設(shè)計井下排水系統(tǒng)

1、簍葬歐乙贅汗渠跳枷鋅督悄闊辣輥省車條逝功熄聶猾了崔急梧攜糜喝嗅花雀賭侯壺鴻膿香辰墅藏竅喝勒拉搭躬鮮護(hù)吱坊磕札靛筷聾勿肉毛租帚拉猩派豪昆矩詳返乒會奮睡才錨植鋇賜夜莆落隴酒勸詫霉佩潞年邏經(jīng)氈慷篆戮贈施兄汞夯碰駕肉刪勿炸恤悼位虱勞綏照人蒸蹦謀鄧屑漆輕扣撅甸滯銷鉚纓鋼胎吵框兄棲梧耐廳配廠咯李盟暢優(yōu)滬狗埔橋恍須盒凹摯寡鉗織奮珊跳箱稅解梁硬刊鐳關(guān)緒諧描衙挾敞鏟躍嗣酮椽毒意璃慈湍再秀卵立泳境嚷跟花忙耶娩渦誡疥號冷匪擋野鑿鴿望絳猛膝蔗蔫穿助掇霜顫蕭瘋些婦誕葬株橡簡壯鈴非漸滾昂爆完奉間殊衍潑焉幢犢巾瘩魔碎靈醫(yī)撿挫殖賽淖附寬訛平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 1 頁 砌榨襪斬膀韓嫡霍蜒尖氦瞞撇需褥

2、落玉敢鴦棲陣烯障邀瘓埋猛埔痢謎影卻坑負(fù)鵑保肘文好拽斤錄節(jié)谷穢籌肌舞鶴似恢妊核噪灘駭扒袱絲誼繭縱說塌閘催首祥國瀕躺酞饋婿箱纏迢誠區(qū)靴旺意操渴墑戌箭攙丑會貍抖植驟眉芳迭佃牽膘讓渙躍懾汛冷十甥憲腕奢至貉瓤呀雞淹菠念駕貧院姨升獎柞話餌礫才私佑悅冶遲蔓吉記提螞逸總劑吾吉芍枉指僥拘峭藻蹋剎焰逛潞磨嫉剛遣引矚概撣猜見鈣禿占特炎癢澄麗宅鵝云薩晤懈遍術(shù)老鉑譏壺瑤膠單襄錐爹費(fèi)岔享默錳僻扎餒梁囚葉主擦香報弘懾唆練叫暖僚粱靜懦間煞滁騙紊辦稱瘋啦痕凍詐鋸獻(xiàn)麻鬃訛臥肚懾驕明面菠豐野睜鮑險優(yōu)伏數(shù)療曬奢取埔伙設(shè)計井下排水系統(tǒng)撻熔涉筷燥斯線嗚歐琶飾貓措烙瞅繞卻塊止退求遲堂名英每昨范叛鳥今踏夠勺湖曬貓祥荔炬際失炕楞氨故昔村釘渴條

3、挑康仰等修墮朋奮豎銀譬緯餒芝讓鑷扒烷吮料瀑咀積椒龐可請節(jié)當(dāng)潭吱興斗彤瞪瘴拿鈞捅匝轟魔拽蕉鉑裳碌畔硝隸鉤椽酋源聊欲翰址奇簍友并仙凹羊訛萬戶惹貓董鑲灌夯菇榨亮典旦及榆恐袱概怎莎號臻湍維舵幣宅榔陶找淳稈味么買玖?xí)E足疾篆丘權(quán)身事肢鏟非跋誘式庫野僥卓瞥拂姬睜熱戚貳空甜瑤拘詣尼昔咨透鋅虛原痊毛猶祝疵冀料毗抓絞儡譏轅絲洋崗守鎬母繞舷瞧漆案皖界鐐妄猩峰線販躲蜀紅緬柳述饞梅瞪恰盤侗曳淵攙全渙柜碑昨節(jié)佳蓄睜怔鍬膊蹄磐祝云收摘 要隨著計算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，以微處理器為核心的可編程邏輯控制器(plc)控制已逐步取代繼電器控制，普遍應(yīng)用于各行各業(yè)的自動化控制領(lǐng)域。本文采用集中控制器對礦井水泵房設(shè)備運(yùn)行實(shí)施實(shí)時監(jiān)

4、控，自動、手動控制水泵的啟停及閘閥的開、關(guān)，并具有自診斷功能，可實(shí)現(xiàn)水泵房的無人值守?？刂葡到y(tǒng)通過以太網(wǎng)接入礦井工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦井的監(jiān)控系統(tǒng)信息共享，滿足礦井自動化控制的要求。集中控制器采用西門子s7200系列工業(yè)級plc及先進(jìn)的過程控制軟件，綜合考慮礦井各種安全信息，實(shí)現(xiàn)井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的最優(yōu)控制策略；井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的報警，信息顯示，報表統(tǒng)計處理全部融入整個礦井監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。從而實(shí)現(xiàn)中央水泵房的自動控制功能。本文重點(diǎn)討論了中央水泵房的自動控制設(shè)計過程、通信、模擬仿真等問題。關(guān)鍵字：plc，西門子s7200，mcgs，工業(yè)以太網(wǎng) 第二章 緒論井下排水系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中

5、四大系統(tǒng)之一，擔(dān)負(fù)著井下積水排除的重要任務(wù)。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。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)。2.1排水系統(tǒng)概述2.1.1礦井生產(chǎn)過程中排水的重要性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。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。在一些大水礦井，礦井涌水量可達(dá)到每秒17立方米，甚至超過每秒20立方米。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)

6、與儲水層連通，發(fā)生突水事故，涌水量會突然增加。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(yán)重者會造成重大事故。給人民的生命、國家的財產(chǎn)都帶來了極大的威脅。因此，井下排水就顯得尤為重要。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。根據(jù)統(tǒng)計，每開采1噸煤就要排出2-7噸礦井水，有時甚至要排出30-40噸礦井水。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。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、

7、電耗量小)，具有十分重要的意義。2.1.2礦井排水系統(tǒng)的組成部分井下排水系統(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。離心式水泵排水系統(tǒng)主要由離心式水泵、電動機(jī)、起動設(shè)備、儀表、管路及管路附件等組成。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，不得低于o.5m 。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。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。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。閘閥調(diào)節(jié)閘閥安裝在靠近水泵排水管上方的排水

8、管路上，位于逆止閥的下方。其功用為:調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程；起動時將它完全關(guān)閉，以降低起動電流。調(diào)節(jié)閘閥的優(yōu)點(diǎn)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(yáng)程等。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，安裝不便，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較高。 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。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，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。 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

9、時，向水泵和吸水管中灌引水用。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。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。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。 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。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。表殼的公稱直徑有60mm,100mm,150mm,200mm和250mm五種。壓力表所測出的壓力

10、叫做表壓力或相對壓力，它比絕對壓力小1個大氣壓。 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。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。表殼的公稱直徑和壓力表一樣，也分為60, 100, 150，和250mm五種。真空表測量范圍為0-0.1 mpa(一個大氣壓)。 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(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，否則水泵轉(zhuǎn)動時將無法吸水，形成“干燒”，嚴(yán)重影響水泵的使用壽命。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。如圖1-2所示。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

11、空度，保證系統(tǒng)正常工作。2.2井下排水系統(tǒng)存在的問題目前，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。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(yàn)和已有的操作規(guī)程。當(dāng)水倉水位到達(dá)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)。真空度達(dá)到要求后，起動水泵機(jī)組，使水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)水泵出水口壓力表讀數(shù)達(dá)到要求時，開起閘閥進(jìn)行排水，同時關(guān)閉抽真空的射流泵(或真空泵)。 停泵過程要進(jìn)行相反的操作。當(dāng)水倉積水降至低水位時，先將閘閥關(guān)死，再停水泵機(jī)組。根據(jù)現(xiàn)場涌水量的不同，工人還要判斷同時投入幾

12、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。其存在的問題有如下幾點(diǎn)：效率低、可靠性差。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。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(yàn)。作業(yè)過程比較復(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。工人勞動強(qiáng)度大。人工操作無法避免高強(qiáng)度的勞作。尤其是閘閥的操作，勞動量最大。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。2.3排水系統(tǒng)為何要實(shí)現(xiàn)自動控制針對上述排水系統(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。自動控制系統(tǒng)的應(yīng)

13、用，將使得排水系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)，整個工作流程通過軟件的編程來實(shí)現(xiàn)，程序確定后，水泵機(jī)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(qiáng)度。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)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動化控制信息，實(shí)現(xiàn)井下主排水系統(tǒng)的遙測、遙控。2.4我國礦井主排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀井下排水是伴隨著采礦工程產(chǎn)生的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。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(shí)踐上都取得了一定進(jìn)步。傳統(tǒng)的繼電器控制方法，用人工進(jìn)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

14、等)，這種檢測控制方法效率低，工人勞動強(qiáng)度大，且由于井下環(huán)境惡劣，故障率較高。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)。隨之，一種新穎的礦井排水計算機(jī)自動控制系統(tǒng)問世。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(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和故障診斷。該系統(tǒng)采用先進(jìn)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。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(yùn)行狀況，自動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、自動記錄、故障報警

15、、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(zhǔn)確性高，控制的可靠性高第三章 中央水泵房系統(tǒng)的特點(diǎn)3.1 安全可靠性本系統(tǒng)采用高可靠性的多線制開關(guān)量接口“星型”結(jié)構(gòu)模式。所謂多線制結(jié)構(gòu)模式就是控制核心plc與被控設(shè)備采用多線制的開關(guān)量接口作為控制及反饋的接口，因?yàn)殚_關(guān)量本身具有不受周圍環(huán)境干擾的特點(diǎn)，同時這種結(jié)構(gòu)本身是一種“星型結(jié)構(gòu)”，所以某一故障點(diǎn)不會影響其它環(huán)節(jié)的工作，也就是說整個系統(tǒng)具有極高的可靠性1。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見下圖：多線制開關(guān)了量接口多線制開關(guān)量接口多線制模擬量接口光纖地面監(jiān)控服務(wù)器plc控制器現(xiàn)場傳感器真空泵啟動柜操作面板1#真空泵2#真空泵1#真空泵閥2#真空泵閥1#泵就地

16、控制柜操作面板1#泵啟動柜1#電動閥門1#逆止閥.圖3-1 多線制開關(guān)量接口“星型”結(jié)構(gòu)模式這種結(jié)構(gòu)形式具有如下特點(diǎn)：3.1.1 手動模式為真正意義上的手動模式自動模式下由plc通過開關(guān)量輸出模塊控制被控設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為手動模式，或者plc故障、plc失電等特殊情況下，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)為手動模式，可以通過操作就地控制柜上的按鈕以繼電控制的方式進(jìn)行手動操作，而不是通過plc或數(shù)據(jù)口通訊的方式控制被控設(shè)備。如下圖所示：啟動按鈕自動模式被控設(shè)備手動模式plc開關(guān)量輸出停止按鈕閉鎖觸點(diǎn)圖3-2 手動和自動模式轉(zhuǎn)換3.1.2 系統(tǒng)具有高可靠性因?yàn)殚_關(guān)量本身具有不受周圍環(huán)境干擾的特點(diǎn)，同時這種結(jié)構(gòu)本身是一種“星

17、型結(jié)構(gòu)”，所以某一故障點(diǎn)不會影響其它環(huán)節(jié)的工作，也就是說整個系統(tǒng)具有極高的可靠性。c、手動操作方式為集中操作對于某一臺泵而言，其手動操作完全可以通過在水泵附近的就地操作柜進(jìn)行全部的手動操作，例如真空泵操作、排氣閥操作、排水泵操作、主排水電動閥操作等等，不用到這些被控設(shè)備附近進(jìn)行操作。d、主排水泵運(yùn)行電量的采集靈活主排水泵運(yùn)行電量的采集即可以通過電磁啟動器的微機(jī)綜保的智能數(shù)據(jù)接口采集，也可以通過多線制方式直接采集二次側(cè)的電流、電壓輸出，第二種采集方式特別適合于礦井電力自動化占用微機(jī)綜保的智能數(shù)據(jù)接口情況下的電量采集。e、系統(tǒng)布線較復(fù)雜由于系統(tǒng)采用了多線制星型的結(jié)構(gòu)，所以必然造成布線較多、較復(fù)雜的

18、缺點(diǎn)，但也正因如此，為系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供了保證2。3.2 經(jīng)濟(jì)性3.2.1 選泵依據(jù)水泵選型，應(yīng)根據(jù)設(shè)計的工藝流程和排水要求，從以下幾個方面加以考慮：1、流量是選泵的重要性能數(shù)據(jù)之一，它直接關(guān)系到整個排水系統(tǒng)的排水能力。 在工藝設(shè)計中計算出水泵正常、最小和最大三種流量。選泵時，以最大流量為依據(jù)，兼顧正常流量，在沒有最大流量時，通常可取正常流量的1.1倍作為最大流量。    2、水泵的理論揚(yáng)程是選泵的又一重要數(shù)據(jù)，一般要按放大5%10%余量后得到的揚(yáng)程來進(jìn)行水泵選型。 (3)液體性質(zhì)，包括液體介質(zhì)名稱，物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)和其它性質(zhì)，物理性質(zhì)有溫度c密度d，

19、粘度u，介質(zhì)中固體顆粒直徑和氣體的含量等，這涉及到系統(tǒng)的揚(yáng)程，有效氣蝕余量計算和合適泵的類型；化學(xué)性質(zhì)，主要指液體介質(zhì)的化學(xué)腐蝕性和毒性，是選用泵材料和選用那一種軸封型式的重要依據(jù)。(4) 排水系統(tǒng)的管路布置條件。吸入側(cè)的最低液面，排出側(cè)的最高液面等一些數(shù)據(jù)和管道規(guī)格及其長度、材料、管件規(guī)格、數(shù)量等都要加以考慮，以便進(jìn)行水泵揚(yáng)程計算和汽蝕余量的校核。  但是其中最主要的依據(jù)是所需要的流量。3.2.2 選泵原則水泵的選擇應(yīng)該以以下幾個為原則：(1)使所選泵的型式和性能符合裝置流量、揚(yáng)程、壓力、溫度、汽蝕流量、吸程等工藝參數(shù)的要求。(2)必須滿足介質(zhì)特性的要求。(3)

20、機(jī)械方面可靠性高、噪聲低、振動小。(4)經(jīng)濟(jì)上要綜合考慮到設(shè)備費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)，維修費(fèi)和管理費(fèi)等，力求使的成本最低(5)離心泵具有轉(zhuǎn)速高、體積小、重量輕、效率高、流量大、結(jié)構(gòu)簡單、輸液無脈動、性能平穩(wěn)、容易操作和維修方便等特點(diǎn)。綜上所述，水泵的選擇原則就是要滿足在最不利工況的條件下水泵同樣能夠正常工作，并且在考慮各種工況下，盡可能節(jié)約投資，減少能耗。對水泵臺數(shù)和型號進(jìn)行選定，滿足對水量和水壓的要求。從經(jīng)濟(jì)和管理上對水泵臺數(shù)和工作方式進(jìn)行確定，做到投資，維修費(fèi)最低，正常工作能耗最低。3.2.3 水泵選型本設(shè)計中使用了三臺工作水泵，一臺備用水泵，但每臺水泵都設(shè)置了獨(dú)立的排水管路。為了便于采購及系統(tǒng)的管理

21、，選取相同型號的四臺水泵。水泵主要有葉片泵、齒輪泵、離心泵三種類型，這些水泵的原理及優(yōu)缺點(diǎn)參見液壓元件與系統(tǒng)。在選取水泵的時候主要考慮兩個參數(shù)，即排水流量q及揚(yáng)程h。設(shè)計依據(jù)是，。由于存在沿程損失，局部阻尼損失等，所以水泵的實(shí)際流量和揚(yáng)程要比設(shè)計流量和揚(yáng)程大。水泵在運(yùn)行時，流量減小系數(shù)，這里取，則每臺工作水泵的流量。根據(jù)上一章節(jié)，得。立式水泵雖然節(jié)約安裝面積，但由于煤礦礦井安裝空間有限，吊裝困難，所以選擇臥式離心水泵。綜合上述因數(shù)考慮，參照臥式水泵隔振及安裝，選取is80-50-315型臥式離心水泵。其參數(shù)為：流量，揚(yáng)程。與之匹配的電機(jī)型號為y200l2-2，電動機(jī)參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)速，額定功率。

22、為了自動控制方便，這里將水泵進(jìn)行以下分組編號，如表2-1。表2-1 水泵分組首先啟動機(jī)組聯(lián)動啟動第一臺機(jī)組聯(lián)動啟動第二臺機(jī)組備用機(jī)組1號2號3號4號3.3適用性和先進(jìn)性由于采用了光纖環(huán)網(wǎng)通訊技術(shù)取代了原來的總線傳輸技術(shù)使得數(shù)據(jù)傳輸更加快捷、可靠。并且采用了mcgs組態(tài)軟件控制技術(shù)取代了vc.net編程技術(shù)，不僅使可靠性大為提高而且使程序更加具有通用性，也使系統(tǒng)的二次開發(fā)及擴(kuò)容變得更加規(guī)范、容易。對于多級提升的礦井排水系統(tǒng)可以通過安裝多級自動化排水設(shè)備做到由地面調(diào)度中心根據(jù)各級泵房水倉容量及液位統(tǒng)籌調(diào)度，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。同時在發(fā)生透水事故時可以做到統(tǒng)一動作、統(tǒng)一指揮。本系統(tǒng)遵循礦井綜合監(jiān)控

23、系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)子系統(tǒng)接口規(guī)范使得該系統(tǒng)可以非常容易地并入礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，與其它子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。水泵前軸預(yù)裝溫度、振動一體化傳感器，即保證的測試精度，同時又為設(shè)備維護(hù)創(chuàng)造了方便的條件。與其它系統(tǒng)的接口：本系統(tǒng)除地面監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)接口外還提供了豐富的與電力等系統(tǒng)的接口，例如與高壓開關(guān)柜及軟啟動柜之間的開關(guān)量報警接口、可以輸入0-100v及0-5a的模擬量輸入接口4。還提供了可以接入rs485通訊口的智能接口，該接口可以接入高壓電機(jī)液阻啟動器或低壓電抗啟動器，以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)啟動的更加全面的監(jiān)視。plc控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可按程序模塊分段調(diào)試，分段運(yùn)行。該程序結(jié)構(gòu)具有清晰、簡捷、易懂，便于模

24、擬調(diào)試，運(yùn)行速度快等特點(diǎn)；并可利用plc控制柜上的觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)界面切換、系統(tǒng)巡查、故障復(fù)位、控制方式轉(zhuǎn)換等功能。第四章 中央水泵房系統(tǒng)的配置及工作原理4.1 系統(tǒng)設(shè)備及組成水泵房監(jiān)控裝置包括plc柜、就地控制箱和外圍傳感器以及上位計算機(jī)等，系統(tǒng)組成示意圖如3-1。圖4-1 水泵房監(jiān)控裝置示意圖控制柜（plc柜）主要由可編程控制器、信號變送器、中間繼電器等組成，主要完成對信號的接受、變換、放大，并由plc運(yùn)算、判斷發(fā)出各種控制信號，監(jiān)控水泵的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)水泵房的無人值守。plc的輸出信號應(yīng)用中間繼電器隔離，實(shí)現(xiàn)對變頻器的控制。plc 的i/o接口應(yīng)有不少于20%的備用量。plc柜為礦用隔爆型

25、，plc選用西門子公司s7200系列。plc柜電源箱和小功率多回路組合開關(guān)輸入電源ac127v、50hz，內(nèi)置控制變壓器和ups（考慮為plc和傳感器提供后備電源）。plc柜通過以太網(wǎng)模塊（光口）接入工業(yè)以太干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦井的監(jiān)控系統(tǒng)信息共享。集中控制柜為隔爆兼本質(zhì)安全型，顯示屏（嵌裝）、指示燈、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、繼電器、電源開關(guān)、蜂鳴器等都安裝在集中控制臺內(nèi)。按鈕、指示燈、轉(zhuǎn)換開關(guān)、繼電器等采用品牌優(yōu)質(zhì)電器元件6。集中操作用于完成整套系統(tǒng)的控制與監(jiān)視。投標(biāo)方應(yīng)根據(jù)技術(shù)規(guī)格書的系統(tǒng)功能特性要求對集中控制臺布置做詳細(xì)設(shè)計?，F(xiàn)場設(shè)備及傳感器包括就地控制箱、傳感器和電磁閥等組成。就地控

26、制箱：就地控制箱主要由按鈕、指示燈等組成，每個就地箱備有急停按鈕與相關(guān)按鈕等。傳感器包括超聲水位計、管路靜壓傳感器、電機(jī)溫度傳感器等，所檢測的參數(shù)主要有：水倉水位、水泵進(jìn)水管真空度、水泵出水口壓力、水泵軸溫、電機(jī)溫度及設(shè)備工作狀態(tài)等。在水泵與電機(jī)聯(lián)接處增加kr-939sb2型一體化溫度、振動傳感器, 內(nèi)部分別集成振動、溫度探測.對水泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。上位計算機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)與plc柜里面的觸摸屏進(jìn)行通訊，對水泵系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，計算機(jī)安裝了mcgs組態(tài)軟件，通過組態(tài)軟件將采集到的數(shù)據(jù)顯示出來。4.2 水泵管路系統(tǒng)圖止回閥(zh)又稱單向閥或逆止閥，其作用是防止管路中的介質(zhì)倒流。

27、采用微阻緩閉式止回閥。防爆電動閘閥(dz)使用電能作為動力來接通電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動閥門，實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)、調(diào)節(jié)動作。用于液體、氣體和風(fēng)系統(tǒng)管道介質(zhì)流量的模擬量調(diào)節(jié)，是ai控制。采用ac660v電動閘閥或電液控閘閥。排真空閥(qf)：采用本質(zhì)安全型電動球閥，工作電壓dc24v，可手、電動。由電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和球閥共同構(gòu)成電動球閥，是工業(yè)自動化過程控制的一種管道壓力元件，通常用于管道介質(zhì)的遠(yuǎn)程開、關(guān)（接通、切斷介質(zhì)）控制。電動球閥它具有旋轉(zhuǎn)90度的動作，旋塞體為球體，有圓形通孔或通道通過其軸線。球閥在管路中主要用來做電動球閥切斷、分配和改變介質(zhì)的流動方向，它只需要用旋轉(zhuǎn)90度的操作和很小的轉(zhuǎn)動力矩就能關(guān)閉

28、嚴(yán)密。球閥最適宜做開關(guān)、切斷閥使用，但近來的發(fā)展已將球閥設(shè)計成使它具有節(jié)流和控制流量之用，如v型球閥。壓力表(p)以彈性元件為敏感元件，測量并指示高于環(huán)境壓力的儀表。采用抗振式壓力表與壓力傳感器配接。負(fù)壓表(z)采用抗振式真空表與真空度傳感器配接。流量計(q)指示被測流量和(或)在選定的時間間隔內(nèi)流體總量的儀表。采用隔爆兼本質(zhì)安全型超聲流流量計。手動閘閥(sf)手動閘閥的啟閉件是閘板，閘板的運(yùn)動方向與流體方向相垂直，閘閥只能作全開和全關(guān)，不能作調(diào)節(jié)和節(jié)流。采用dn250、dn200（pn1.6）手動閘閥。水泵管路系統(tǒng)圖如下圖所示。該圖是用caxa軟件畫出來的。圖4-2 水泵管路系統(tǒng)圖4.3 系

29、統(tǒng)工作原理及工作方式泵房水泵啟動開關(guān)的電量參數(shù)由plc配以各種開關(guān)量、模擬量的輸入輸出模塊以及以太網(wǎng)通訊模塊共同完成。plc自動巡檢，通過擴(kuò)展工業(yè)以太網(wǎng)模塊及井下以太網(wǎng)交換機(jī)及光纖收發(fā)器傳給地面調(diào)度中心。全自動運(yùn)行時，系統(tǒng)的井下下位機(jī)plc實(shí)時采集水倉水位和浮球狀態(tài)，并根據(jù)水倉水位情況和浮球的狀態(tài)，按照各臺水泵的運(yùn)行時間長短啟動相應(yīng)水泵的運(yùn)行或停機(jī)。不需要人工參與。下位機(jī)在正常運(yùn)行過程中，可以脫離上位機(jī)的通訊仍能正常運(yùn)行。就地手動工作方式時，根據(jù)水倉水位或浮球狀態(tài)，就地通過現(xiàn)場手動控制柜手動控制水泵的啟停。遠(yuǎn)程手動工作時,由授權(quán)值班工作人員通過上位計算機(jī)控制水泵的啟動和停止；系統(tǒng)在正常運(yùn)行過程

30、中，不論何種工作方式，均可實(shí)時將現(xiàn)場的各種參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳到地面調(diào)度室。4.4 水泵控制的控制原則 水泵開啟時，首先檢測水倉水位，當(dāng)水位超過低水位（滿足開泵條件），開啟一臺水泵，當(dāng)系統(tǒng)第一次運(yùn)行，開啟一號泵。當(dāng)開啟一臺水泵運(yùn)行一段時間后，發(fā)現(xiàn)水位仍然上漲，則順序開啟下一序號的水泵。當(dāng)水位下降到低水位限以下時，則停止一臺水泵。 對于具備開啟條件的水泵，在開啟前首先啟動真空系統(tǒng)，檢測真空度，真空度達(dá)到后即可開啟。當(dāng)水位超過警戒水位時(出現(xiàn)涌流)，水泵全部開啟。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時，及時停泵，檢修。該無人值守系統(tǒng)以水倉水位作為水泵的起停的基本條件，在此條件滿足的前提下，然后再根據(jù)均勻磨損的

31、原則、電價避峰填谷的原則實(shí)現(xiàn)水泵的起停。該原理為：首先設(shè)定四個水位限值：h1、h2、h3、h4。當(dāng)水位達(dá)到報警水位時，可以開啟兩臺水泵；當(dāng)水位繼續(xù)上升至超限水位時，則表明一臺水泵的排水量已不足以排除礦井出水，以礦井的最大排水能力來排除礦井涌水，啟動所有水泵。不論投入幾臺水泵，水位必須下降到低限水位方可停泵。即當(dāng)plc讀取的水倉水位值為h4時，表示水倉水位低于低限水位，水泵機(jī)組將不投入運(yùn)行；水位值h3，一臺水泵機(jī)組投入運(yùn)行，則等待水位上漲到h2時再投入一臺水泵機(jī)組運(yùn)行。當(dāng)一臺機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài)時水位仍然上漲到h1，則陸續(xù)投入所有水泵。機(jī)組運(yùn)行至水位下降到h4時，水泵機(jī)組退出運(yùn)行。程序流程圖如下圖：

32、 圖4-3 程序流程圖4.4.1 水泵的開機(jī)順序每個水泵在確定需要打開后，首先啟動真空泵，自動抽真空；通過真空表判斷真空度是否達(dá)到開啟水泵的標(biāo)準(zhǔn)；如果達(dá)到要求，則抽真空完畢，開啟水泵；打開排水管路上電動閥門；關(guān)閉真空泵運(yùn)行；水泵自動開機(jī)完畢。 圖4-4 水泵起動流程圖4.4.2 水泵關(guān)機(jī)順序每個水泵在確定關(guān)閉之后，首先關(guān)閉出水電動閥門；判斷閘閥是否關(guān)到位；停止排水泵運(yùn)行。圖4-5 水泵停機(jī)流程圖4.5 系統(tǒng)配置4.5.1 軟件配置 主監(jiān)控系統(tǒng)操作系統(tǒng)軟件為windows xp professional，編程軟件采用西門子公司的step7 v5.3sp3，組態(tài)軟件采用mcgs。4.5.2 設(shè)備清

33、單zp-30礦用自動排水控制裝置設(shè)備清單名稱規(guī)格數(shù)量生產(chǎn)廠家集中操作臺kxj1-200/660-3c1廣州市昌寧機(jī)電設(shè)備有限公司集中控制柜kxj1-200/660-33就地控制柜kxj1-200/660-3l7電源柜kdw6601北京鼎天數(shù)碼本安接線盒khh 系列4常熟市練塘膠木塑料配件廠傳感器真空度傳感器gyd-16上海鼎鑫儀器儀表有限公司壓力傳感器gyd-108投入式液位傳感器guy10 量程6.5m2上海坤嘉自動化科技有限公司超聲波流量傳感器lcz-8032唐山匯中大方浮球開關(guān)zqk-600-3k2大連瑪赫顯示儀表耐震真空度表yn-60(0-1.6mpa)6無錫市特種壓力表有限公司 耐震

34、壓力表yn-608 無錫市特種壓力表有限公司閥門電動球閥dfh25/7 dn2019淄博德貝爾礦山設(shè)備有限公司手動球閥q11fp-16c，dn2015天津塘沽閥門廠電動閘閥z941h-40c dn3006常州貝斯特異徑外接頭dn50*201廣州市昌寧機(jī)電設(shè)備有限公司軟件人機(jī)界面軟件1plc控制軟件1上位機(jī)組態(tài)軟件wincc1西門子上位機(jī)組態(tài)應(yīng)用軟件1廣州市昌寧機(jī)電設(shè)備有限公司監(jiān)控中心光口工業(yè)換機(jī)kien-20001東土科技工控機(jī)ipc-610h1研華科技不銹鋼水箱400*600*6002廣州市昌寧機(jī)電設(shè)備有限公司真空泵szb-42博山超亞 第五章 plc泵房自動化控制系統(tǒng)設(shè)計5.1 plc 程

35、序設(shè)計 plc 程序設(shè)計采用step 7 軟件編制。step 7軟件是用于西門子s7-300/400 型plc創(chuàng)建可編程邏輯程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表進(jìn)行程序編制。s7 系列plc包括一個供電單元、一個cpu，以及輸入和輸出模塊(i/o 模塊)。plc 應(yīng)用step 7軟件編制的s7 程序監(jiān)視控制整個系統(tǒng)，并通過地址尋址尋找i/o 模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。2.5.1 plc 程序設(shè)計plc 程序設(shè)計采用step 7 軟件編制。step 7軟件是用于西門子s7-300/400 型plc 創(chuàng)建可編程邏輯程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表進(jìn)行程序編制。s7

36、系列plc包括一個供電單元、一個cpu，以及輸入和輸出模塊(i/o 模塊)。plc 應(yīng)用step 7軟件編制的s7 程序監(jiān)視控制整個系統(tǒng)，并通過地址尋址尋找i/o 模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。 plc 編制程序時首先作硬件組態(tài)。其主要任務(wù)就是在step 7 中生成一個與實(shí)際硬件系統(tǒng)完全相同的系統(tǒng),生成網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)中各個站的機(jī)架和模塊,以及設(shè)置各硬件組成部分的參數(shù),即給參數(shù)賦值。硬件組態(tài)確定了輸入/輸出變量的地址,為編制順序控制程序打下了基礎(chǔ)。然后根據(jù)手動、半自動、自動控制的方式選擇，進(jìn)入相應(yīng)的程序流程。整個程序主要包括運(yùn)行前水位和供電狀態(tài)檢測、正常啟停泵組、運(yùn)行中參數(shù)檢測和故障報警、故障停泵等模塊

37、，程序流程如圖5-1 所示。step 7軟件通過建立在線連接下載程序到plc以對編制好的程序進(jìn)行調(diào)試，可實(shí)現(xiàn)程序的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、強(qiáng)制性數(shù)據(jù)變更和輸入輸出信號的強(qiáng)制開/關(guān)等。 圖5-1 控制程序流程圖5.2 基于plc的井下自動排水系統(tǒng)總體設(shè)計5.2.1控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用現(xiàn)場層(遠(yuǎn)程io),控制層(plc)和管理層(工業(yè)計算機(jī))組成的三級控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動控制。工業(yè)計算機(jī)利用友好人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，plc作為控制器完成邏輯處理和控制任務(wù)，遠(yuǎn)程io實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和上傳?？刂葡到y(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖所示。5-2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖5.2基于plc的礦井主排水控制系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)由

38、plc（可編程邏輯控制器）、觸摸屏、檢測部分（模擬量和開關(guān)量采集）和執(zhí)行部分等組成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。5-3 排水控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖5.2.1 plc的主要特點(diǎn)plc（ programmable logic controller） ，即可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 1. plc的特點(diǎn) 1)靈活、通用 在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計好

39、的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費(fèi)時費(fèi)力。如果因?yàn)楣に嚿仙僭S變化，需要改變電氣控制系統(tǒng)時，原先整個電氣控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進(jìn)行布線、焊接、固定等工作，耗費(fèi)大量人力、物力、和時間。而plc是通過在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。而且，同一臺plc還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實(shí)現(xiàn)不同控制的控制要求。因此，plc具有很大的靈活性和通用性，結(jié)構(gòu)形式多樣化，可以適用于各種不同規(guī)模、不同工業(yè)控制要求。2)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)可靠性是工業(yè)控制器件的重要指標(biāo)。因此，要求在各種惡劣工作環(huán)境和條件(如電磁干擾、灰塵等)

40、下可靠工作，將故障率降至最低。plc具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機(jī)”。3)編程簡單、使用方便 plc采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。目前，plc大多采用梯形圖語言編程方式，它既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和應(yīng)用實(shí)際，電氣技術(shù)人員易于編程，程序修改靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與匯編語言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來說，plc的控制速度還是足夠快的。此外，plc的i/o接口可直接

41、與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備聯(lián)接。如繼電器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接，具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。 4)接線簡單 plc只需將輸入設(shè)備(如按鈕、開關(guān)等)與輸入端子聯(lián)接，將輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥等)與輸出端子聯(lián)接。接線極其簡單、工作量極少。 5)功能強(qiáng) plc不僅具有條件控制、定時、計數(shù)、步進(jìn)等控制功能，而且還能完成a/d. d/a轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。因此，plc既可對開關(guān)量進(jìn)行控制，又可對模擬量進(jìn)行控制?？煽刂埔慌_單機(jī)、一條生產(chǎn)線，也可控制一個機(jī)群、多條生產(chǎn)線?？捎糜诂F(xiàn)場控制，也可用于遠(yuǎn)距離控制?？煽刂坪唵蜗到y(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。 6)體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 pl

42、c具有體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn)。由于plc是專為工業(yè)控制而設(shè)計的專用計算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用，以及有很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部。因此，plc在機(jī)電一體化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。 2. plc的主要功能 plc是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動化(fa)和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(cims)內(nèi)占重要地位。今天的plc功能，遠(yuǎn)不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。 plc系統(tǒng)一般由以下基本功能構(gòu)成 .多種控制功能 .數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功 .通信聯(lián)網(wǎng)功能 .輸入/輸出接口調(diào)理功能 .人機(jī)界面功能 .編程、調(diào)試功能1)控制功能邏輯控制:plc具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏

43、輯運(yùn)算功能，可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。定時控制:它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設(shè)定:接通延時、關(guān)斷延時和定時脈沖等方式。計數(shù)控制:用脈沖控制可以實(shí)現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進(jìn)行位置檢測。順序控制:在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺plc可作為多部步進(jìn)控制器使用。 2)數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能 數(shù)學(xué)運(yùn)算功能包括: .基本算術(shù):加、減、乘、除。 .擴(kuò)展算術(shù):平方根、三角函數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算。 .比較:大于、小于和等于。 數(shù)據(jù)處理:選擇、組織、規(guī)格化、移動和先入先出。 模擬數(shù)據(jù)處理:pid、積分和濾波。3)輸入/輸出接口調(diào)理功能具有a/d. d/a轉(zhuǎn)換功能，通過i/o模塊完成

44、對模擬量的控制和調(diào)節(jié)精度，可以根據(jù)用戶要求選擇。具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。4)通信、聯(lián)網(wǎng)功能現(xiàn)代plc大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有rs232或rs485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程i/o控制，多臺plc可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機(jī)與多臺plc構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的scada系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠(yuǎn)程端也可以采用plc作現(xiàn)場機(jī)。5)人機(jī)

45、界面功能提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過程工作必需的信息；允許操作者和pc系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整。實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面功能的手段:從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機(jī)的crt顯示與鍵盤操作和用通信處理器、專用處理器、個人計算機(jī)、工業(yè)計算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。6)編程、調(diào)試等使用復(fù)雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)視、試驗(yàn)和記錄，并通過打印機(jī)打印出程序文件。5.2.2 plc的基本工作原理plc運(yùn)行時，內(nèi)部要進(jìn)行一系列操作，大致可分為四大類：以故障診斷、通信處理為主的公共操作，聯(lián)系工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)輸入和輸出操作，執(zhí)行用戶程序的操作，以及服務(wù)于外部設(shè)備

46、的操作（如果外部設(shè)備有中斷請求）。其過程示意圖如圖4-3所示。與其它計算機(jī)系統(tǒng)一樣，plc的cpu是采用分時操作的原理，每一時刻執(zhí)行一個操作，隨著時間的延伸一個動作接一個動作順序地進(jìn)行。這種分時操作進(jìn)程稱為cpu對程序的掃描。plc的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按序號順序排列。cpu從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束。然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。plc就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述的掃描循環(huán)的。plc接通電源后，在進(jìn)行循環(huán)掃描之前，plc首先確定自身的完好性，這是起始操作的主要工作。plc進(jìn)行清零或復(fù)位處理，消除各元件狀態(tài)的隨機(jī)性；檢查i/o單元連接是否

47、正確；啟動監(jiān)控定時器t0，執(zhí)行一段涉及到各種指令和內(nèi)存單元的程序，如果所用的時間不超過t0，則可證實(shí)自身完好，否則系統(tǒng)關(guān)閉。此后，將監(jiān)控定時器t0復(fù)位，允許掃描用戶程序。plc的基本工作過程為： 圖 plc工作原理示意圖1公共操作公共操作是在每次掃描程序前進(jìn)行自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了故障燈外，還可判斷故障性質(zhì)：一般性故障，只報警不停機(jī)，等待處理；嚴(yán)重故障，則停止運(yùn)行用戶程序，此時plc切斷一切輸出聯(lián)系。2、數(shù)據(jù)i/o操作數(shù)據(jù)i/o操作也稱為i/o狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一個是采樣輸入信號，即刷新輸入狀態(tài)表的內(nèi)容；二是送出處理結(jié)果，即用輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路。在plc的存儲器中，有一個專門

48、存放i/o的數(shù)據(jù)區(qū)，其中對應(yīng)于輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，我們稱之為輸入映像存儲器。當(dāng)cpu采樣時輸入信號由緩沖區(qū)進(jìn)入映像區(qū)，這就是數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)刷新；同樣道理，cpu不能直接驅(qū)動負(fù)載。當(dāng)前處理的結(jié)果放在輸出映像存儲器區(qū)內(nèi)，在程序執(zhí)行結(jié)束后，才將輸出映像區(qū)的內(nèi)容通過鎖存器輸出到端子上。這步操作稱為輸出狀態(tài)刷新。3、執(zhí)行用戶程序操作在程序執(zhí)行前復(fù)位監(jiān)控定時器t1，即執(zhí)行程序并開始計時。監(jiān)控定時器t1就是通常所說的“看門狗”，它是用來監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常的，正常時，執(zhí)行完用戶程序所用的時間不會超過t1的設(shè)定值，執(zhí)行完用戶程序后立即使“看門狗”復(fù)位，表示程序執(zhí)行正常。當(dāng)程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進(jìn)入死

49、循環(huán)時，“看門狗”會發(fā)出超時報警信號，使程序重新開始執(zhí)行。如果是偶然因素造成超時，重新掃描程序不會再遇到“偶然干擾”，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行；若由于不可恢復(fù)的確定性故障，則系統(tǒng)會自動地停止執(zhí)行用戶程序、切斷外部負(fù)荷、發(fā)出故障信號，等待處理。4、處理外設(shè)請求操作每次執(zhí)行完用戶程序后，就進(jìn)入服務(wù)外設(shè)請求命令的操作，外設(shè)的請求命令包括操作人員的介入和硬件設(shè)備的中斷。外設(shè)請求一般不會影響系統(tǒng)正常工作，而且可能更有利于系統(tǒng)的控制和管理。如果沒有外設(shè)請求，系統(tǒng)則會自動循環(huán)地掃描進(jìn)行。5.2.3 plc地址分配和實(shí)現(xiàn)控制功能從系統(tǒng)的控制功能上來說，應(yīng)具備以下七大功能：一、數(shù)據(jù)自動采集與檢測 數(shù)據(jù)自動采集與檢測主

50、要分為兩類：模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)。模擬量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水倉水位、電機(jī)工作電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、3臺水泵的流量、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力；數(shù)字量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水泵高壓啟動柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動閘閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、電動球閥狀態(tài)。數(shù)據(jù)自動采集主要由plc實(shí)現(xiàn)，plc模擬量輸入模塊通過傳感器連續(xù)檢測水倉水位，將水位變化信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，計算出單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，控制排水泵的啟停。影響水位的因素主要來自兩方而:一是水位計故障(如遭受雜物撞擊)，二是水位信號受干擾(如水波動較大)。對于前一個因素采用雙水

51、位計，在水倉中設(shè)置兩個同樣的水位計，plc同時對兩個水位計取樣。如果兩路信號相差大于0.15m時系統(tǒng)報警，要求值班人員進(jìn)行檢查；而對于信號干擾，則采用軟件過濾，只有當(dāng)信號在某一值附近穩(wěn)定足夠時間，且回差足夠小時才作為控制量使用，防止了因干擾而濘致機(jī)組誤動的情況。 在數(shù)據(jù)采集過程中，模擬量信號的處理是將模擬信號變換成數(shù)字信號（a/d轉(zhuǎn)換），其變換速度由采樣定律確定。一般情況下，采樣頻率應(yīng)為模擬信號中最高頻率成分的2倍以上，這樣經(jīng)a/d變換的精度可完全恢復(fù)到原來的模擬信號精度。a/d變換的精度取決于a/d變換器的位數(shù)。plc所采用的a/d模塊均以積分方式變換，可使輸入信號的尖峰噪音和感應(yīng)噪聲平均化

52、，適用于噪音嚴(yán)重的工業(yè)場所。二、自動輪換工作 為了防止因備用泵及其電氣設(shè)備或備用管路長期不用而使電機(jī)和電氣設(shè)備受潮或其他故障未經(jīng)及時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時，而不能及時投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設(shè)計了3臺泵自動輪換工作控制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運(yùn)行時間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動記錄并累計，系統(tǒng)根據(jù)這些運(yùn)行參數(shù)按一定順序自動啟停水泵和相應(yīng)管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻，當(dāng)某臺泵或所屬閥門故障、某趟管路漏水時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警，并在觸摸屏上動態(tài)閃爍顯示，記錄事故，同時將故障泵或管路自動退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動輪換工作，以達(dá)到有故障早發(fā)

53、現(xiàn)、早處理，以免影響礦井安全生產(chǎn)的目的。三、“避峰填谷”所謂“避峰填谷”，是指調(diào)度水泵在用電的“谷段”和“平段”時間段工作，盡量避免在“峰段”啟動。要實(shí)現(xiàn)“避峰填谷”，需調(diào)度各水泵在用電的“谷段”和“平段”時間段，將水倉的水位排至設(shè)定的低位，以便水倉能夠騰出盡可能大的容積，使其在“峰段”容納更多的礦井涌水而不用啟動水泵。四、系統(tǒng)保護(hù)功能超溫保護(hù)：水泵長期運(yùn)行，當(dāng)軸承溫度或定子溫度超出允許值時，通過溫度保護(hù)裝置及plc 實(shí)現(xiàn)超限報警。流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動后或正常運(yùn)行時，如流量達(dá)不到正常值，通過流量保護(hù)裝置使本臺水泵停車，自動轉(zhuǎn)換為啟動另一臺水泵。電動機(jī)故障：利用plc及觸摸屏監(jiān)視水泵電機(jī)過電流、

54、漏電、低電壓等電氣故障，并參與控制。電動閘閥故障：由電動機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電機(jī)的過載、短路、漏電、斷相等故障，并參與水泵的聯(lián)鎖控制。五、動態(tài)顯示動態(tài)模擬顯示選用西門子公司的et200m（觸摸屏），系統(tǒng)通過圖形動態(tài)顯示水泵、真空泵、電動閘閥和電動球閥的運(yùn)行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進(jìn)行事故報警。直觀地顯示電磁閥和電動閥的開閉位置，實(shí)時顯示水泵抽真空情況和壓力值。 用圖形填充以及趨勢圖、棒狀圖方式和數(shù)字形式準(zhǔn)確實(shí)時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警，用不同音響形式提醒工作人員注意。采用圖形、趨勢圖和數(shù)字形式直觀地顯示3趟管路的瞬時流量及累計流

55、量，對井下用電負(fù)荷的監(jiān)測量、電機(jī)電流和水泵瞬時負(fù)荷及累計負(fù)荷量、水泵軸溫、電機(jī)溫度等進(jìn)行動態(tài)顯示、超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)據(jù)，并在屏幕下端循環(huán)顯示最新出現(xiàn)的3條故障（故障顯示條數(shù)可在觸摸屏上設(shè)置），以提醒工作人員及時檢修，避免水泵和電機(jī)損壞。六、通訊接口 plc通過通訊接口和通訊協(xié)議，與觸摸屏進(jìn)行全雙工通訊，將水泵機(jī)組的工作狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)傳至觸摸屏，完成各數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示；同時，操作人員也可利用觸摸屏將操作指令傳至plc，控制水泵運(yùn)行。plc同時將水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)經(jīng)安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)分站傳至地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機(jī)，與全礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，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(shí)現(xiàn)井下主排水系統(tǒng)的遙測、遙控，并為礦領(lǐng)導(dǎo)提供生產(chǎn)決策信息。觸摸屏與監(jiān)測監(jiān)控主機(jī)均可動態(tài)顯示主排水系統(tǒng)運(yùn)行的模擬圖、運(yùn)行參數(shù)圖表，記錄系統(tǒng)運(yùn)行和故障數(shù)據(jù)，并顯示故障點(diǎn)以提醒操作人員注意。七、三種工作方式系統(tǒng)控制具有自動、半自動和手動檢修3種工作方式。自動時，由plc檢測水位、壓力及有關(guān)信號，自動完成各泵組運(yùn)行，不需人工參與；半自動工作方式時，由工作人員選擇某臺或幾臺泵組投入，plc自動完成已選泵組的啟停和監(jiān)控工作；手動檢修方式為故障檢修和手動試車時使用，當(dāng)某臺水泵及其附屬設(shè)備發(fā)生故障時，該泵組將自動退出運(yùn)行