【正文】 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。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。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。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。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。不適用于作為調(diào)節(jié)或節(jié)流使用。當(dāng)閥門(mén)部分開(kāi)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。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。如圖21所示。 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(shí)排水系統(tǒng)也采用潛水泵。當(dāng)H達(dá)到H2時(shí),首先對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測(cè),若處于用電谷段,即啟動(dòng)水泵；若處于用電峰段,則暫緩啟動(dòng)水泵；當(dāng)水位繼續(xù)上升至H3時(shí),則不論電網(wǎng)負(fù)荷如何, 必須立即啟動(dòng)水泵；不論投入幾臺(tái)水泵,水位必須下降到H1時(shí)方可停泵。自動(dòng)累加水泵的排水時(shí)間和排水次數(shù)。每次啟動(dòng)水泵,自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間最短的無(wú)故障水泵。確保閘閥關(guān)閉到位,水泵關(guān)閉完畢。然后檢測(cè)水泵出水口壓力,如果壓力參數(shù)沒(méi)有達(dá)到要求,則繼續(xù)等待,并適時(shí)檢測(cè),當(dāng)壓力參數(shù)滿足要求,則打開(kāi)水泵出水口電動(dòng)閘閥同時(shí)停止抽真空系統(tǒng)。煤礦井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)是以單個(gè)水泵的自動(dòng)運(yùn)作為基礎(chǔ)的,每個(gè)水泵在啟動(dòng)前, PLC模塊先啟動(dòng)抽真空系統(tǒng),檢測(cè)真空度。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。 隨著我國(guó)頒布分時(shí)繳納電費(fèi)的辦法后，煤礦排水的經(jīng)濟(jì)效益也尤為突出。井下的水泵電壓高、功率大、啟動(dòng)復(fù)雜，水泵啟動(dòng)前吸水管路的充水，通常采用抽真空吸水的方法來(lái)完成。對(duì)世界礦井排水中的環(huán)境研究作出了巨大的貢獻(xiàn)。英國(guó)、德國(guó)、加拿大、西班牙等國(guó)根據(jù)本國(guó)礦井的具體存在的環(huán)境問(wèn)題，特別是酸性礦井排水進(jìn)行了大量的研究。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。俄羅斯研究人員根據(jù)費(fèi)用相等的原理，推導(dǎo)出水泵最佳使用周期和管道清理周期的兩種形式相似的計(jì)算公式，為水泵使用和管道清理從科學(xué)的角度進(jìn)行闡述，提高了整個(gè)排水系統(tǒng)的安全性能。本觀點(diǎn)避開(kāi)水泵、管道和用電效率等因素，單從用電時(shí)段來(lái)考慮，強(qiáng)調(diào)煤礦井下排水應(yīng)避開(kāi)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)。國(guó)內(nèi)某計(jì)研究院提出采用PLC自動(dòng)檢測(cè)水倉(cāng)水位、管道壓力、流量等數(shù)據(jù)，根據(jù)水倉(cāng)水位高低和參考礦井用電情況，建立數(shù)學(xué)模型，達(dá)到了水泵運(yùn)行的避峰就谷的效果，有效地節(jié)省了礦井在排水系統(tǒng)上的能耗，縮減了煤礦的生產(chǎn)成本。隨后幾年，根據(jù)煤礦井下排水系統(tǒng)消耗電能大的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)研究人員分別從離心式水泵，排水管路，電動(dòng)機(jī)三個(gè)方面提出了對(duì)井下排水系統(tǒng)的節(jié)能改造。首先是煤礦對(duì)中央泵房水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的成功改造，為我國(guó)井下排水系統(tǒng)自動(dòng)控制開(kāi)辟了一條新的途徑。目前國(guó)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。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。在煤礦地下開(kāi)采過(guò)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。 3）斷層破碎帶——通過(guò)斷層與含水層相連，斷層破碎帶成為涌水通道。（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。2）地表巖溶塌陷帶——礦區(qū)開(kāi)采后地表下沉，地表水和大氣降水通過(guò)塌陷坑直接進(jìn)入井下。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。另外，還有生產(chǎn)用水。 3）老空積水。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。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。地層中的沙層、砂巖和灰?guī)r層等，往往含有豐富的地下水。所以研究地下水的水量分布、補(bǔ)給條件、動(dòng)態(tài)變化規(guī)律等，對(duì)分析礦井涌水極為重要。（2）地下水源。 2）地表水。降水量對(duì)礦井涌水的影響，對(duì)于分布于河谷洼地，并且煤層上部有透水層、溶洞、裂隙或塌陷的淺井較為顯著，其影響具有明顯的季節(jié)性。1）大氣降水。(1)地表水源。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。煤礦井下排水系統(tǒng)控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 目 錄1 緒論 1 1 2 2 3 4 52 煤礦井下排水系統(tǒng)組成概況 6 6 8 9 11 11 11 12 12 133 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 14 14 PLC的主要特點(diǎn) 14 PLC的基本工作原理 17 PLC實(shí)現(xiàn)控制功能 19 PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 21 22 PLC系統(tǒng)選型 24 254 傳感器選型 26 27 27 28 29 30 31 32 32 34 37 375 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 38 38 40 運(yùn)行、停止故障保護(hù)流程圖 43 46 486 總結(jié)與展望 49 49 49參考文獻(xiàn) 51英文原文 53中文譯文 61致 謝 67 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒論在礦井生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常有各種水源的水涌入礦井，稱之為礦水。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。礦井涌水的水源有地表水和地下水兩大類(lèi)。地表水源主要指大氣降水和地表水。大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給水源。雨季礦井涌水量增大，旱季則相反。河流、湖泊、水庫(kù)和塌陷地積水等地表水，可以通過(guò)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(guò)與井巷連通的通道進(jìn)入井巷，造成水災(zāi)。地下水是礦井水最經(jīng)常、最主要的水源，而大氣降水和地表水也是一般先補(bǔ)給地下水，然后再流入礦井。 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。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。 2）斷層水。特別是當(dāng)導(dǎo)水?dāng)鄬优c強(qiáng)含水層或積水體相通時(shí)，如發(fā)生斷層突水，就會(huì)形成水災(zāi)。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(kāi)采時(shí)與之相通，就會(huì)發(fā)生突水事故。煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，如水采、除塵、煤體注水、防火注漿、水砂充填等，都要大量用水，如管理不善、排水不暢也可能引起水災(zāi)事故。(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。3）封孔質(zhì)量差的鉆孔——打孔后封孔不嚴(yán)，鉆孔成為各類(lèi)含水層的涌水通道。 2）巖溶——巖石中的溶洞、孔洞成為涌水通道。井下排水系統(tǒng)的任務(wù)就是把通過(guò)各種途徑流入礦井的積水排送到地表。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。因此礦井主排水系統(tǒng)是保證礦井安全的關(guān)鍵設(shè)備之一，在煤礦安全生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用。就國(guó)內(nèi)的研究工作來(lái)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。這也驗(yàn)證了以計(jì)算機(jī)進(jìn)行單臺(tái)水泵的“水泵控制系統(tǒng)”改造和以礦井監(jiān)控為主的“礦井監(jiān)控系統(tǒng)”組成的“礦井排水自動(dòng)控制系統(tǒng)”是一種可行的方法。由于各類(lèi)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。隨著全國(guó)普及用電分時(shí)段計(jì)費(fèi)后，國(guó)內(nèi)專家就煤礦用電問(wèn)題提出了分時(shí)用電以降低煤礦井下排水的成本。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(lái)研究。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)。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。并公開(kāi)發(fā)表了數(shù)百篇學(xué)術(shù)論文和幾部論文集和專著。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，這影響了生產(chǎn)的安全生和高效性，礦井中央泵房無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)可以有效解決這些問(wèn)題?，F(xiàn)泵房?jī)?nèi)設(shè)備的運(yùn)行與管理以及水倉(cāng)水位的觀察，普遍采用人工操作方式，操作過(guò)程繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、水泵啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、自動(dòng)化程度低、不適應(yīng)現(xiàn)代化礦井管理。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，煤礦排水系統(tǒng)的節(jié)約用電也開(kāi)始引起人們的注意。如果沒(méi)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。水泵運(yùn)行過(guò)程中, PLC模塊又適時(shí)檢測(cè)水倉(cāng)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。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)。當(dāng)兩臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間相近且最少時(shí),則啟動(dòng)運(yùn)行次數(shù)較少的水泵。 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。本章簡(jiǎn)述了煤礦井下水的形成和排水的重要性，目前該領(lǐng)域存在的問(wèn)題，并介紹了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后對(duì)本課題所要做的主要內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概括。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。 圖21 離心式水泵工作系統(tǒng)濾水器安裝在吸水管的下端，插入吸水井下面， 。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。（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(mén)，可接通或截?cái)嗔黧w的通道。閘閥通常適用于不需要經(jīng)常啟閉，而且保持閘板全開(kāi)或全閉的工況。 圖22閘閥結(jié)構(gòu)圖調(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。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。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。、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。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(mén)打開(kāi)。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。表殼的公稱直徑有60,100,150,200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。表殼的公稱直徑和壓力表一樣，也分為60,100,150，200和250mm五種。 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。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。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。引水設(shè)備一般為真空泵或射流泵。球閥（如圖23）是由旋塞閥演變而來(lái)。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)。 圖23 球閥結(jié)構(gòu)圖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。隨著真空應(yīng)用的發(fā)展，真空泵的種類(lèi)已發(fā)展了很多種，其抽速?gòu)拿棵肓泓c(diǎn)幾升到每秒幾十萬(wàn)、數(shù)百萬(wàn)升。 由于真空應(yīng)用部門(mén)所涉及的工作壓力的范圍很寬，因此任何一種類(lèi)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(lèi)型的真空泵。 凡是利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng))以獲得真空的泵，稱為機(jī)械真空泵。氣體在排出泵腔前被壓縮。 （1）往復(fù)式真空泵 利用泵腔內(nèi)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將氣體吸入、壓縮并排出。 （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。這種泵通常帶有氣鎮(zhèn)裝置。 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)。工作液體通常為水或油，所以亦稱為水環(huán)式真空泵或油環(huán)式真空泵。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(wú)油清潔真空環(huán)境的工藝場(chǎng)合。轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子同泵殼內(nèi)壁之間均保持一定的間隙。 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。 （2)渦輪分子泵 靠高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉片和靜止的定葉片相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)抽氣的。 （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(lái)的一種復(fù)合型的分子真空泵。射流泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。水力射流泵裝置的泵送是通過(guò)兩種運(yùn)動(dòng)流體的能量轉(zhuǎn)換來(lái)達(dá)到的。 ； 3. 擴(kuò)散管； ； 圖24射流泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 首先監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位，當(dāng)水倉(cāng)水位到達(dá)設(shè)定的高水位時(shí)，接通控制射流泵的電磁閥的線圈，開(kāi)啟射流泵，為離心式水泵進(jìn)行注水。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，水泵出口處的壓力會(huì)逐漸增加。同時(shí)，關(guān)閉射流泵，停止為其引水。，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