【正文】 參數(shù)進行檢測，本章將對以下5個監(jiān)控的參數(shù)展開論述并給出檢測的方法和可實現(xiàn)性。第二章 礦井排水系統(tǒng)的各種參數(shù)與檢測排水裝置要實現(xiàn)自動控制、無人職守，最根本的就是讓控制系統(tǒng)了解自動化系統(tǒng)中各個設(shè)備的狀況和運行狀態(tài)。該系統(tǒng)采用先進的集散式控制方式，建立了多級模塊化的結(jié)構(gòu)體系，提出了多參數(shù)的模糊綜合決策方法。隨之，一種新穎的礦井排水計算機自動控制系統(tǒng)問世。傳統(tǒng)的繼電器控制方法，用人工進行檢測(如人工檢測水倉水位、淤泥厚度、管道、閘閥及配電設(shè)備狀況等)，這種檢測控制方法效率低，工人勞動強度大，且由于井下環(huán)境惡劣，故障率較高。井下排水是伴隨著采礦工程產(chǎn)生的一項系統(tǒng)工程。自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用，將使得排水系統(tǒng)可靠性增強，整個工作流程通過軟件的編程來實現(xiàn)，程序確定后，水泵機組將按給定的程序自動啟停水泵、開合閥門，極大的減小工人的勞動強度。而且，水泵房要時時有人值守，以便在發(fā)生異常情況時，及時報警檢修。人工操作無法避免高強度的勞作。作業(yè)過程比較復(fù)雜，要求工人具有很強的責(zé)任心，否則可能出現(xiàn)誤操作，甚至發(fā)生大的事故。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執(zhí)行件的操作。根據(jù)現(xiàn)場涌水量的不同，工人還要判斷同時投入幾臺水泵工作，以便于既能及時排出積水，又能使泵站合理使用，避免過度頻繁的起停。 停泵過程要進行相反的操作。真空度達到要求后，起動水泵機組，使水泵運轉(zhuǎn)。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)，泵站的起停時間判斷，完全依賴于工人的經(jīng)驗和已有的操作規(guī)程。它們的工作原理不同，但都能在系統(tǒng)中使水泵工作腔達到一定的真空度，保證系統(tǒng)正常工作。 ⑥射流泵或真空泵 離心式水泵在起動前必須將吸水管和泵腔內(nèi)注滿水才能進入運行狀態(tài)，否則水泵轉(zhuǎn)動時將無法吸水，形成“干燒”，嚴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，為檢測排水管中水壓大小用。當(dāng)排水管中有存水時，也可通過旁通管向水泵和吸水管中灌引水，此時要將旁通管上的閥門打開。 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時，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放水用。調(diào)節(jié)閘閥的優(yōu)點是流動阻力和關(guān)閉壓力較小，安裝時無方向性，能夠方便地來調(diào)節(jié)水泵的流量和揚程等。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排水系統(tǒng)也采用潛水泵。 井下排水設(shè)備所配備電機的功率，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、國家的財產(chǎn)都帶來了極大的威脅。另外，煤炭開采過程中，由于地層結(jié)構(gòu)被破壞，巖層斷裂，使采區(qū)與儲水層連通，發(fā)生突水事故，涌水量會突然增加。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)的組成及工作過程，指出其存在的問題，為井下主排水系統(tǒng)自動控制的研究提供依據(jù)。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)備的運行情況及各個運行參數(shù)，做到有故障及時發(fā)現(xiàn)并盡早處理。本系統(tǒng)采用水泵及管路的“自動輪換”工作制。礦井排水系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計課 題： 礦井主排水自動控制系統(tǒng)設(shè)計組 長：硬 件：軟 件：文 檔: 目 錄摘 要 4第一章 緒論 5 6 6 7 9 10 11第二章 礦井排水系統(tǒng)的各種參數(shù)與檢測 11 12 12 15 16 17 19 19 20 22 22第三章 基于PLC的井下自動排水系統(tǒng)總體設(shè)計 23 24 24 PLC的主要特點 25 PLC的基本工作原理 28 PLC地址分配和實現(xiàn)控制功能 30 S7200PLC的基本組成 34 PROFIBUSDP總線 39第四章 礦井自動主排水系統(tǒng)設(shè)備的選型設(shè)計 40 40 40 42 45 45 電動球閥 46 47 49 高壓電纜的選擇 49 51第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 52 52 52 5運行、停止故障保護流程圖 56 PLC的程序設(shè)計 59 61 62 62 62 65 65第六章 控制系統(tǒng)的抗干擾措施 66 66 66第七章 3臺電動機啟動控制線路與程序 68 3臺電動機啟動控制線路圖與輸入/輸出端口分配表 68 操作步驟、程序梯形圖與指令表 69 操作步驟 69 71 指令表 72第八章 總結(jié) 74附錄： 75摘 要文章對晉煤藍焰鳳凰山礦155301綜采工作面進行了排水設(shè)計，然后根據(jù)排水控制的要求，進行自動控制方面的設(shè)計。本系統(tǒng)采用SIEMENS的S7200系列PLC，并結(jié)合各種傳感器（主要為水位傳感器、負壓傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等），完成系統(tǒng)設(shè)計中要實現(xiàn)的控制功能。又根據(jù)“避峰填谷”的原則確定開啟水泵臺數(shù)，以達到節(jié)省用電的目的。S7200通過CP340通訊模塊，采用RS232C通信標準與就地PC建立聯(lián)系。然而，目前我國的井下排水系統(tǒng)仍由很多依靠傳統(tǒng)的人工操作方式。在煤礦地下開采的過程中，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，礦井涌水量可達到每秒17立方米，甚至超過每秒20立方米。如果不能及時地將這些積水排送到井上，井下的生產(chǎn)就可能受到阻礙，井下的安全就會得不到保障，嚴重者會造成重大事故。因此，井下排水就顯得尤為重要。根據(jù)統(tǒng)計，每開采1噸煤就要排出27噸礦井水，有時甚至要排出3040噸礦井水。因此，井下排水設(shè)備運轉(zhuǎn)的可靠性(安全運轉(zhuǎn))與經(jīng)濟性(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、電動機、起動設(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)水泵的流量和揚程；②起動時將它完全關(guān)閉，以降低起動電流。其缺點是密封面容易擦傷，檢修較為困難，高度尺寸較大，在安裝位置受到限制時，安裝不便，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較高。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。在向水泵和吸水管中灌引水時，要通過放氣栓(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。常用的壓力表為普通彈簧管壓力表，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可分為徑向無邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。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。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。 MPa(一個大氣壓)。在無底閥的排水系統(tǒng)中，水泵每次起動都要灌水，這一工作由抽真空設(shè)備完成，一般使用射流泵或真空泵。目前，我國大多煤礦企業(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。當(dāng)水倉水位到達設(shè)定的高水位時，工人打開射流泵(或真空泵)，為水泵抽真空，同時觀測真空表的讀數(shù)。當(dāng)水泵出水口壓力表讀數(shù)達到要求時，開起閘閥進行排水，同時關(guān)閉抽真空的射流泵(或真空泵)。當(dāng)水倉積水降至低水位時，先將閘閥關(guān)死，再停水泵機組。其存在的問題有如下幾點：①效率低、可靠性差。另外，對水位、涌水量大小等現(xiàn)場數(shù)據(jù)的判斷依賴于工人的經(jīng)驗。②工人勞動強度大。尤其是閘閥的操作，勞動量最大。針對上述排水系統(tǒng)存在的問題，本文提出了基于PLC的礦井主排水自動控制系統(tǒng)的設(shè)計。PLC將水泵機組的運行狀態(tài)與參數(shù)經(jīng)安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)傳至地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動化控制信息，實現(xiàn)井下主排水系統(tǒng)的遙測、遙控。隨著控制理論和現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展，自動排水系統(tǒng)的研究在理論和實踐上都取得了一定進步。所以靠人工檢測的方法已不適應(yīng)煤炭發(fā)展的需要，取而代之的是自動化排水系統(tǒng)。由于礦井排水系統(tǒng)屬于多變量、非線性、時變的復(fù)雜系統(tǒng)，特別是在管道和水泵等環(huán)節(jié)中，各變量之間又存在著交叉，因此礦井排水系統(tǒng)非常適合于采用模糊控制的方法進行動態(tài)監(jiān)測和故障診斷。目前，PLC在國內(nèi)外工業(yè)控制中已獲得廣泛應(yīng)用，在礦井排水系統(tǒng)中，采用PLC自動監(jiān)測排水系統(tǒng)的運行狀況，自動進行數(shù)據(jù)采集、自動記錄、故障報警、事故分析、多臺水泵啟動的自動切換等，所得到的動態(tài)資料準確性高，控制的可靠性高。這些運行狀態(tài)經(jīng)過系統(tǒng)中央處理單元的分析和運算后，做出判斷并顯示給集中監(jiān)控室。(1)水倉水位的檢測(2)水泵流量的檢測(3)水泵壓力檢測(4)水泵負壓檢測(5)電機及水泵溫度檢測一、超聲波液位傳感器超聲波液位傳感器是利用超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的反射特性而制成的。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。下面就單換能器的超聲波傳感器加以介紹。 圖2 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： 則 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。 超聲波液位傳感器具有精度高和使用壽命長的特點，但若液體中有氣泡或液面發(fā)生波動，便會產(chǎn)生較大的誤差。本設(shè)計中采用的是超聲波液位計，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。工作特點：采用SMD技術(shù)，提高儀器的可靠性，自動功率調(diào)整，增益控制、溫度補償。采用新型的波形計算技術(shù)，提高儀表的測量精度。16位D/A轉(zhuǎn)換，提高電流輸出的精度和分辨率。圖3 超聲波液位計選型設(shè)計中選用二線制輸出型液位計，其參數(shù)如下：量程： 0～120m精度： % 盲區(qū)： ～溫度： 20℃～+55℃電源： 24VDC控制： 無輸出： 4～20mA 二線制防護等級：利用處于一定深度時液體會產(chǎn)生一定的壓強這個基本原理制成的。圖4 水位計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，該微弱的電信號經(jīng)放大器放大后送A/D變換器，單片機采集數(shù)字信號經(jīng)運算處理后，輸出的水位高度用數(shù)碼管來顯示，同時輸出對應(yīng)的輸出信號。圖5 傳感器功能模塊圖上述兩種液位傳感器是基于不同的工作原理設(shè)計和制造出來的，分別適應(yīng)于不同的工作場所。一、兩種液位傳感器的比較投入式液位傳感器的特點在于: ①制造成本相對于超聲波液位傳感器較為低廉: ②量程比較小(5 —10米)，但一般能滿足測量水倉水位的要求: ③性能受到被檢測介質(zhì)物理性質(zhì)(如液體有固體沉積或粘稠)的影響；④測量工作不受空氣中的懸浮成分如粉塵、濃煙等的影響相對而言，超聲波液位傳感器的特點在于:①超聲波傳播會受到空氣中粉塵的影響；②超聲波水位傳感器的測量量程大；③超聲波水位傳感器屬于非接觸式傳感器，性能不受被檢測介質(zhì)的影響； ④制造成本比較高。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。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。但是由于超聲波液位傳感器不能用在過于狹小的空間內(nèi)，當(dāng)條件不具備時，也可以使用兩個投入式傳感器來檢測水位。所謂接觸式就是傳感器直接與被測物體接觸，這是測溫的基本形式。非接觸式溫度傳感器理論上不存在接觸式溫度傳感器的測量滯后和應(yīng)用范圍上的限制，可測高溫、腐蝕、有毒、運動物體及固體、液體表面的溫度，不干擾被測溫度場，但測量精度低，使用不太方便。本文選擇PT100溫度傳感器測電機及水泵溫度。 （2）0℃≤t≤850℃時，PT100溫度傳感器是一個模擬信號，它在實際應(yīng)用中有二種形式:一種是不需要顯示的,主要采集到PLC，這樣在使用的時候只需要一塊PT100的集成電路，要注意的是這個集成電路采集的不是電流信號而是電阻值，PT100的集成電路（需要一個177。（這樣的形式可以同時采集多路），還有一種就是單獨的一個PT100溫度傳感器（工作電源是24V DC），產(chǎn)生一個420mA的電流，然后再通過一個420mA電流電路板把420mA的電流變?yōu)?5V電壓。 PT100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：測量范圍：200℃～+850℃；