【正文】 步。PLC將水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)經(jīng)安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳至地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機(jī)，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測(cè)數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動(dòng)化控制信息，實(shí)現(xiàn)井下主排水系統(tǒng)的遙測(cè)、遙控。針對(duì)上述排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題，本文提出了基于PLC的礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。尤其是閘閥的操作，勞動(dòng)量最大。②工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。另外，對(duì)水位、涌水量大小等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的判斷依賴于工人的經(jīng)驗(yàn)。其存在的問(wèn)題有如下幾點(diǎn)：①效率低、可靠性差。當(dāng)水倉(cāng)積水降至低水位時(shí)，先將閘閥關(guān)死，再停水泵機(jī)組。當(dāng)水泵出水口壓力表讀數(shù)達(dá)到要求時(shí)，開(kāi)起閘閥進(jìn)行排水，同時(shí)關(guān)閉抽真空的射流泵(或真空泵)。當(dāng)水倉(cāng)水位到達(dá)設(shè)定的高水位時(shí)，工人打開(kāi)射流泵(或真空泵)，為水泵抽真空，同時(shí)觀測(cè)真空表的讀數(shù)。目前，我國(guó)大多煤礦企業(yè)的井下水泵房使用的仍然是傳統(tǒng)的人工操作排水系統(tǒng)，以離心式水泵系統(tǒng)為主。如圖12所示。 ⑥射流泵或真空泵 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(wú)法吸水，形成“干燒”，嚴(yán)重影響水泵的使用壽命。表殼的公稱直徑和壓力表一樣，也分為60, 100, 150，和250mm五種。 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。表殼的公稱直徑有60mm,100mm,150mm,200mm和250mm五種。 ⑤壓力表和真空表 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。當(dāng)排水管中有存水時(shí)，也可通過(guò)旁通管向水泵和吸水管中灌引水，此時(shí)要將旁通管上的閥門打開(kāi)。 ④灌引水漏斗、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。 放水閘閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥上方的排水管路的放水管上，其作用為檢修排水管路時(shí)放水用。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(wú)方向性，能夠方便地來(lái)調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程等。②閘閥調(diào)節(jié)閘閥安裝在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止閥的下方。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。①濾水器和底閥 濾水器安裝在吸水管的下端，插入吸水井下面， 。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(shí)排水系統(tǒng)也采用潛水泵。井下排水設(shè)備所配備電機(jī)的功率，小的幾千瓦到幾十千瓦，大的幾百千瓦到上千千瓦、在我國(guó)煤炭行業(yè)中，井下排水用電量占原煤生產(chǎn)總耗電量的18%41%，一般為20%左右。井下自動(dòng)排水系統(tǒng)的任務(wù)就是把流入井下煤礦巷道中的礦井積水排送至地表。給人民的生命、國(guó)家的財(cái)產(chǎn)都帶來(lái)了極大的威脅。另外，煤炭開(kāi)采過(guò)程中，由于地層結(jié)構(gòu)被破壞，巖層斷裂，使采區(qū)與儲(chǔ)水層連通，發(fā)生突水事故，涌水量會(huì)突然增加。礦井涌水與采區(qū)的水文地質(zhì)及當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件有關(guān)系，涌水量在不同的季節(jié)也呈現(xiàn)不同。本章分析這種排水系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程，指出其存在的問(wèn)題，為井下主排水系統(tǒng)自動(dòng)控制的研究提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：PLC、排水系統(tǒng)、自動(dòng)控制 ABSTRACTAt first this text chose and designed drainage equipments, then designed autocontrol part based on drainage control request. This system adopts S7300 PLC series produced by SIEMENS，with many sensors(mainly incloding water line sensors,minus pressume sensors,pressme sensors,flux sensors) to plete autocontrol function demanded in this system design. Water pumps and pipelines of this system are controlled to run in turn automatically. The number of running water pumps is confirmed by the principle of avoiding apex and filling vale in order to economize electricity. On the spot of PC,it introduces controlease configuration control system to take charge of inspecting running state and parameters of equipments so that trouble can be found and dealt with in time. S7300 used Standard RS232 to municate with PC on the spot through Module CP340. KEY WORDS:drainage system； PLC； autocontrol目 錄第一章 緒論……………………………………………………………………1 排水系統(tǒng)概述…………………………………………………………1 礦井生產(chǎn)過(guò)程中排水的重要性………………………………1 礦井排水系統(tǒng)的組成部分……………………………………1 井下排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題…………………………………………………3 排水系統(tǒng)為何要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制…………………………………………3 我國(guó)礦井主排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀……………………………………………4 第二章 礦井自動(dòng)排水系統(tǒng)的各種參數(shù)與檢測(cè)………………………4 水倉(cāng)水位的檢測(cè)…………………………………………………………5 液位傳感器介紹…………………………………………………5 液位檢測(cè)裝置選擇…………………………………………………8 電機(jī)即水泵溫度檢測(cè)………………………………………………………9 水泵壓力檢測(cè)………………………………………………………10 水泵流量檢測(cè)……………………………………………………12 流量檢測(cè)儀器的安裝…………………………………………12 流量計(jì)的要求……………………………………………………13 流量檢測(cè)傳感器的使用…………………………………………15 水泵負(fù)壓檢測(cè)………………………………………………………15第三章 基于PLC的礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)……………16 控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)……………………………………………………16 基于PLC的礦井主排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………17 PLC的主要特點(diǎn)……………………………………………………17 PLC的基本工作原理……………………………………………20 PLC地址分配和實(shí)現(xiàn)控制功能………………………………22 3s7—300PLC的基本組成……………………………………27 西門子ET200M與PROFIBUSDP總線………………………………32第四章 礦井自動(dòng)主排水系統(tǒng)設(shè)備的選型設(shè)計(jì)…………………………33 初始數(shù)據(jù)……………………………………………………………………33 選型設(shè)計(jì)……………………………………………………………………33 引水設(shè)備……………………………………………………………………35 自動(dòng)閥門……………………………………………………………38 高壓開(kāi)關(guān)柜…………………………………………………………40 第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………41 PLC的軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………41 ……………………………………………………41 地址分配……………………………………………………43 水泵的自動(dòng)開(kāi)啟、運(yùn)行、故障保護(hù)流行圖…………………45 PLC的程序設(shè)計(jì)………………………………………………47 控制系統(tǒng)上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)………………………………………50 設(shè)計(jì)要求………………………………………………………50 設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………………………………………51 上位機(jī)與PLC的通信…………………………………………51 監(jiān)控主界面……………………………………………………53 報(bào)警界面………………………………………………………55第六章 如何使礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)抗各種干擾……………………56 常見(jiàn)的各種干擾源………………………………………………56 如何采取措施排除這些干擾………………………………………56第七章 總結(jié)…………………………………………………………57參考文獻(xiàn)……………………………………………………………58致謝……………………………………………………………………………59翻譯部分………………………………………………………………………60 第75頁(yè)第一章 緒論井下排水系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中四大系統(tǒng)之一，擔(dān)負(fù)著井下積水排除的重要任務(wù)。在就地PC端，采用易控組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行情況及各個(gè)運(yùn)行參數(shù)，做到有故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)并盡早處理。本系統(tǒng)采用水泵及管路的“自動(dòng)輪換”工作制。摘 要文章進(jìn)行了排水設(shè)備的選型設(shè)計(jì)，然后根據(jù)排水控制的要求，進(jìn)行自動(dòng)控制方面的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用SIEMENS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、流量傳感器等），完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)的控制功能。又根據(jù)“避峰填谷”的原則確定開(kāi)啟水泵臺(tái)數(shù)，以達(dá)到節(jié)省用電的目的。S7300通過(guò)CP340通訊模塊，采用RS232C通信標(biāo)準(zhǔn)與就地PC建立聯(lián)系。然而，目前我國(guó)的井下排水系統(tǒng)仍由很多依靠傳統(tǒng)的人工操作方式。在煤礦地下開(kāi)采的過(guò)程中，由于地層中含水的涌出，雨水和江河中水的滲透，水砂充填和水力采煤礦井的井下供水，將要有大量的水晝夜不停地匯集于井下。在一些大水礦井，礦井涌水量可達(dá)到每秒17立方米，甚至超過(guò)每秒20立方米。如果不能及時(shí)地將這些積水排送到井上，井下的生產(chǎn)就可能受到阻礙，井下的安全就會(huì)得不到保障，嚴(yán)重者會(huì)造成重大事故。因此，井下排水就顯得尤為重要。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，每開(kāi)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。因此，井下排水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性(安全運(yùn)轉(zhuǎn))與經(jīng)濟(jì)性(效率高、電耗量小)，具有十分重要的意義。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。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。但是現(xiàn)在的排水系統(tǒng)中，為了提高排水效率，減小水泵腐蝕，一般不用底閥，而用射流泵或真空泵為水泵和吸水管注水。其功用為:①調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程；②起動(dòng)時(shí)將它完全關(guān)閉，以降低起動(dòng)電流。其缺點(diǎn)是密封面容易擦傷，檢修較為困難，高度尺寸較大，在安裝位置受到限制時(shí)，安裝不便，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高。③逆止閥 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(yùn)轉(zhuǎn)(如突然停電)時(shí)，或者在未關(guān)閉調(diào)節(jié)閘閥的情況下停泵時(shí)，能自動(dòng)關(guān)閉，切斷水流，使水泵不致受到水力沖擊而遭到損壞。在向水泵和吸水管中灌引水時(shí)，要通過(guò)放氣栓(又叫氣嘴)將水泵和吸水管中的空氣放掉。此外，還可通過(guò)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(shí)須通過(guò)連接在底閥上的鐵絲或鏈條將底閥提起。常用的壓力表為普通彈簧管壓力表，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可分為徑向無(wú)邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。壓力表所測(cè)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。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征也可分為徑向無(wú)邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。 MPa(一個(gè)大氣壓)。在無(wú)底閥的排水系統(tǒng)中，水泵每次起動(dòng)都要灌水，這一工作由抽真空設(shè)備完成，一般使用射流泵或真空泵。它們的工作原理不同，但都能在系統(tǒng)中使水泵工作腔達(dá)到一定的真空度，保證系統(tǒng)正常工作。這種排水系統(tǒng)的操作以離心式水泵的工作特性為基礎(chǔ)，泵站的起停時(shí)間判斷，完全依賴于工人的經(jīng)驗(yàn)和已有的操作規(guī)程。真空度達(dá)到要求后，起動(dòng)水泵機(jī)組，使水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。 停泵過(guò)程要進(jìn)行相反的操作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)涌水量的不同，工人還要判斷同時(shí)投入幾臺(tái)水泵工作，以便于既能及時(shí)排出積水，又能使泵站合理使用，避免過(guò)度頻繁的起停。這種排水系統(tǒng)的工作流程完全由手工完成，工人按部就班的完成各個(gè)執(zhí)行件的操作。作業(yè)過(guò)程比較復(fù)雜，要求工人具有很強(qiáng)的責(zé)任心，否則可能出現(xiàn)誤操作，甚至發(fā)生大的事故。人工操作無(wú)法避免高強(qiáng)度的勞作。而且，水泵房要時(shí)時(shí)有人值守，以便在發(fā)生異常情況時(shí)，及時(shí)報(bào)警檢修。自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，將使得排水系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)，整個(gè)工作流程通過(guò)軟件的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，程序確定后，水泵機(jī)組將按給定的程序自動(dòng)啟停水泵、開(kāi)合閥門，極大的減小工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。井下排水是伴隨著采礦工程產(chǎn)生的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。傳統(tǒng)的繼電器控制方法，用人工進(jìn)行檢測(cè)(如人工檢測(cè)水倉(cāng)水位、淤泥厚度、管道、閘閥及配電設(shè)備狀況等)，這種檢測(cè)控制方法效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且由于井下環(huán)境惡劣，故障率較高。隨之，一種新穎的礦井排水計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)問(wèn)世。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的集散式控制方式，建立了多級(jí)模塊化的結(jié)構(gòu)體系，提出了多參數(shù)的模糊綜合決策方法。第二章 礦井自動(dòng)排水系統(tǒng)的各種參數(shù)與檢測(cè)排水裝置要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、無(wú)人職守，最根本的就是讓控制系統(tǒng)了解自動(dòng)化系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的狀況和運(yùn)行狀態(tài)。圖 主排水泵自動(dòng)化