【正文】 射流 泵和真空泵的區(qū)別以及各自的工作原理，離心式水泵的啟動(dòng)和停機(jī)過程，整個(gè) 排水系統(tǒng)的 工作流程以及實(shí)現(xiàn)功能簡介。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。這種泵通常帶有氣鎮(zhèn)裝置。當(dāng)球旋轉(zhuǎn) 90度時(shí)，在進(jìn)、出口處應(yīng)全部呈現(xiàn)球面，從而截?cái)嗔鲃?dòng)。表殼的公稱直徑有 60,100,150,200和 250mm 五種。 （如圖 22）是指啟閉體 (閥板 )由閥桿帶動(dòng)閥座密封面作升降運(yùn)動(dòng)的閥門，可接通或截?cái)嗔黧w的通道。水泵運(yùn)行過程中 , PLC 模塊又適時(shí)檢測水倉液位 ,當(dāng)水位低于液位下限值時(shí)則關(guān)閉水泵電動(dòng)閘閥。 酸性礦井排水及有害元素的影響對(duì)井下排水系統(tǒng)也是一項(xiàng)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。 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。當(dāng)掘進(jìn)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(shí)，含水層水就涌入礦井。大量的礦水威脅到礦井生產(chǎn)的正常運(yùn)行，突發(fā)時(shí)甚至?xí)斐晒ぷ魅藛T的傷亡。 中國礦業(yè)大學(xué) 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 姓 名： ** 學(xué) 號(hào) ： ** 學(xué) 院： ** 專 業(yè)： 自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目： 煤礦井下排水系統(tǒng)控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 題： 指導(dǎo) 教師： ** 職 稱： 高工 2021 年 6 月 徐州 摘 要 煤礦井下排水設(shè)備對(duì)保證礦井正常生產(chǎn)起著非常重要的作用。 產(chǎn)生礦井涌水的兩個(gè)必備條件是礦井水源和涌水通道。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(shí)，對(duì)礦井安全生產(chǎn)的影響較大。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。它不僅關(guān)乎到整個(gè)排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，更影響井下設(shè)備和工作人員的安全。確保閘閥關(guān)閉到位 ,水泵關(guān)閉完畢。當(dāng)閥門部分開啟時(shí)，在閘板背面產(chǎn)生渦流，易引起閘板的侵蝕和震動(dòng)，也易損壞閥座密封面，修理困難。壓力表所測出的壓力叫做表壓力或相對(duì)壓力，它比絕對(duì)壓力小 1個(gè)大氣壓。球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質(zhì)的流動(dòng)方向。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。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 射流泵工作原理 射流泵的工作原理是水射流時(shí)的 “虹吸現(xiàn)象”。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 3 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 可編程控制技術(shù) PLC 的主要特點(diǎn) PLC（ Programmable Logic Controller），即 可編程邏輯控制器 ， 定義是 ： 一種數(shù)字運(yùn)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(jì)的。接線極其簡單、工作量極少。 2） 擴(kuò)展算術(shù) :平方根、三角函數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算。這種分時(shí)操作進(jìn)程稱 為 CPU 對(duì)程序的掃描。監(jiān)控定時(shí)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(shí)，執(zhí)行完用戶程序所用的時(shí)間不會(huì)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。 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(jī) 和電氣設(shè)備受潮或其他故障未經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時(shí)，而不能及時(shí)投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)了 3 臺(tái)泵 和 2條管路 自動(dòng)輪換工作控制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運(yùn)行時(shí)間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動(dòng)記錄并累計(jì)，系統(tǒng)根據(jù)這些運(yùn)行參數(shù)按一定順序自動(dòng)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(tái)泵或所屬閥門故障、某趟管路漏水時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，并在觸摸屏上動(dòng)態(tài)閃爍顯示，記錄事故，同時(shí)將故障泵或管路自動(dòng)退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動(dòng)輪換工作，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。它 是 S7300 系列中唯一帶現(xiàn)場總線 (PROFIBUS) SINEC L2DP 接口的 CPU 模塊。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。 兩種液位傳感器的比較 投入式液位傳感器的特點(diǎn)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(duì)而言，超聲波液位傳感器的特點(diǎn)在于 : 2 . 0534512中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 ； ； ，性能不受被檢測介質(zhì)的影響 ； 。 12VDC 電源提供工作電壓）直接把采集到的電阻變?yōu)橹袊V業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 15VDC 輸入到 PLC，經(jīng)過簡單的計(jì)算就可以得到相應(yīng)的溫度值 。 主要技術(shù)指標(biāo)： 介質(zhì) 液體、氣體或蒸汽 輸出 兩線制 4～ ； 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 量程 ,1,2, ,3,4,5,6,8,10,16,20,25,30,40,50,60Mpa 電源 ,無負(fù)載時(shí)可工作在 ， 最大電源電壓 36 ； 負(fù)載范圍 允許最小負(fù)載為零，最大負(fù)載 RL=50（ US12） Ω 。它 可以 串 連一個(gè)電磁指示儀表 。也就是說，一旦水位傳感器失靈，后面的排水硬件和響應(yīng)軟件設(shè)置的再好都無法啟動(dòng)。 下面就單換能器的超聲波傳感器加以介紹。 滿足設(shè)計(jì)要求。要實(shí)現(xiàn)“避峰填谷”，需調(diào)度各水泵在用電的“谷段”和“平段”時(shí)間段，將水倉的水位排至設(shè)定的低位，以便水倉中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 能夠騰出盡可能大的容積，使其在“峰段”容納更多的 礦井涌水而不用啟動(dòng)水泵。如果是偶然因素造成超時(shí)，重新掃描程序不會(huì)再遇到 “ 偶然干擾 ” ，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行；若由于不可恢復(fù)的確定性故障，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地停止執(zhí)行用戶程序、切斷外部負(fù)荷、發(fā)出故障信號(hào)，等待處理。 CPU 從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束。 數(shù)據(jù)處理 :選擇、組織、規(guī)格化、移動(dòng)和先入先出。因此，PLC 既可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，又可對(duì)模擬量進(jìn)行控制。 的特點(diǎn) （ 1） 靈活、通用 在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個(gè)系統(tǒng)是 根據(jù)設(shè)計(jì)好的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。地面泵提供的高壓動(dòng)力流體通過噴嘴把其位能 (壓力 )轉(zhuǎn)換成高速流體的動(dòng)能噴射流體將其周圍的井液從匯集室吸入喉道而充分混合 ,同時(shí)動(dòng)力液把動(dòng)量傳給井液而增大井液能量 ,在喉道末端 ,兩種完全混合的流體仍具有很高的流速 (動(dòng)能 ),此時(shí) ,它們進(jìn)人一擴(kuò)散管通過流速降低而把 部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓能 ,流體獲得的這一壓力足以把自己從井下返出地面 ,其結(jié)構(gòu)原理如圖 24。當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，把工作液體拋向泵殼形成與泵殼同心的液環(huán)，液環(huán)同轉(zhuǎn)子葉片形成了容積周期變化的幾個(gè)小的旋轉(zhuǎn)變?nèi)菸艢馇弧Ｕ婵毡每梢远x為：利用機(jī)械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法對(duì)被抽容器進(jìn)行抽氣而獲得真空的器件或設(shè)備。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征也可分為徑向無邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。不適用于作 為調(diào)節(jié)或節(jié)流使用。每次啟動(dòng)水泵 ,自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間最短的無故障水泵。英國、德國、加拿大、西班牙等國根據(jù)本國礦井的具體存在的環(huán)境問題，特別是酸性礦井排水進(jìn)行了大量的研究。 煤礦大量的井下水在會(huì)對(duì)工作人員和設(shè)備的安全造成很大的威脅，如不采取及時(shí)有效地治理措施 ，會(huì)造成嚴(yán)重后果，輕者淹井停產(chǎn)，重者礦毀人亡。斷層帶及斷層附近巖石破碎，裂隙發(fā)育，常形成構(gòu)造賦水帶。 (1)地表水源。傳統(tǒng)方法控制線路復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行的可靠性低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，不適應(yīng)煤炭發(fā)展的需要。 centralized control。 根據(jù)地下水的賦存狀態(tài)和賦存位置的不同，可將礦井水分為 以下幾種： 1）含水層水。 2）巖溶 —— 巖石中的溶洞、孔洞成為涌水通道。 國外的研究大多從管道的長期的維護(hù)和清理，井水質(zhì)量對(duì)排水設(shè)備的影響等更加細(xì)微更加長遠(yuǎn)的方面來研究。如果沒有達(dá)到所需的真空度則繼續(xù)等待并適時(shí)檢測 ,當(dāng)達(dá)到所需的真空度 ,則啟動(dòng)水泵。在濾水器內(nèi)裝有舌型底閥，其作用是使灌入水泵和吸水管中的引水，以及停泵后的存水不致漏掉。 壓力表安裝在水泵的排水接管上，為檢測排水管中水壓大小用。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 球閥（ 如 圖 23）是由旋塞閥演變而來。 （ 2） 旋轉(zhuǎn)式真空泵 利用泵腔內(nèi)轉(zhuǎn)子部件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 將氣體吸入、壓縮并排出。 （ 3)復(fù)合分子泵它是由渦輪式和牽引式兩種分子泵串聯(lián)組合起來的一種復(fù)合型的分子真空泵。井水排完時(shí)， 即井下水位低于 h1時(shí)， 先關(guān)閉排水閥 14，在關(guān)閉逆止閥 11，防止水井倒流打壞水泵，最后 關(guān)閉水泵電機(jī)停止工作。此外， PLC 的 I/O 接口可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備聯(lián)接。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 計(jì)數(shù)控制 :用脈沖控制可以實(shí)現(xiàn)加、減計(jì)數(shù)模式，可以連接碼盤進(jìn) 行位置檢測。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 PLC 的基本工作原理 PLC 運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部要進(jìn)行一系列操作，大致可分為四大類：以故障診斷、通信處理為主的公共操作，聯(lián)系工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)輸入和輸出操作，執(zhí)行用戶程序的操作，以及服務(wù)于外部設(shè)備的操作（如果外部設(shè)備有中斷請(qǐng)求）。當(dāng)前處理的結(jié)果放在輸出映像存儲(chǔ)器區(qū)內(nèi)，在程序執(zhí)行結(jié)束后，才將輸出映像區(qū)的內(nèi)容通過鎖存器輸出到端子上。一般情況下，采樣頻率應(yīng)為模擬信號(hào)中最高頻率成分的 2 倍以上，這樣經(jīng) A/D 變換的精度可完全恢復(fù)到原來的模擬信號(hào)精度。 表 31 模擬量輸入通道統(tǒng)計(jì)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 2 水泵軸承溫度 3 電機(jī)溫度 3 電機(jī)電流 3 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 電機(jī)電壓 3 總計(jì) 21 表 32數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 數(shù)字量輸入 點(diǎn)數(shù) 電動(dòng)閘閥開 3 電動(dòng)閘閥關(guān) 3 電動(dòng)閘閥停 3 電動(dòng)閘閥開到位 3 電動(dòng)閘閥關(guān)到位 3 電動(dòng)閘閥開過轉(zhuǎn)矩 3 電動(dòng)閘閥關(guān)過轉(zhuǎn)矩 3 射流 泵狀態(tài) 2 電機(jī)合閘 3 電機(jī)分閘 3 電機(jī)合 閘到位 3 電機(jī)分閘到位 3 射流 泵球閥開到位 2 射流 泵球閥關(guān)到位 2 球閥開到位 9 球閥關(guān)到位 9 故障復(fù)位 1 急停 1 操作方式選擇 3 射流 泵啟動(dòng)方式選擇 1 總計(jì) 64 表 33數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 數(shù)字量輸出 點(diǎn)數(shù) 射流 泵球閥開 2 射流 泵球閥關(guān) 2 排水泵球閥開 9 排水泵球閥關(guān) 9 電動(dòng)閘閥開 3 電動(dòng)閘閥關(guān) 3 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 電動(dòng)閘閥開到位 3 電動(dòng)閘閥關(guān)到位 3 電動(dòng)閘閥開過轉(zhuǎn)矩 3 電動(dòng)閘閥關(guān)過轉(zhuǎn)矩 3 射流 泵電機(jī)開 3 射流 泵電機(jī)關(guān) 3 水泵電機(jī) 開 3 水泵電機(jī)關(guān) 3 警鈴 1 故障顯示燈 1 總計(jì) 54 PLC 系統(tǒng)選型 模塊 CPU是 PLC系統(tǒng)的運(yùn)算控制核心。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 4 傳感器選型 系統(tǒng)所選用的傳感器 如表 41： 表 41 系統(tǒng)選用的傳感器 液位傳感器 超聲波液位計(jì) 、投入式液位計(jì) 溫度傳感器 接觸式 PT100 溫度傳感器 壓力傳感器 薄膜壓力變送器 流量傳感器 潛水型電磁流量計(jì) 負(fù)壓傳感器 NSK 型負(fù)壓傳感器 主要傳感器安裝位置如圖 41： 圖 41 個(gè)傳感器安裝示意圖 312456中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 下面分別介紹各個(gè)傳感器的原理及選型依據(jù)。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 喇叭口 圖 43水位計(jì)示意圖 具體的來說是 :傳感頭根據(jù)水中的壓力與空氣中的壓力差，傳感 頭把水位的高度 變換成壓力差，再把壓力差轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)，該微弱的電信號(hào)經(jīng)放大器放大后送 A/D 變換器，單片機(jī)采集數(shù)字信號(hào)經(jīng)運(yùn)算處理后，輸出的水位高度用數(shù)碼管來顯示，同 時(shí)輸出對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。本文選