【正文】 ....................................................................... 21 啟動(dòng)過(guò)程 ......................................................................................... 21 停機(jī)過(guò)程 ......................................................................................... 22 小結(jié) .................................................................................................... 22 3 主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .......................................................................... 23 主排水自控系統(tǒng)主要設(shè)備選型 .................................................................... 23 主要硬件選型 ................................................................................... 23 PLC 的選型 ..................................................................................... 24 各模塊地址分配 ......................................................................................... 28 排水自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件連接 ........................................................................ 31 小結(jié) .......................................................................................................... 37 4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) ...................................................................................... 1 主程序的編程 ............................................................................................... 1 水位判斷 ...................................................................................................... 3 水泵輪換工作 .............................................................................................. 4 6 模擬量采集 ................................................................................................. 6 避峰就谷原則 .............................................................................................. 8 自動(dòng)控制 ................................................................................................... 10 小結(jié) ........................................................................................................... 11 5 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì) .............................................................................. 12 PLC 控制系統(tǒng)的干擾因素 ........................................................................... 12 電源引入的干擾 ................................................................................ 12 I/0 信號(hào)線引入的干擾 ....................................................................... 12 接地線引入的干擾 ............................................................................ 12 PLC 控制系統(tǒng)的抗干擾措施 ....................................................................... 13 電源系統(tǒng)的抗干擾措施 ..................................................................... 13 I/0 通道的抗干擾措施 ....................................................................... 13 小結(jié) .......................................................................................................... 13 總 結(jié) .................................................................................................................... 14 7 1 緒論 煤礦井下排水重要性 礦井水的來(lái)源 礦井水的形成一般是由于巷道揭露和采空區(qū)塌陷波及到水源所致，其水源主要是含水層水、采空區(qū)老塘水、地表水、大氣降水和斷層水。含水層早期對(duì)礦井影響較小 ,隨著時(shí)間的推移 ,含水層水會(huì)長(zhǎng)期影響礦山。這種水源含有大量的硫酸根離子， PH 值在 3 左右，有的甚至為 1，具有強(qiáng)烈腐蝕性，這種水成為突水水源時(shí)，危害性極大。當(dāng)?shù)乇硭w中影響范圍內(nèi)采礦時(shí)，在一定的條件下，水會(huì)涌進(jìn)坑道成為礦井充水來(lái)源。 ⑷ 大氣降水：地區(qū)降水量的大小、降水性質(zhì)和強(qiáng)度及延續(xù)時(shí)間也對(duì)礦井的充水有很大影響。 ⑸ 斷層水：是指 由不透水巖層 ,切斷了的地下水。因此存在的隔水層，使兩層不接觸水。低于地下水位開(kāi)采礦產(chǎn)，為了防止地下水含水層中進(jìn)我的，充滿(mǎn)了隔水層必須維護(hù)。煤礦事故的原因有很多，如頂板、運(yùn)輸、火災(zāi)和煤塵爆炸，但通常瓦斯爆炸和水災(zāi)是最頻繁、最嚴(yán)重的。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)有效的煤礦井下排水系統(tǒng)是必不可少的 8 國(guó)內(nèi)外研究 狀況 國(guó)內(nèi)研究狀況 國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究煤礦井下排水系統(tǒng)控制上已取得了許多成果。 對(duì)煤礦中央泵房水泵的自動(dòng)控制系統(tǒng)的成功改造， 為在我國(guó)在自動(dòng)控制排水系統(tǒng)開(kāi)辟了一個(gè)新方法。隨后幾年，國(guó)內(nèi)研究人員從離心泵、管道、電動(dòng)機(jī)三個(gè)方 面提出了對(duì)地下排水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。 國(guó) 外 研究 狀況 礦井排水設(shè)備是 煤礦生產(chǎn)的 主要用電設(shè)備 之一 ， 因此實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的 節(jié)能 用電是十分必要的 。并以北烏拉爾鋁土礦和斯塔哈諾夫煤炭生產(chǎn)聯(lián)合公司為例 ， 具體介紹了幾種工況點(diǎn)經(jīng)修正后的離心泵能耗估算情況。俄羅斯教授波波夫、博士 波波夫教授 和 北烏拉爾鋁土礦生產(chǎn)聯(lián)合公司工程師沙爾塔諾夫 ， 在 2020 3500 kw 異步電動(dòng)機(jī)直接進(jìn)入電網(wǎng)全電壓起動(dòng)與礦井高揚(yáng)程水泵雙機(jī)拖動(dòng)的的比較，指出了 礦井排水高揚(yáng)程水泵采用雙電機(jī)拖動(dòng)具有 無(wú)可爭(zhēng)辯的優(yōu)越性。俄羅斯研究人員利用成本相等的原則，推出了水泵循環(huán)使用周期和管道清 洗周期的計(jì)算公式，為管道清理和水泵的使用提出了科學(xué)依據(jù)，提高了整個(gè)排水系統(tǒng)的安全性能。它不僅僅是關(guān)于整個(gè)排水系統(tǒng)正常運(yùn)行，還影響地下設(shè)備的運(yùn)行和礦井工作人員的安全。國(guó)外很多國(guó)家根據(jù)他們特定的環(huán)境問(wèn)題，由其是對(duì)礦井酸性廢水進(jìn)行大量研究，并發(fā)表數(shù)百篇學(xué)術(shù)論文和一些專(zhuān)著，對(duì)世界在礦井排水的研究上作出了巨大的貢獻(xiàn)。集中在標(biāo)準(zhǔn)化， 9 實(shí)時(shí) 化和統(tǒng)計(jì)劃管理礦井排水問(wèn)題，利用信息論、控制論、系統(tǒng)論和計(jì)算機(jī)技術(shù)建立水資源管理的信息系統(tǒng)。 本課題研究 的 主要內(nèi)容 針對(duì)目前我國(guó)煤礦井下排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本課題研制開(kāi)發(fā)適合我國(guó)煤礦的井下自動(dòng)排水系統(tǒng)。 系統(tǒng)可以 自動(dòng)啟停水泵 、 輪換工作。 設(shè)備運(yùn)行、保護(hù)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和傳送。 小結(jié) 這一章先是介紹了煤礦井水災(zāi)的主要來(lái)源和水災(zāi)帶來(lái)的危害，明確礦井排水的重要性。 10 2 煤礦泵房自動(dòng)控制系統(tǒng) 可編程控制器技術(shù)概況 可編程序邏輯控制器 （ Programmable Logic Controller， PLC） 是一種 可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)執(zhí)行內(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)和算術(shù)等方面的操作，并可以通過(guò)數(shù)字量或模擬量輸入 /輸出來(lái)控制各種類(lèi)型的機(jī)器和生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 只有 30 多年的發(fā)展歷史，卻取得了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。由于他結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、價(jià)格便宜，能夠滿(mǎn)足大部分場(chǎng)合電氣順序邏輯控制的要求，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域一直占有主導(dǎo)地位。 20 世紀(jì) 70 年代中期出現(xiàn)了微型處理器和微型計(jì)算機(jī)，人們將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了PLC 中，使它能更多發(fā)揮計(jì)算機(jī)的功能，不僅用邏輯編程取代了硬連線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù) 據(jù)傳輸和處理等功能，使其成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。但由于它和個(gè)人計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)容易混淆，所以現(xiàn)在把可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)為 PLC。用 PLC 實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按照控制功能要求，通過(guò)程序按一定的要求進(jìn)行輸入 /輸出變換，并將這個(gè)變換給以物理實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 圖 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖 一 、中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集中在一個(gè)芯片內(nèi)。 CPU 的主要任務(wù)是控制用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)的接受和存儲(chǔ)；用掃描的方式通過(guò) I/O 接口接受現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并 存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；診斷 PLC 內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等； PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶(hù)指令，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算數(shù)運(yùn)算等；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀C P U存 儲(chǔ) 器電 源 部 分輸入接口單元輸出接口單元編 程 設(shè) 備按 鈕行 程 開(kāi) 關(guān)C O M接 觸 器電 磁 閥指 示 燈L 12 態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放由 PLC 生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM內(nèi)，用戶(hù)不能更改，它使 PLC 具有基本的功能，能夠完成 PLC 設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作 。用戶(hù)存儲(chǔ)器包括用戶(hù)程序存儲(chǔ)器和用戶(hù)數(shù)據(jù)寄存器兩個(gè)部分。用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以用來(lái)存放用戶(hù)程序中所使用器件的 ON/OFF 狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。 三、 輸入 /輸出 單元 PLC 的輸入 /輸出信號(hào)類(lèi)型可以是開(kāi)關(guān)量、模擬量。 四、 電源部分 PLC 一般使用 220V 的交流電源或是 24V 的直流電源，內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供 5V、 24V 等直流電源，整體式的小型 PLC 還提供一定容量的直流 24V 電源，供外部有源傳感器使用。 的 工作原理 當(dāng) PLC 上電后，處于正常運(yùn)行時(shí)，他將不斷重復(fù)掃描過(guò)程，并不斷循環(huán)重復(fù)下去。 電 源 O N內(nèi) 部 處 理輸 入 處 理 （ 輸 入 傳 送 、 遠(yuǎn) 程 I / O ）通 信 服 務(wù) （ 外 設(shè) 、 C P U 、 總 線 服 務(wù) ）更 新 時(shí) 鐘 、 特 殊 寄 存 器C P U 運(yùn) 行 方 式執(zhí) 行 程 序輸 出 處 理執(zhí) 行 自 診 斷P L C 正 常 否 ？存 放 自