【正文】 水泵出口流量的檢測(cè)有兩種布置方式 : ， 如 圖 44所示 ； ，如圖 45 所示。其中US為電源電壓 ； 過壓 量程的 120% ； 輸出限制 變送器過壓時(shí)，內(nèi)部限流器輸出電流限制在 25mA以下 ； 溫度范圍 敏感元件工作溫度： 50～ 125℃ ； 電子部件工作溫度：40～ 85℃ ； 濕度范圍 0～ 99% 相對(duì)濕度 。% 溫度范圍寬 允許介質(zhì)溫度 40～ 125℃ 溫度漂移小 典型溫漂 177。該系列產(chǎn)品技術(shù)獨(dú)特、性能優(yōu)越 ,具有體積小、重量輕、安裝簡(jiǎn)便、能在惡劣環(huán)境長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的特點(diǎn)，特別適合頻繁沖擊壓力的測(cè)量。 （ ＋│t│ ）； 熱響應(yīng)時(shí)間 30s； 最小置入深 度：熱電阻的最小置入深度 ≥200mm ； 允通電流 ≤5mA 。 （這樣的形式可以同時(shí)采集多路），還有一種就是單獨(dú)的一個(gè) PT100 溫度傳感器（工作電源是 24VDC），產(chǎn)生一個(gè) 420mA 的電流，然后再通過一個(gè) 420mA 電流電路板把 420mA的電流變?yōu)?15V 電壓 。本文選擇 PT100溫度傳感器測(cè)電機(jī)及水泵溫度。所謂接觸式就是傳感器直接與被測(cè)物體接觸，這是測(cè)溫的基本形式。一般選擇一個(gè)超聲波液位傳感器與一個(gè)投入式液位傳感器相結(jié)合的方法來檢測(cè)水位。 由于煤礦井下的排水系統(tǒng)重要的安全地位，而水位傳感器是整個(gè)排水系統(tǒng)的嗅覺 器官。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 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)。并由聲波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間來計(jì)算傳感器到被測(cè)物體的距離。 從以上公式中可以看出，只要測(cè)得超聲波脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔，便可以求得待測(cè)的液位。單換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波使用同一個(gè)換能器，而雙換能器的傳感器發(fā)射和接受各使用一個(gè)換能器。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 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(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 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)。選定的 PLC機(jī)型的 I/O能力極限值必須大于 I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)值，并應(yīng)盡量避免使 PLC能力接近飽和，一般應(yīng)留有 30％的裕量。 結(jié)合設(shè)計(jì)中用到的 I/O模塊和 CPU 模塊 和煤礦自身中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 環(huán)境，設(shè)計(jì)中選用 PS307電源模塊（ 10A）。內(nèi)置 128KB RAM，指令執(zhí)行速度為 300 ns/二進(jìn)制指令 ， 最大數(shù)字量 I/O點(diǎn)數(shù)為 1024個(gè)，最大模擬量 I/O通道數(shù)為 128個(gè)。 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(cāng)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(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 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(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 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 CPU是 PLC系統(tǒng)的運(yùn)算控制核心。 PLC 柜上設(shè)有該泵的禁止啟動(dòng)按鈕， 設(shè)備檢修時(shí)，可防止其他人員誤操作，以保證系統(tǒng)安全可靠。 電動(dòng)機(jī)故障：利用 PLC及觸摸屏監(jiān)視水泵電機(jī)過電流、漏電、 低電壓等電氣故障，并參與控制。 3.“ 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(shí)間段工作，盡量避免在“峰段”啟動(dòng)。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。 影響水位的因素主要來自兩方而 :一是水位計(jì)故障 (如遭受雜物撞擊 )， 二 是 水位信號(hào)受干擾 (如水波動(dòng)較大 )。如果沒有外設(shè)請(qǐng)求，系統(tǒng)則會(huì)自 動(dòng)循環(huán)地掃描進(jìn)行。當(dāng)程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)， “ 看門狗 ” 會(huì)發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)，使程序重新開始執(zhí)行。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。 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。 PLC 接通電源后，在進(jìn)行循環(huán)掃描之前， PLC 首先確定自身的完好性，這是起始操作的主要工作。 PLC 的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按序號(hào)順序排列。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 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(chǎng)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）。通常所說的 SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)端和遠(yuǎn)程端也可以采用 PLC作現(xiàn)場(chǎng)機(jī)。具有溫度測(cè)量接口，直接連接各種電阻或電偶。 3） 比較 :大于、小于和等于。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 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(cè)。 PLC是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動(dòng)化裝置，在工廠自動(dòng) 化 (FA)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) (CIMS)內(nèi)占重要地位。可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。 （ 5） 功能強(qiáng) PLC 不僅具有條件控制、 定 時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)等控制功能，而且還 能 完成A/D. D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)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。此外， PLC 的 I/O 接口可直接與控制現(xiàn)場(chǎng)的用戶設(shè)備聯(lián)接。 PLC 具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會(huì)出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。而且，同一臺(tái) PLC還可用于不同控制對(duì)象，通過改變軟件則可實(shí)現(xiàn)不同 控制的控制要求。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算 ， 順序控制 、定時(shí) 、 計(jì)數(shù)與算術(shù)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(jī)械或生產(chǎn)過程。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。 多臺(tái)水泵的井下排水系統(tǒng)組成及功能實(shí)現(xiàn) 為了防止因備用泵及其電氣設(shè)備或備用管路長(zhǎng)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)緊急故障或排水管路需要維修的情況需投入備用泵和備用管路時(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條管路的井下排水系統(tǒng)，如圖 25。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中，水泵出口處的壓力會(huì)逐漸增加。水力射流泵裝置的泵送是通過兩種運(yùn)動(dòng)流體的能量轉(zhuǎn)換來達(dá)到的。 （ 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。 它是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子把動(dòng)量傳輸給氣體分子，使之獲得定向速度，從而被壓縮、被驅(qū)向排氣口后為前級(jí)抽走的一種真空泵。由于干式真空泵泵腔內(nèi)不需要工作液體，因此，適用于半導(dǎo)體行業(yè)、化學(xué)工業(yè)、制藥 工業(yè)及食品行業(yè)等需要無油清潔真空環(huán)境的工藝場(chǎng)合。 2)液環(huán)真空泵 將帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)。 （ 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。氣體在排出泵腔前被壓縮。 由于真空應(yīng)用部門所涉及的工作壓力的范圍很寬，因此任何一種類型的真空泵都不可能完全適用于所有的工作壓力范圍，只能根據(jù)不同的工作壓力范圍和不同的工作要求，使用不同類型的真空泵。 圖 23 球閥結(jié)構(gòu)圖 真空泵工作原理 真空泵是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 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。為了減小井水吸入阻力，提高泵站運(yùn)行效率，吸水管路不宜設(shè)置底閥。 射流泵和真空泵的介紹 離心式水泵在起動(dòng)前必須將吸水管和泵腔內(nèi)注滿水才能進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，否則水泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將無法吸水，形成“干燒”，嚴(yán)重影響水泵的使用壽命。 真空表安裝在水泵的吸水接管上，為檢測(cè)吸水管的真空度用。 壓力表安裝在水泵的排水接管上，為檢測(cè)排水管中水壓大小用。 、放氣栓和旁通管 灌引水漏斗是在水泵初次起動(dòng)時(shí)，向水泵和吸水管中灌引水用。 調(diào)節(jié)閘閥的優(yōu)點(diǎn)是流動(dòng)阻力和關(guān)閉壓力較小，安裝時(shí)無方向性，能夠方便地來調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程等。閘閥通中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 常適用于不需要經(jīng)常啟閉，而且保持閘板全開或全閉的工況。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。離心式水泵排水系 統(tǒng)主要由離心式水泵、電動(dòng)機(jī)、 起 動(dòng)設(shè)備、儀表、管路及管路附件等組成。 3.“避峰填谷”機(jī)制 設(shè)定 3個(gè)水位限值 ： H1(水位下限 ) , H2(報(bào)警水位 ) , H3(超限水位 ) , 當(dāng)前水位設(shè)為 H。 每臺(tái)水泵有兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器 ,分別存放運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行次數(shù)。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(cè) ,當(dāng)達(dá)到所需的真空度 ,則啟動(dòng)水泵。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，每開采 1噸煤就要排出 27噸礦井水，有時(shí)甚至要排出 3040噸礦井水。 主要問題 礦井中央泵房是礦山企業(yè)的機(jī)電要害場(chǎng)所，直接影響到礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的礦山企業(yè)礦井中央泵房的自動(dòng)化水平還不是很高，這影響中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 了生產(chǎn)的安全生和高效性，礦井中央泵房無人值守自動(dòng)化系統(tǒng)可以 有效解決這些問題。因此研究酸性礦井排水和有害元素的危害的新工藝已是國(guó)外礦井排水下大力度解決的科研難題。 國(guó)外的研究大多從管道的長(zhǎng)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(zhǎng)遠(yuǎn)的方面來研究。由于各類礦井情況差別大，能源消耗尤其是電能消耗大，所以在節(jié)能技術(shù)方面的研究對(duì)煤礦效益，以致可持續(xù)發(fā)展有著很大的意義。就國(guó)內(nèi)的研究工作來看，大多是從煤礦井下排水系統(tǒng)的安全可靠性、節(jié)能的角度進(jìn)行研究。如果不能及時(shí)地將這些積水排送到井上，井下的生產(chǎn)可能受到阻礙，井下的安全得不到保障，嚴(yán)重者會(huì)造成重大事故。 2）巖溶 —— 巖石中的溶洞、孔洞成為涌水通道。 (1) 人為形成的通道有： 1） 頂板冒落裂隙帶 —— 頂板冒落形成導(dǎo)水裂隙。井下采空區(qū)或煤層露頭附近的古井、小窖常有積水，如果開采時(shí)與之相通，就會(huì)發(fā)生突水事故。 2）斷層水。 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。河流、湖泊 、水庫和塌陷地積水等地表水，可以通過井筒、塌陷裂隙、斷層、裂隙、溶洞和鉆孔等直接進(jìn)入井下，也可以作為地下水的補(bǔ)給水源，使地下水經(jīng)過與井巷連通的通道進(jìn)入井巷，造成水災(zāi)。大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給水源。 礦井涌水的水源有地表水和地下水兩大類。 centralized control。 關(guān)鍵詞 ： 煤礦； 排水系統(tǒng) ； 集中控制 。 本系統(tǒng)采用 西門子 的 S7300系列 PLC，并結(jié)合各種傳感器（主要為水位傳感器、負(fù)壓傳感器、壓力傳感器、流量傳感器