【正文】 而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、專家系統(tǒng)等先進(jìn)的控制技術(shù)也可應(yīng)用到煤礦井下排水系統(tǒng)的控制中，使其不斷得到完善，更符合自動化礦山的要求。在郝榕老師的悉心指導(dǎo)下，對結(jié)構(gòu)和部分內(nèi)容進(jìn)行了修改，大體上做到了有章可尋。本文重點介紹了以下幾點內(nèi)容：（1） 進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計中所使用到的設(shè)備的選型工作。本章介紹了煤礦井下排水系統(tǒng)的軟件設(shè)計方案。所以，在OB1模塊的開始就進(jìn)行了地址轉(zhuǎn)移。圖56停止過程故障保護(hù)流程FC1模塊設(shè)計:程序段1：用位存儲器M100代替輸入存儲器I0。圖54運行過程故障保護(hù)流程水位在水泵的作用下逐漸下降，直到達(dá)到需要關(guān)閉水泵的水平，即水位下降到安全水位以下，這時要先關(guān)閉排水管的電動閘閥，再關(guān)閉逆止閥，防止排水管中井水倒流，隨后關(guān)閉水泵電機(jī)，使其停止工作。圖53自動開啟故障保護(hù)流程圖從流程圖中可以看出，系統(tǒng)中設(shè)有抽真空超時、閘閥開超時、壓力異常等故障報警系統(tǒng)。對于這其中的一臺泵便滿足了開泵條件，進(jìn)入了此泵組的自動開啟階段。若Q Vmax ,則應(yīng)開動水泵,以免發(fā)生水倉溢水。滿足開泵條件的水泵進(jìn)入自動開啟程序。當(dāng)兩臺水泵的運行時間相近且最少時,則啟動運行次數(shù)較少的水泵。如處于半自動運行方式下，則由人工選擇哪臺水泵投入運行，PLC根據(jù)水泵的泵號自動完成該臺水泵的自動啟動，運行，停止。在軟件設(shè)計之前，首先進(jìn)行軟件流程圖的設(shè)計和地址的分配。%（典型值）工作溫度范圍40~120℃溫度補(bǔ)償范圍25~80℃溫度漂移%℃本章還對水倉水位、水泵流量、電機(jī)及水泵溫度、水泵壓力和負(fù)壓參數(shù)檢測以及傳感器選擇方面做了詳細(xì)的闡述。本系統(tǒng)選用NSK型負(fù)壓傳感器。由于每臺水泵的工作曲線特別是使用了一定年限的離心式水泵的流量/功率、流量/效率等曲線有較大的差異，因此無法給出每臺水泵在工作過程中的流量正常閾值和水泵排出水過少的閾值。（3）測量范圍寬，；（4）可以測量各種腐蝕性液體的流量；（5）電磁流量計的慣性小，可以用來測量脈動流量；（6）對測量介質(zhì)。另外，由于測量管路處于較強(qiáng)的交流磁場中，管壁產(chǎn)生渦流，因而產(chǎn)生二次磁通。正電極被負(fù)離子包圍，負(fù)電極被一層正離子包圍，加大了電極的電阻。即 （式45） 式中:B—磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)； D—切割磁力線的導(dǎo)體液體的長度(為管道內(nèi)徑)(m)； v—導(dǎo)電液體在管道內(nèi)的平均流速(m/s )。電磁流量傳感器是根據(jù)法拉第原理制成的一種流量計，用來測量導(dǎo)電液體的流量。圖45各個水泵只安裝一個流量傳感器在工業(yè)中經(jīng)常使用的大口徑流量計是電磁流量計。從而可以比較準(zhǔn)確的判斷出各個水泵機(jī)組的工作特性。因此水泵出口流量的檢測有非常重要的意義。主要技術(shù)指標(biāo)：介質(zhì) 液體、氣體或蒸汽輸出 兩線制4～ ； 量程 ,1,2, ,3,4,5,6,8,10,16,20,25,30,40,50,60Mpa電源 ,，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。% 測量誤差小 綜合誤差可小于 177。薄膜壓力變送器由高性能的薄膜壓力傳感器與信號調(diào)理電路組成。（＋│t│），B級177。12VDC電源提供工作電壓）直接把采集到的電阻變?yōu)?5VDC輸入到PLC，經(jīng)過簡單的計算就可以得到相應(yīng)的溫度值。通過比較，宜選擇接觸式溫度傳感器測量溫度比較合適。溫度傳感器一般分為接觸式與非接觸式兩大類。在水位檢測裝置的選擇上，至少選擇兩個水位傳感器來提高水位檢測裝置的可靠性。兩種液位傳感器的比較 投入式液位傳感器的特點在于: : (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 相對而言，超聲波液位傳感器的特點在于: ； ； ，性能不受被檢測介質(zhì)的影響； 。其示意圖如圖43所示。系統(tǒng)采用超聲波液位計，在測量中脈沖超聲波由傳感器（換能器）發(fā)出，聲波經(jīng)物體表面反射后被同一傳感器接收，轉(zhuǎn)換成電信號。圖42 超聲波液位計安裝示意圖對于單換能器來說，超聲波從發(fā)射器到液面，又從液面反射到換能器的時間為： （式41）則 （式42）式中： h —換能器距液面的距離； c —超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。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。主要設(shè)計出的該系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)自動采集與檢測、自動輪換工作、“避峰填谷”、系統(tǒng)保護(hù)功能、自動、半自動和手動檢修3種工作方式等功能進(jìn)行原理敘述，完成PLC的選型工作?？紤]裕量后的I/O總點數(shù)即為I/O點數(shù)估計值。設(shè)計所選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊、各種智能模塊的總消耗功率之和，有時甚至還要考慮某些執(zhí)行單元的功率，并且要留有30％左右的裕量。它是S7300系列中唯一帶現(xiàn)場總線(PROFIBUS) SINEC L2DP接口的CPU模塊。圖32 排水控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖經(jīng)過粗略計算，需要數(shù)字量輸入64點，數(shù)字量輸出54點，模擬量輸入通道21路，其具體分配見表31，32，33。自動時，由PLC檢測水位、壓力及有關(guān)信號，自動完成各泵組運行，不需人工參與；半自動工作方式時，由工作人員選擇某臺或幾臺泵組投入，PLC自動完成已選泵組的啟停和監(jiān)控工作；手動檢修方式為故障檢修和手動試車時使用，當(dāng)某臺水泵及其附屬設(shè)備發(fā)生故障時，該泵組將自動退出運行，不影響其它泵組正常運。流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動后或正常運行時，如流量達(dá)不到正常值，通過流量保護(hù)裝置使本臺水泵停車，自動轉(zhuǎn)換為啟動另一臺水泵。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)及時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時，而不能及時投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設(shè)計了3臺泵和2條管路自動輪換工作控制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運行時間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動記錄并累計，系統(tǒng)根據(jù)這些運行參數(shù)按一定順序自動啟停水泵和相應(yīng)管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻，當(dāng)某臺泵或所屬閥門故障、某趟管路漏水時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警，并在觸摸屏上動態(tài)閃爍顯示，記錄事故，同時將故障泵或管路自動退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動輪換工作，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。 在數(shù)據(jù)采集過程中，模擬量信號的處理是將模擬信號變換成數(shù)字信號（A/D轉(zhuǎn)換），其變換速度由采樣定律確定。數(shù)據(jù)自動采集主要由PLC實現(xiàn)，PLC模擬量輸入模塊通過傳感器連續(xù)檢測水倉水位，將水位變化信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，計算出單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，控制排水泵的啟停。外設(shè)請求一般不會影響系統(tǒng)正常工作，而且可能更有利于系統(tǒng)的控制和管理。監(jiān)控定時器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，執(zhí)行完用戶程序所用的時間不會超過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。當(dāng)CPU采樣時輸入信號由緩沖區(qū)進(jìn)入映像區(qū)，這就是數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)刷新；同樣道理，CPU不能直接驅(qū)動負(fù)載。PLC的基本工作過程為：31 PLC工作原理示意圖公共操作公共操作是在每次掃描程序前進(jìn)行自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了故障燈外，還可判斷故障性質(zhì)：一般性故障，只報警不停機(jī)，等待處理；嚴(yán)重故障，則停止運行用戶程序，此時PLC切斷一切輸出聯(lián)系。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述的掃描循環(huán)的。這種分時操作進(jìn)程稱為CPU對程序的掃描。（6）編程、調(diào)試等使用復(fù)雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)視、試驗和記錄，并通過打印機(jī)打印出程序文件。在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機(jī)與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。（3）輸入/輸出接口調(diào)理功能具有A/D. D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)精度，可以根據(jù)用戶要求選擇。2）擴(kuò)展算術(shù):平方根、三角函數(shù)和浮點運算。定時控制:它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設(shè)定:接通延時、關(guān)斷延時和定時脈沖等方式。因此，PLC在機(jī)電一體化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。可用于現(xiàn)場控制，也可用于遠(yuǎn)距離控制。接線極其簡單、工作量極少。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與匯編語言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來說，PLC的控制速度還是足夠快的。因此，要求在各種惡劣工作環(huán)境和條件(如電磁干擾、灰塵等)下可靠工作，將故障率降至最低。而PLC是通過在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 PLC的主要特點PLC（ Programmable Logic Controller），即可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。當(dāng)排水管路出口的壓力到達(dá)預(yù)定值時，開啟排水閥14，進(jìn)行排水。水位在水泵的作用下逐漸下降，直到達(dá)到需要關(guān)閉水泵的水平，即水位下降到安全水位以下，這時要先關(guān)閉排水管的電動閘閥，再關(guān)閉逆止閥，防止排水管中井水倒流，隨后關(guān)閉水泵電機(jī)，使其停止工作。在射流泵的作用下，水泵入口處的真空度會增加，配水井中的水會在大氣壓的作用下注入離心泵的腔體直至注滿，當(dāng)水泵入口處的真空度達(dá)到要求后（水泵入口處的真空度增加到一定的數(shù)值時不在會繼續(xù)增加），接通水泵機(jī)組中的電動機(jī)觸點來開啟水泵。射流泵的工作原理是水射流時的“虹吸現(xiàn)象”。這種泵通常在分子流狀態(tài)下工作。 5）動量傳輸泵 它依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動量傳輸給氣體或氣體分子，使氣體連續(xù)不斷地從泵的入口傳輸?shù)匠隹凇?)干式真空泵 它是一種泵內(nèi)不用油類(或液體)密封的變?nèi)菡婵毡?。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。又稱為活塞式空泵。機(jī)械真空泵按其工作原理及結(jié)構(gòu)特點分述如下： 它是利用泵腔容積的周期變化來完成吸氣和排氣以達(dá)到抽氣目的的真空泵。極限壓力(極限真空)從粗真空到1012Pa以上的超高真空范圍。球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質(zhì)的流動方向。真空泵和射流泵中所用到的閥門都是球閥。水泵房排水設(shè)備一般安置在水井液面以上，所以水泵啟動前的灌水一般采用吸入式。 MPa(一個大氣壓)。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。此外，還可通過旁通管，利用排水管中的壓力水的反沖作用，沖掉積存于水泵流通部分和附著于濾水器上的雜物，但此時須通過連接在底閥上的鐵絲或鏈條將底閥提起。逆止閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥的上方，其作用是當(dāng)水泵突然停止運轉(zhuǎn)(如突然停電)時，或者在未關(guān)閉調(diào)節(jié)閘閥的情況下停泵時，能自動關(guān)閉，切斷水流，使水泵不致受到水力沖擊而遭到損壞。其功用為:（1）調(diào)節(jié)水泵的流量和揚程；（2）起動時將它完全關(guān)閉，以降低起動電流。當(dāng)閥門部分開啟時，在閘板背面產(chǎn)生渦流，易引起閘板的侵蝕和震動，也易損壞閥座密封面，修理困難。其作用是防止井底沉積的煤泥和雜物吸入泵內(nèi)，導(dǎo)致水泵被堵塞或被磨損。 2 煤礦井下排水系統(tǒng)組成概況井下排水系統(tǒng)一般采用離心式水泵，一些小型煤礦或淺水井臨時排水系統(tǒng)也采用潛水泵。自動累加水泵的排水時間和排水次數(shù)。確保閘閥關(guān)閉到位,水泵關(guān)閉完畢。煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)是以單個水泵的自動運作為基礎(chǔ)的,每個水泵在啟動前, PLC模塊先啟動抽真空系統(tǒng),檢測真空度。 隨著我國頒布分時繳納電費的辦法后，煤礦排水的經(jīng)濟(jì)效益也尤為突出。對世界礦井排水中的環(huán)境研究作出了巨大的貢獻(xiàn)。它不僅關(guān)乎到整個排水系統(tǒng)的正常運行，更影響井下設(shè)備和工作人員的安全。本觀點避開水泵、管道和用電效率等因素，單從用電時段來考慮，強(qiáng)調(diào)煤礦井下排水應(yīng)避開用電高峰，盡量在用電低谷把井下的水排凈，稱為煤礦排水的“避峰填谷”技術(shù)。隨后幾年，根據(jù)煤礦井下排水系統(tǒng)消耗電能大的特點，國內(nèi)研究人員分別從離心式水泵，排水管路，電動機(jī)三個方面提出了對井下排水系統(tǒng)的節(jié)能改造。目前國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在煤礦井下排水系統(tǒng)控制的研究中取得了很多成就。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。（2）天然形成的涌水通道有： 1）孔隙、裂隙——各種巖層中的節(jié)理、層理成為涌水通道。礦井涌水通道可分為人為形成的通道和天然形成的通道兩種。 3）老空積水。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，對礦井安全生產(chǎn)的影響較大。所以研究地下水的水量分布、補(bǔ)給條件、動態(tài)變化規(guī)律等，對分析礦井涌水極為重要。 2）地表水。1）大氣降水。產(chǎn)生礦井涌水的兩個必備條件是礦井水源和涌水通道。 drainage system。又根據(jù)“避峰就谷”的原則確定開啟水泵臺數(shù)，以達(dá)到節(jié)省用電的目的。在本設(shè)計中首先對煤礦排水系統(tǒng)進(jìn)行概述，然后根據(jù)排水控制的要求，進(jìn)行自動控制方面的設(shè)計。本人簽名： 日期：