中央水泵房系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計

1、畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）（說 明 書）題 目：平煤首山一礦井下中央水泵控制系統(tǒng)設(shè)計姓 名： 學(xué) 號： xxx工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011 年 12 月 9 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 （論文） 任 務(wù) 書姓名 梁占營 專業(yè) 電氣自動化（plc技術(shù)應(yīng)用方向） 任 務(wù) 下 達 日 期 2011 年 9 月 19 日設(shè)計（論文）開始日期 2011 年 9 月 26 日設(shè)計（論文）完成日期 2011 年 12 月 9 日設(shè)計（論文）題目： 平煤首山一礦井下中央水泵控制系統(tǒng)設(shè)計 a編制設(shè)計 b設(shè)計專題（畢業(yè)論文） 指 導(dǎo) 教 師 曹留柱 系（部）主 任 郭宗躍 2011 年 12 月 9日平頂山

2、工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會記錄 自動化與信息工程 系電氣自動化（plc技術(shù)應(yīng)用方向）專業(yè)，學(xué)生梁占營 于 2011 年 12 月 15 日進行了畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯。設(shè)計題目：平煤首山一礦井下中央水泵控制系統(tǒng)設(shè)計 專題（論文）題目： 平煤首山一礦井下中央水泵控制系統(tǒng)設(shè)計 指導(dǎo)老師： 曹留柱 答辯委員會根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會討論評定，給予學(xué)生 梁占營 畢業(yè)設(shè)計（論文）成績?yōu)?。答辯委員會 人，出席 人答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員： ， ， ， ， ， ， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）評語

3、第 頁共 頁學(xué)生姓名： 梁占營 專業(yè)電氣自動化（plc技術(shù)應(yīng)用方向） 年級 2009 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 平煤首山一礦井下中央水泵控制系統(tǒng)設(shè)計 評 閱 人： 指導(dǎo)教師： 曹留柱 （簽字） 年 月 日成 績： 系（科）主任： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）及答辯評語： 目錄目錄1摘要1第1章 首山一礦的概述2第2章中央泵房自動化系統(tǒng)32.1水泵等部件的基本情況32.2井下中央水泵控制系統(tǒng)基本要求42.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)42.3.1離心泵基本構(gòu)造42.3.2離心泵的分類62.3.3離心泵的工作原理62.4系統(tǒng)組成62.5模擬量檢測部分（傳感器）：82.5.1模擬量擴展模塊接線圖及模塊設(shè)置82.5

4、.2模擬量擴展模塊的尋址132.5.3模擬量值和a/d轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換132.6開關(guān)量檢測部分142.7執(zhí)行部分14第3章 井下中央水泵控制系統(tǒng)設(shè)計163.1系統(tǒng)運行方式163.1.1遠程控制方式163.1.2就地集中控制方式163.1.3自動控制163.1.4系統(tǒng)集控193.2系統(tǒng)工作原理193.2.1單臺水泵自動啟停的實現(xiàn)193.2.2運行參數(shù)的檢測193.2.3自動控制的要求20第4章 s7-300plc的基本組成224.1 中央處理單元cpu224.2輸入/輸出部件234.3存儲器244.4外部設(shè)備254.4.1人機接口254.4.2外存儲器254.4.3 eprom寫入器254.5電源部

5、件26第5章 系統(tǒng)設(shè)計275.1單臺水泵控制系統(tǒng)設(shè)計275.1.1流程圖275.1.2程序設(shè)計285.1.2程序設(shè)計285.1.3子程序調(diào)用305.1.4硬件圖325.1.6主控制圖33附錄34總結(jié)35致謝36參考文獻37摘要綜合自動化系統(tǒng)是應(yīng)用現(xiàn)代電子技術(shù)和自動化技術(shù)對礦井生產(chǎn)過程實現(xiàn)全面監(jiān)控的系統(tǒng)，把采掘生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行集中監(jiān)控，實現(xiàn)生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)各運行參數(shù)的統(tǒng)計并上傳至礦區(qū)辦公局域網(wǎng)，這樣使得煤礦生產(chǎn)和管理更加科學(xué)高效。集成當今先進的計算機信息化、自動化和監(jiān)測監(jiān)控等技術(shù)，針對煤礦高危險、惡劣環(huán)境的特點，通過系統(tǒng)優(yōu)化和創(chuàng)新，開發(fā)煤礦綜

6、合自動化技術(shù)，在現(xiàn)場控制為主的局部控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，實現(xiàn)以地面集中操作、分布控制為主的全過程控制。即通過生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備層、控制層與信息層的集成，實現(xiàn)控制與管理的數(shù)據(jù)通訊與共享；通過開發(fā)基于中間件技術(shù)的控制軟件，將對生產(chǎn)過程的控制、監(jiān)測能力隨網(wǎng)絡(luò)的擴展而自然延伸，直至實現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進行的異地遠程監(jiān)測與維護。綜合自動化系統(tǒng)覆蓋了全礦的生產(chǎn)過程，使用web瀏覽功能或安裝客戶端軟件可以使上級主管部門及時了解安全生產(chǎn)情況，進行遠程實時監(jiān)察，及時處理生產(chǎn)過程中的不安全因素生產(chǎn)過程。關(guān)鍵詞：計算機、自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)第1章 首山一礦的概述首山一礦井田位于平頂山市東北，距平頂山市約25km，行政區(qū)隸屬襄城縣

7、管轄。井田位于丘陵平原的過度部位。井田內(nèi)可采及局部可采煤層5層，可采儲量308.49mt，主采戊9-10及己16-17(含己15)煤層為中厚及厚煤層，厚度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，具備了建設(shè)現(xiàn)代化大型高產(chǎn)高效礦井的資源條件。礦井正常涌水量405.34m3/h；最大涌水量486.41m3/h。地質(zhì)報告初步預(yù)測己及戊煤層為有瓦斯突出危險煤層，己煤層底板埋深多在730m以下，鉆孔實測巖溫39.7050.57，全部處在二級高溫區(qū)，戊煤層底板埋深多在550m以下，鉆孔實測巖溫32.6242.99，大部處在二級高溫區(qū)，少部處在一級高溫區(qū)。采煤方法以走向長壁綜采一次采全高采煤法為主。礦區(qū)煤炭生產(chǎn)計劃目標是到原煤產(chǎn)量達

8、22.00mt/a，其中己組煤產(chǎn)量10.76mt/a。設(shè)計礦井年工作日300d,每天4班作業(yè),每天凈提升14h。首山一礦在設(shè)計時對礦井安全生產(chǎn)綜合自動化（簡稱綜合自動化）方面考慮較少，因此在礦井建設(shè)過程中對綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)缺乏總體的規(guī)劃，對綜合自動化涉及的范圍、目標定位、綜合自動化的所起的作用、工程實施等方面都沒有詳細的規(guī)劃。本規(guī)劃將從明確綜合自動化系統(tǒng)概念開始，對綜合系統(tǒng)化的必要性、可行性、適用性、實效性等方面進行研究，并針對首山一礦的具體特點，規(guī)劃綜合自動化將要達到的目標、具備的性能、包括的內(nèi)容、工程實施的方案等方面進行有針對性的研究，以期指導(dǎo)首山一礦建設(shè)安全生產(chǎn)綜合自動化的工作。第2章

9、 中央泵房自動化系統(tǒng)2.1水泵等部件的基本情況首山一礦設(shè)計有兩個泵房，一為中央泵房，另一個為采區(qū)泵房，目前已經(jīng)建設(shè)的為中央泵房。中央泵房有5臺排水泵組成，采用降壓啟動方式，目前大部分關(guān)鍵閥門為電動控制，但沒有形成自動化控制，基本情況如下：設(shè)備名稱基本情況數(shù)量說明水泵yb710m2.4，電機10kv，功率1400kw，南陽防爆電機廠5電抗器降壓啟動閥門電動/手動兩用閥門。電機功率1.5kw，電壓660v。常州蘭陵閥門5管路閥門同上5高壓供電無錫軍工隔爆型，電壓10kv，有綜保，綜保為安華順城產(chǎn)品，具備通訊和四遙功能，型號sdzb-l65低壓供電低壓供電為660v，浙江恒泰的產(chǎn)品，綜保也為恒泰產(chǎn)品

10、，具備通訊和四遙功能，型號為zbk-36。5抽真空系統(tǒng)采用水射流和空氣射流兩種模式，可通過4組閥門進行切換，閥門非電動，型號為dn501004閥門需改造壓力傳感器目前的壓力傳感器為普通儀表10需更換壓力變送器液位傳感器無液位傳感器流量計無流量計溫度傳感器目前電機前后軸和定子有pt，其信號已接入南陽產(chǎn)隔爆型溫度儀，水泵前后軸無溫度儀5需采用具有通訊能力的溫度傳感器振動傳感器無振動傳感器目前無防爆產(chǎn)水倉閘門采用兩組電動閥門實現(xiàn)2其他閥門抽真空閥門有10個需改造為電動，號為dn25-100；另外管網(wǎng)還有2個閥門需改造為電動，型號為dn200-100目前無防爆產(chǎn)水倉閘門采用兩組電動閥門實現(xiàn)22.2井下

11、中央水泵控制系統(tǒng)基本要求中央泵房自動化系統(tǒng)的總體設(shè)計思路是實現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動調(diào)度，能根據(jù)水倉的水位等參數(shù)自動調(diào)配水泵，同時完成水泵狀態(tài)的監(jiān)測和監(jiān)控，并能實現(xiàn)水泵的峰谷運行策略，到達無人值守、節(jié)能降耗的效果。根據(jù)首山水泵的實際情況，設(shè)計的內(nèi)容包括：為每臺水泵的出水和管網(wǎng)閥門增加一控制箱，實現(xiàn)閥門的電動運行為每臺水泵增加一就地控制箱，采用遠程i/o，實現(xiàn)壓力、溫度、流量等的采集，并實現(xiàn)水泵啟停、電動閥門開閉等操作，同時具備手動操作按鈕。增加一套集控plc系統(tǒng)，采集液位、高低壓控制及各就地控制箱的信息，實現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動調(diào)度，實現(xiàn)各類自動操作和保護，同時具備遠程監(jiān)控功能。改造部分閥門，包括四個放水閥

12、、10個射流閥、2個管網(wǎng)閥門增加部分傳感器，包括液位計、流量計、真空壓力變送器、水壓變送器、溫度傳感及變送器等。增加兩套防水門的液壓控制系統(tǒng)2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3.1離心泵基本構(gòu)造離心泵的基本構(gòu)造是由六部分組成的，分別是：葉輪，泵體，泵軸，軸承，密封環(huán)，填料函。如下圖所示： 2.3-1水泵結(jié)構(gòu)示意圖 1）葉輪是離心泵的核心部分，它轉(zhuǎn)速高輸出力大，葉輪上的葉片又起到主要作用，葉輪在裝配前要通過靜平衡實驗。葉輪上的內(nèi)外表面要求光滑，以減少水流的摩擦損失。2）泵體也稱泵殼，它是水泵的主體。起到支撐固定作用，并與安裝軸承的托架相連接。3）泵軸的作用是借聯(lián)軸器和電動機相連接，將電動機的轉(zhuǎn)距傳給葉輪，所以它

13、是傳遞機械能的主要部件。4）軸承是套在泵軸上支撐泵軸的構(gòu)件，有滾動軸承和滑動軸承兩種。滾動軸承使用牛油作為潤滑劑加油要適當一般為2/33/4的體積太多會發(fā)熱，太少又有響聲并發(fā)熱！滑動軸承離心泵結(jié)構(gòu)使用的是透明油作潤滑劑的,加油到油位線。太多油要沿泵軸滲出并且漂，太少軸承又要過熱燒壞造成事故！在水泵運行過程中軸承的溫度最高在85度一般運行在60度左右，如果高了就要查找原因（是否有雜質(zhì)，油質(zhì)是否發(fā)黑，是否進水）并及時處理！5）密封環(huán)又稱減漏環(huán)。葉輪進口與泵殼間的間隙過大會造成泵內(nèi)高壓區(qū)的水經(jīng)此間隙流向低壓區(qū)，影響泵的出水量，效率降低！間隙過小會造成葉輪與泵殼摩擦產(chǎn)生磨損。為了增加回流阻力減少內(nèi)漏，

14、延緩葉輪和泵殼的所使用壽命，在泵殼內(nèi)緣和葉輪外援結(jié)合處裝有密封環(huán)，密封的間隙保持在0.251.10mm之間為宜。6） 填料函主要由填料，水封環(huán)，填料筒，填料壓蓋，水封管組成。填料函的作用主要是為了封閉泵殼與泵軸之間的空隙，不讓泵內(nèi)的水流不流到外面來也不讓外面的空氣進入到泵內(nèi)。始終保持水泵內(nèi)的真空！當泵軸與填料摩擦產(chǎn)生熱量就要靠水封管住水到水封圈內(nèi)使填料冷卻！保持水泵的正常運行。所以在水泵的運行巡回檢查過程中對填料函的檢查是特別要注意！在運行600個小時左右就要對填料進行更換。2.3.2離心泵的分類1）按工作葉輪數(shù)目來分類單級泵：即在泵軸上只有一個葉輪。多級泵：即在泵軸上有兩個或兩個以上的葉輪，

15、這時泵的總揚程為n個葉輪產(chǎn)生的揚程之和。2）按工作壓力來分類低壓泵：壓力低于100米水柱； 中壓泵：壓力在100650米水柱之間；高壓泵：壓力高于650米水柱。3）按泵軸位置來分類臥式泵：泵軸位于水平位置。立式泵：泵軸位于垂直位置。4）按葉輪出來的水引向壓出室的方式分類蝸殼泵：水從葉輪出來后，直接進入具有螺旋線形狀的泵殼。導(dǎo)葉泵：水從葉輪出來后，進入它外面設(shè)置的導(dǎo)葉，之后進入下一級或流入出口管。平時我們說某臺水泵屬于多級泵，是指葉輪多少來講的。根據(jù)其它結(jié)構(gòu)特征，它又有可能是臥式泵、高壓泵等2.3.3離心泵的工作原理在離心泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體；啟動后，啟動后，葉輪由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉

16、片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中。可見，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和排出。2.4系統(tǒng)組成1.人職守控制系統(tǒng)由底層的plc、執(zhí)行機構(gòu)、檢測機構(gòu)；上層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及客戶端組成。plc是通過工業(yè)以態(tài)網(wǎng)和西門子公司的opc軟件與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器連接的，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和客戶端是由工業(yè)以態(tài)網(wǎng)連接的

17、。具體的結(jié)構(gòu)如圖：2.4-1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖2.網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 統(tǒng)底層的plc帶有工業(yè)以態(tài)網(wǎng)模塊，在以態(tài)網(wǎng)模塊和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間有光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器將plc發(fā)出的電信號轉(zhuǎn)換成光信號在光纜中傳輸。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器1和2互為熱備用，即在任一服務(wù)器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能夠正常運行，能夠保證不影響生產(chǎn)。由于無人職守系統(tǒng)不只有水泵控制系統(tǒng)，還有包括主扇風機等一些控制系統(tǒng)，所有在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和客戶端之間加dlink hub，用來擴展網(wǎng)絡(luò)接口?？蛻舳四軌?qū)崟r地監(jiān)測水泵的運行參數(shù)以及控制水泵的起停。3. plc終端plc是該系統(tǒng)的終端核心，本系統(tǒng)采用s7-300plc。3.1 終端硬件配置 該系統(tǒng)的plc硬件是1個主站和5和從

18、站構(gòu)成的profibus-dp網(wǎng)絡(luò)，主站包括電源模塊、cpu模塊、數(shù)字量i/o模塊、a/d模塊、通訊模塊和工業(yè)以態(tài)網(wǎng)模塊。其組態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2。 采用上述的profibus-dp網(wǎng)絡(luò)集散控制可以避免繁瑣的硬件電路連接，即可以節(jié)省成本有可以節(jié)省人力資源，而且還提高了系統(tǒng)的可靠性，精確性。3.2軟件設(shè)計plc軟件配置有系統(tǒng)程序和用戶程序。系統(tǒng)程序配置在cpu模塊里，出廠時就已經(jīng)集成在硬件里，無需用戶自己編寫。用戶程序是在用戶在編程器里編寫好之后下載到plc的存儲模塊，程序采用塊式結(jié)構(gòu)形式。以下是該系統(tǒng)部分用戶程序。2.5模擬量檢測部分（傳感器）：1)倉水位傳感變送器2)量傳感變送器3)力傳感變送器4)

19、空度傳感變送器5)量傳感變送器6)度傳感變送器2.5-1檢測部分組成圖說名：以上所用的各種傳感變送器輸出的信號均為標準信號。如上圖所示：2.5.1模擬量擴展模塊接線圖及模塊設(shè)置em235是最常用的模擬量擴展模塊，它實現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。下面以em235為例講解模擬量擴展模塊接線圖，如圖2.5-2圖2.5-2圖1演示了模擬量擴展模塊的接線方法，對于電壓信號，按正、負極直接接入x和x；對于電流信號，將rx和x短接后接入電流輸入信號的“”端；未連接傳感器的通道要將x和x短接。對于某一模塊，只能將輸入端同時設(shè)置為一種量程和格式，即相同的輸入量程和分辨率。em235的常用技術(shù)參數(shù)如下

20、表2.5-3模擬量輸入特性模擬量輸入點數(shù)4輸入范圍電壓（單極性）010v 05v 01v 0500mv 0100mv 050mv 電壓（雙極性）10v 5v 2.5v 1v 500mv 250mv 100mv 50mv 25mv電流020ma數(shù)據(jù)字格式雙極性 全量程范圍-32000+32000單極性 全量程范圍032000分辨率12位a/d轉(zhuǎn)換器模擬量輸出特性模擬量輸出點數(shù)1信號范圍電壓輸出 10v電流輸出020ma數(shù)據(jù)字格式電壓-32000+32000電流032000分辨率電流電壓12位電流11位表2.5-3下表說明如何用dip開關(guān)設(shè)置em235擴展模塊，開關(guān)1到6可選擇輸入模擬量的單/雙極

21、性、增益和衰減。em235開關(guān) 單/雙極性選擇增益選擇衰減選擇sw1sw2sw3sw4sw5sw6on單極性off 雙極性off off x1off onx10 onoff x100onon無效onoff off 0.8off onoff 0.4off off on0.2表2.5-4由表2.5-4可知，dip開關(guān)sw6決定模擬量輸入的單雙極性，當sw6為on時， 模擬量輸入為單極性輸入，sw6為off時，模擬量輸入為雙極性輸入。sw4和sw5決定輸入模擬量的增益選擇，而sw1，sw2，sw3共同決定了模擬量的衰減選擇。根據(jù)上表6個dip開關(guān)的功能進行排列組合，所有的輸入設(shè)置如下表2.5-5表2

22、.5-5單極性滿量程輸入分辨率sw1sw2sw3sw4sw5sw6onoffoffonoffon0到50mv12.5voffonoffonoffon0到100mv25vonoffoffoffonon0到500mv125uaoffonoffoffonon0到1v250vonoffoffoffoffon0到5v1.25mvonoffoffoffoffon0到20ma 5aoffonoffoffoffon0到10v 2.5mv 雙極性滿量程輸入分辨率sw1 sw2sw3sw4sw5sw6onoff off onoff off 25mv 12.5v off onoff onoff off 50mv 2

23、5voff off ononoff off 100mv 50v onoff off off onoff 250mv 125voff onoff off onoff 500 250voff off onoff onoff 1v 500v onoff off off off off 2.5v 1.25mv off onoff off off off 5v 2.5mv off off onoff off off 10v 5mv 6個dip開關(guān)決定了所有的輸入設(shè)置。也就是說開關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個模塊，開關(guān)設(shè)置也只有在重新上電后才能生效。1. 輸入校準模擬量輸入模塊使用前應(yīng)進行輸入校準。其實出廠前已經(jīng)進行

24、了輸入校準，如果offset和gain電位器已被重新調(diào)整，需要重新進行輸入校準。其步驟如下：1）切斷模塊電源，選擇需要的輸入范圍。2）接通cpu和模塊電源，使模塊穩(wěn)定15分鐘。3）調(diào)節(jié)offset（偏置）電位計，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)字數(shù)據(jù)值。4）將一個滿刻度值信號接到輸入端子中的一個，讀出送到cpu的值。5）調(diào)節(jié)gain（增益）電位計，直到讀數(shù)為32000或所需要的數(shù)字數(shù)據(jù)值。6）必要時，重復(fù)偏置和增益校準過程。2. em235輸入數(shù)據(jù)字格式下表2.5-6給出了12位數(shù)據(jù)值在cpu的模擬量輸入字中的位置表2.5-6可見，模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（adc）的12位讀數(shù)是左對齊的。最高有效位是符

25、號位，0表示正值。在單極性格式中，3個連續(xù)的0使得模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（adc）每變化1個單位，數(shù)據(jù)字則以8個單位變化。在雙極性格式中，4個連續(xù)的0使得模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器每變化1個單位，數(shù)據(jù)字則以16為單位變化。3. em235輸出數(shù)據(jù)字格式圖表2.5-7給出了12位數(shù)據(jù)值在cpu的模擬量輸出字中的位置： 表2.5-7數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換器（dac）的12位讀數(shù)在其輸出格式中是左端對齊的，最高有效位是符號位，0表示正值。2.5.2模擬量擴展模塊的尋址每個模擬量擴展模塊，按擴展模塊的先后順序進行排序，其中，模擬量根據(jù)輸入、輸出不同分別排序。模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個字長，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始。

26、例如：aiw0，aiw2，aiw4、aqw0，aqw2。每個模擬量擴展模塊至少占兩個通道，即使第一個模塊只有一個輸出aqw0,第二個模塊模擬量輸出地址也應(yīng)從aqw4開始尋址，以此類推。表2.5-8演示了cpu224后面依次排列一個4輸入/4輸出數(shù)字量模塊，一個8輸入數(shù)字量模塊，一個4模擬輸入/1模擬輸出模塊，一個8輸出數(shù)字量模塊，一個4模擬輸入/1模擬輸出模塊的尋址情況，其中，灰色通道不能使用。表2.5-82.5.3模擬量值和a/d轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換假設(shè)模擬量的標準電信號是a0am（如：420ma），a/d轉(zhuǎn)換后數(shù)值為d0dm（如：640032000），設(shè)模擬量的標準電信號是a，a/d轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)

27、值為d，由于是線性關(guān)系，函數(shù)關(guān)系af（d）可以表示為數(shù)學(xué)方程：a（dd0）（ama0）（dmd0）a0。根據(jù)該方程式，可以方便地根據(jù)d值計算出a值。將該方程式逆變換，得出函數(shù)關(guān)系df（a）可以表示為數(shù)學(xué)方程：d（aa0）（dmd0）（ama0）d0。具體舉一個實例，以s7-200和420ma為例，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后，我們得到的數(shù)值是640032000，即a04，am20，d06400，dm32000，代入公式，得出：a（d6400）（204）（320006400）4假設(shè)該模擬量與aiw0對應(yīng)，則當aiw0的值為12800時，相應(yīng)的模擬電信號是6400162560048ma。又如，某溫度傳感器，10

28、60與420ma相對應(yīng)，以t表示溫度值，aiw0為plc模擬量采樣值，則根據(jù)上式直接代入得出：t=70（aiw06400）2560010可以用t 直接顯示溫度值。模擬量值和a/d轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換理解起來比較困難，該段多讀幾遍，結(jié)合所舉例子，就會理解。為了讓您方便地理解，我們再舉一個例子：某壓力變送器，當壓力達到滿量程5mpa時，壓力變送器的輸出電流是20ma，aiw0的數(shù)值是32000?？梢?，每毫安對應(yīng)的a/d值為32000/20，測得當壓力為0.1mpa時，壓力變送器的電流應(yīng)為4ma，a/d值為（32000/20）46400。由此得出，aiw0的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實際壓力值（單位為kpa）的計算公式為：

29、vw0的值(aiw0的值6400)(5000100)/(320006400)100（單位：kpa）2.6開關(guān)量檢測部分將高壓啟動柜中的真空斷路器狀態(tài)、電抗柜中的真空接觸狀態(tài)、電動閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)等開關(guān)量信號接入plc控制系統(tǒng)中，可檢測系統(tǒng)運行狀態(tài)。2.7執(zhí)行部分（1）執(zhí)行部分包括排水閥、配水閥、電磁閥、真空設(shè)備等。（2）plc就地控制柜由s7-300plc系統(tǒng)構(gòu)成，完成水泵自動開/停所需的模擬量及狀態(tài)信號檢測并發(fā)出控制命令，控制各個相應(yīng)閥門及電機動作。就地控制柜安裝在泵房內(nèi)對應(yīng)的水泵附近，就地控制柜通過網(wǎng)絡(luò)電纜與plc排水集中控制柜相連，參與集中控制，構(gòu)成一個完整的排水自

30、動控制系統(tǒng)。（3）plc集中控制柜：集中控制柜由s7-300plc系統(tǒng)構(gòu)成，將多臺就地控制柜通過mpi網(wǎng)絡(luò)連成一個整體，實現(xiàn)各水泵的聯(lián)機控制。觸摸屏上以圖形方式顯示水泵系統(tǒng)的運行參數(shù)并提供觸摸式按鍵操作。地面集控系統(tǒng)與集中控制柜通過光纖以太網(wǎng)相連，實現(xiàn)水泵系統(tǒng)的遙測、遙控，集中控制柜安裝于井下變電所內(nèi)。（4）地面遠程控制終端：采用高性能工控計算機，控制軟件采用國際領(lǐng)先的工控組態(tài)軟件編制，可實時監(jiān)視水泵系統(tǒng)的運行參數(shù)，并可遠程控制水泵系統(tǒng)的啟停。系統(tǒng)運行方式水泵系統(tǒng)工作原理開泵工作過程：單臺水泵自動啟動的過程為: 單臺機組啟動首先要對真空度進行檢測，啟動抽真空系統(tǒng)（開啟球閥），如果真空度達到要求

31、（即達到-21ka），將高壓開關(guān)合閘，啟泵（同時串入電抗器，達到額定轉(zhuǎn)速切除）電機正常運轉(zhuǎn)后，再檢測水泵出水口處的壓力，如果壓力達到水泵的額定壓力（6.4mpa），即可以打開電動閘閥。關(guān)泵工作過程：關(guān)閉單臺水泵工作順序為：首先關(guān)閉電動閘閥，等其關(guān)到位之后再將高壓開關(guān)柜分閘即停止水泵。若沒有關(guān)閉電動閘閥就將高壓開關(guān)柜分閘，則會發(fā)生水錘現(xiàn)象，嚴重的會將管路中的逆止閥打壞，造成嚴重后果。中央泵房單臺水泵系統(tǒng)基本示意如圖圖2.7-1第3章 井下中央水泵控制系統(tǒng)設(shè)計3.1系統(tǒng)運行方式水泵系統(tǒng)運行分為三種方式控制：就地控制方式、半自動運行方式、自動運行方式。運行方式顯示在水泵操作界面的左上角。就地運行方式

32、為水泵檢修狀態(tài)，此時調(diào)度中心只有監(jiān)測功能；自動運行方式為水泵全自動運行方式，不需要人進行參與水泵的控制運行，水泵系統(tǒng)按照預(yù)定的程序進行啟動停止，此時調(diào)度中心只有監(jiān)測功能；半自動運行需要人參與系統(tǒng)運行，可以分別啟動單臺水泵的起停.3.1.1遠程控制方式 遠程控制可以根據(jù)工況設(shè)定，以及時間、水位、煤礦用電負荷等參數(shù)自動開啟、停止水泵的運轉(zhuǎn)，對運行中的各種參數(shù)進行實時監(jiān)控。通過接口向上傳送數(shù)據(jù)，對全礦井涌水量進行監(jiān)測，根據(jù)全礦井供電負荷調(diào)整要求，按預(yù)定的工作程序進行定期排水，實現(xiàn)礦井排水優(yōu)化控制。并根據(jù)水倉水位情況自動控制排水泵的開停。3.1.2就地集中控制方式此種方式下,操作人員可在plc控制柜觸

33、摸屛上實現(xiàn)一鍵開泵,程序自動執(zhí)行啟泵的全過程,可大大減輕工人的勞動強度,提高操作的可靠性。就地手動控制各設(shè)備工作方式打到就地位置時，可直接在開關(guān)柜上人工手動控制。此方式主要用于設(shè)備檢修時。3.1.3自動控制1)半自動控制在半自動方式下調(diào)度人員可登陸通過點擊系統(tǒng)紅色啟動按鈕，其余方式下該按鈕不會出現(xiàn)。3.1-1系統(tǒng)啟動過程中信息顯示說明圖該按鈕是系統(tǒng)啟動按鈕，當該按鈕可用時，點擊該按鈕可實現(xiàn)水泵半自動遠程控制啟停，在點擊啟動或停止按鈕時都會彈出一個確認窗口，這個窗口可對前一動作進行確認或是取消，當操作命令下發(fā)成功后則會根據(jù)返回信息彈出一個提示操作成功的框口，若是命令下發(fā)失敗后則會彈出一個提示操作

34、失敗的窗口水泵也不會啟動。3.1-2統(tǒng)啟動過程中信息顯示說明點擊確定后系統(tǒng)進入啟動過程，首先抽真空啟動，通過相應(yīng)的閥門狀態(tài)可以看出運行情況(注：閥門開到位：紅色；閥門關(guān)到位：綠色；閥門開啟過程中：黃色)，此時真空度逐漸變大，當達到一定值時，啟動水泵高壓開關(guān)。當主排水泵開關(guān)合上后，電機啟動，然后短路電抗器合閘，此時水泵上可顯示旋轉(zhuǎn)的，當出現(xiàn)該圖形并且轉(zhuǎn)動表示水泵合閘成功。水泵合閘成功后則主管道壓力開始增加，流量計顯示數(shù)值也逐漸增大，當壓力達到一定值打開主排水管電動閥門。此時流量值繼續(xù)增大，當流量值超過50立方米/小時，主排水管上顯示水流信息，水泵正常啟動。系統(tǒng)停止時，點擊系統(tǒng)停止按鈕，若彈出提示

35、操作成功的窗口則主排水泵開關(guān)打開，電機斷電，然后短路電抗器分閘，此時水泵上旋轉(zhuǎn)的停止顯示，表示分閘成功。水泵分閘成功后，主排水管壓力降低，流量減小，當流量小于50立方米/小時，系統(tǒng)水流顯示信息關(guān)閉，表示系統(tǒng)停止成功。若彈出操作失敗的窗口則操作失敗，需在操作箱上打到就地方式人工手動停止。2)全自動控制水泵就地控制箱上按鈕旋至全自動，則對應(yīng)水泵處于全自動狀態(tài)，水泵將按照排水用時測算以及用電峰谷時段的劃分等條件自動啟動/停止水泵。全自動控制主要由平時處理和谷時處理兩個部分組成。在平時當水位超過上限時啟動水泵，谷時的時候判斷水倉里的蓄水需要多久能夠抽完，并將該時間與谷時結(jié)束前所剩時間進行比較，滿足要求

36、則啟動水泵，確保在谷時結(jié)束時將水位抽到最低，谷時結(jié)束后進行蓄水。啟動水泵時根據(jù)涌水速率確定啟動水泵臺數(shù)，根據(jù)水泵的累計運行時間確定優(yōu)先啟動哪臺水泵。當運行中水泵出現(xiàn)故障時，啟動下一臺水泵。3)故障保護水泵啟動/運行/停止過程中出現(xiàn)故障時，能夠?qū)崿F(xiàn)水泵的自動停止，同時給出報警信息，提示故障類型，為現(xiàn)場維護提供依據(jù)。保護流程可參考監(jiān)控原理部分給出的流程圖。水泵啟動后即激活故障保護模塊，按照類型不同可分為抽真空超時、合閘超時、壓力偏低、電流偏低、電流偏高、閘閥開超時、效率偏低、閘閥關(guān)超時、分閘超時、超溫保護（包括電機前/后軸溫、電機定子溫度、水泵前/后軸溫）十類。系統(tǒng)報錯后自動停止故障泵，運行狀態(tài)跳

37、轉(zhuǎn)至故障狀態(tài)，同時給出報警提示。此時系統(tǒng)自動將故障泵鎖定，全自動情況下退出全自動啟動選擇備選機組，半自動操作無法啟動，需在就地排查故障后，將水泵復(fù)位后，方可重新投入使用。故障復(fù)位：故障排除后，需將故障泵復(fù)位后才能重新投入使用，點擊操作界面上按鈕，跳出復(fù)位確認對話框，點擊按鈕，完成故障復(fù)位，對應(yīng)水泵機組重新投入使用。3.1.4系統(tǒng)集控今后采區(qū)泵房也進行類似自動化改造后，通過決策控制中心的智能閉鎖實現(xiàn)兩個水泵房的聯(lián)合控制，協(xié)調(diào)控制排水過程，最終實現(xiàn)主排水系統(tǒng)的最優(yōu)控制。3.2系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)通過檢測水倉水位和其它參數(shù),并依據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型,實現(xiàn)“避峰用谷”,合理調(diào)度水泵運行。系統(tǒng)自動化的實現(xiàn)是建

38、立在單臺水泵自動啟停之上。3.2.1單臺水泵自動啟停的實現(xiàn)單臺水泵自動啟動的過程為:啟動抽真空系統(tǒng)、檢測真空度、啟泵、檢測水泵出水口壓力、打開水泵出水口電動閥。1啟動抽真空系統(tǒng)為保證離心排水泵能夠正常啟動,須先向水泵及其吸水管內(nèi)充水,目前,一般采用抽真空吸水的方式實現(xiàn)。這種方式通常由兩套抽真空系統(tǒng)組成,一為射流泵系統(tǒng)、二為電動真空泵系統(tǒng),兩者由管路并聯(lián)使用,通過閥門可相互切換。2真空度的檢測抽真空系統(tǒng)在工作時,可使水泵和吸水管腔內(nèi)形成一定的真空度,真空度的高低與其腔內(nèi)的水位有著嚴格的對應(yīng)關(guān)系,真空度愈高,則水位愈高。通過檢測水泵及吸水管的真空度可得知其充滿水否。3啟動水泵礦井排水泵采用10kv

39、大功率電機,其降壓啟動由啟動柜和電抗器柜自動完成。自動控制時,只需將控制信號接入啟動柜并將狀態(tài)信號返回控制系統(tǒng)即可。4檢測出水口壓力通過檢測設(shè)置于水泵出水口處壓力表壓力,可判斷水泵正常啟動與運行否。如采用模擬量壓力表,可提高系統(tǒng)的可靠性,并可連續(xù)檢測壓力隨電動閥打開時的變化情況,為水泵效率及工況的測量提供條件。5打開出水閘閥當水泵啟動完成后再打開出水口閘閥，可使水泵電機啟動電流小、啟動時間短。3.2.2運行參數(shù)的檢測通過傳感器和變送器,可檢測水泵排水流量、軸溫、轉(zhuǎn)速、電機溫度、電流、功率等水泵與電機的工作參數(shù),以監(jiān)測水泵機組的運行狀況,并適時對其進行調(diào)節(jié)。3.2.3自動控制的要求1、井下中央泵

40、房自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)功能如下：2、根據(jù)水倉水位等情況自動控制排水泵啟停。3、控制各泵輪流工作,使每臺磨損程度均等。4、根據(jù)水倉水位、供電峰谷段時間劃分等情況,合理調(diào)度水泵運行,節(jié)省運行費用。5、檢測水泵及其電機的工作參數(shù)。如:水泵流量、壓力、軸溫、電機溫度、電機功率與工作電流等。6、具有參數(shù)越限報警、故障報警以及自動保護等功能。7、監(jiān)控中心上位機通過通信線路監(jiān)測參數(shù)和實施控制。8、系統(tǒng)具有就地控制、半自動的集中控制和遠方控制、全自動控制三種方式的選擇。9、具有防水密閉門的自動關(guān)閉和自動控制功能。泵房內(nèi)的吸水小井與水倉相連,通過在吸水井設(shè)置水位傳感器,控制系統(tǒng)據(jù)此和其它參數(shù)合理調(diào)度水泵。由于水位參

41、數(shù)直接控制水泵的動作，對水位的檢測采用模擬和數(shù)字冗余檢測，傳感器之間互為監(jiān)視、互為備用。水泵的合理調(diào)度應(yīng)包括如下幾個方面；1）根據(jù)水倉水位啟動或停止水泵；2)根據(jù)礦井的涌水量控制水泵運行的臺數(shù)；3）控制各臺水泵輪流工作,使其磨損程度均等；機組均勻磨損：由于水泵機組一般有5臺，為了防止因備用泵或者管路長期不用而使電機受潮或者其他故障而未被發(fā)現(xiàn)，當緊急情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全，本自動控制系統(tǒng)按“輪換工作制”來設(shè)計，以達到有故障早發(fā)現(xiàn)，、早處理，以免影響礦井安全生產(chǎn)的目的。該部分程序是以每臺機組的累計運行時間作為判斷依據(jù)、每臺機組的累計運行時間是機組停止時刻時間值減去機組投入時刻時間數(shù)

42、值，分別為t1-t5，將5臺機組的累計運行時間進行比較，數(shù)值最小者投入當次運行，依次循環(huán)下去。當某臺水泵或其所屬閥門故障或檢修時，系統(tǒng)發(fā)出警報，同時該泵退出輪換，其余各泵仍按輪換工作制運行，以達到均勻磨損的目的。4）應(yīng)盡量安排水泵在供電部門所規(guī)定的谷段和平段時間運行，避免峰段，即“避峰添谷”。如今全國大部分地區(qū)已經(jīng)實行電價分段收費，峰段與谷段的差價是相當大的，所以針對水泵機組是郝能大戶這一事實，實施電價避峰填谷是非常有意義的，可以節(jié)省大量的成本。電價避峰填谷原理為：首先設(shè)定4個水位限值h1-h4，當水位達到報警水位時，首先對電網(wǎng)的負荷進行監(jiān)測，若處于用電谷段或者平段時，可以立即啟動，若處于用電

43、峰段，則暫緩啟動。當水位繼續(xù)上升至超限水位時，則不論電網(wǎng)負荷若何，必須立即啟動水泵。若水位繼續(xù)上升至極限水位時，則表明一臺水泵的排水量已不足以排除礦井出水，必須啟動第2臺水泵，用2臺水泵一起排水，以礦井的最大排水能力來排除礦井涌水。不論投入幾臺水泵，水位必須下降至低限水位方可停泵。系統(tǒng)采用德國siemens的可編程控制器（帶觸摸屏）作為水泵主控制器，地面控制中心采用研華工業(yè)控制計算機作上位機，系統(tǒng)具有現(xiàn)場可編程、輸入/輸出點數(shù)可擴展、顯示操作簡便等特點，除能完成水泵的單機控制外，可通過以太網(wǎng)接口與全礦綜合自動化網(wǎng)絡(luò)連接,由井上控制中心監(jiān)控所有被控設(shè)備.第4章 s7-300plc的基本組成本系統(tǒng)

44、選用德國西門子公司的simatic s7-300系列plc系統(tǒng)。s7-300系列plc是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種單獨模塊之間可以進行廣泛組合和擴展。它的系統(tǒng)構(gòu)成如圖4-1所示：其主要組成部分有導(dǎo)軌(rack)、電源模塊(ps)、中央處理單元模塊(cpu)、接口模塊(im),信號模塊(sm)、功能模塊(fm)等。它可以通過mpi連接電纜或通訊模塊與計算機進行通訊，再加上其全面的診斷功能和完善的自我保護技術(shù)，使其具有極高的可靠性，極其適合本系統(tǒng)的需求。除此之外，它自帶的step7編程軟件功能強大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷。圖4-1 s7-300plc系統(tǒng)構(gòu)成框圖4.1 中央處理單元cpu同一

45、般的微處理器一樣，中央處理單元是plc的主要部分，是系統(tǒng)的核心。它通過輸入裝置讀入外設(shè)的狀態(tài)，由用戶程序去處理，并根據(jù)結(jié)果通過輸出裝置去控制外設(shè)。一般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)。一個為字處理器，多為8位或16位微處理器。另一個是位處理器，也稱為布爾處理器，是一些廠家設(shè)計制造的專用芯片。字處理器是主處理器，由它處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)總線、內(nèi)部計數(shù)器、內(nèi)部定時器，監(jiān)視掃描時間，統(tǒng)一管理編程接口，同時協(xié)調(diào)位處理器及輸入輸出。位處理器也稱從處理器，它的主要作用是處理位操作指令和在機器操作系統(tǒng)的管理下實現(xiàn)plc編程語言向機器語言的轉(zhuǎn)換。位處理器的采用，加快了plc的掃描速度，使plc能較好

46、的滿足實時控制要求4.2輸入/輸出部件輸入/輸出部件通常亦稱i/o單元或i/o模塊，plc通過i/o單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。通過i/o接口可以檢測被控對象或被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為plc對被控對象進行控制的信息依據(jù)。同時plc又通過i/o接口將處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程。plc提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的i/o單元，有各種各樣的i/o單元供用戶選用。外部設(shè)備傳感器和執(zhí)行機構(gòu)所需的信號電平是多種多樣的，而plc中cpu處理的信息只能是標準電平，所以i/o單元需實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。i/o單元的主要類型有：數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。sm321數(shù)字量

47、輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成s7-300內(nèi)部信號電平。對于現(xiàn)場輸入元件，僅需要提供開關(guān)觸點即可。輸入信號進入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待cpu采樣。數(shù)字量輸入模塊sm321有直流16點輸入、直流32點輸入、交流16點輸入、交流8點輸入四種型號模塊可供選擇。sm322數(shù)字量輸出模塊將s7-300內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成過程所需要的外部信號電平，可直接用于驅(qū)動電磁閥、接觸器、小型電動機、燈和電動機啟動器等。按負載回路使用的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。按輸出開關(guān)器件的種類不同又可分為：晶體管輸出方式、可控硅輸出方式和繼電器輸出方式。晶體管輸出方式的模塊，只能帶直流負載，屬于直流輸出模塊，沒有反極性保護措施，輸出具有短路保護功能，使用于驅(qū)動電磁閥和直流接觸器?？煽毓栎敵龇绞綄儆诮涣鬏敵龇绞?，適用于驅(qū)動交流電磁閥、接觸器、電機啟動器和燈。繼電器觸點輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊，其額定負載電壓范圍較寬，直流可以從24v到120v，交流可以從48v到230v。sm322有16點晶體管輸出、32點晶體管輸出、16點可控硅輸出、8點晶體管輸出、8點可控硅輸出、8點繼電器輸出和16點繼電器輸出共