輸入和輸出連接到中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離保護(hù)和抑制信號(hào)干擾。 23 3 主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 主排水自控系統(tǒng)主要設(shè)備選型 主要硬件選型 煤礦主排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩套排水管路，分 別為 1 主排水管路和 2 副排水管路?？刂茖影≒LC 控制箱和顯示操作臺(tái)。 7)設(shè)置停止模式下的輸出值 有些情況下，為了安全等方 面的原因，需要設(shè)置在停止?fàn)顟B(tài)下 PLC的輸出值。因?yàn)镻LC 是通過(guò)程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語(yǔ)言，且都具有強(qiáng)制和仿真的功能，故程序的設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都很方便，這樣大大縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。對(duì)元件映像寄存器來(lái)說(shuō)，每一個(gè)元件的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而刷新。系統(tǒng)程序主要包括三個(gè)部分：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用管理程序?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P(guān)的設(shè)備是根據(jù)易于工業(yè)控制系統(tǒng)和擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)的一個(gè)有機(jī)整體。酸性礦井廢水和有害元素對(duì)井下排水系統(tǒng)的影響也是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。 排水重要性 在現(xiàn)階段我國(guó)煤礦事故頻繁發(fā)生，造成傷亡的人數(shù)和設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失是巨大的，因此煤礦安全問(wèn)題日益受到人們的關(guān)注。PLC 。 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 專業(yè)年級(jí) 學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 ： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 年 月 日 至 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 基于 PLC 的煤礦 水 泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目： 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求： 熟悉煤礦 水 泵系統(tǒng)的工作方式和控制要求，了解 PLC 在 工業(yè)過(guò)程控制的一般方法； 熟悉 S7200 系列 PLC 的硬件模塊， 學(xué)習(xí)并掌握編程監(jiān)控軟件的使用及控制軟件的編制； 完成煤礦中央泵房系統(tǒng)就地控制系統(tǒng) PLC 模塊的配置， 模塊硬件連接 圖 ，編制控制程序； 翻譯近 5 年的相關(guān)英文資料（或論文）一篇 ，中文字?jǐn)?shù)不少于 3000漢字； 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫。 關(guān)鍵詞： 井下排水系統(tǒng)； PLC； 自動(dòng)控制