煤礦井下皮帶巷及回風(fēng)巷智能排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中文題目：煤礦井下皮帶巷及回風(fēng)巷智能排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)外文題目：DESIGNOFCOALMINEBELTROADWAYANDRETURNAIRROADWAYINTELLIGENTDRAINAGESYSTEM畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共75頁(yè)（其中：外文文獻(xiàn)及譯文11頁(yè)）圖紙共1張完成日期2015年6月答辯日期2015年6月摘要因?yàn)槟壳暗拿禾烤屡潘淖詣?dòng)化程度不高,本設(shè)計(jì)從實(shí)際的角度出發(fā),對(duì)于目前排水系統(tǒng)的不足,做出有效的提升.對(duì)于皮帶巷和回風(fēng)巷中的特殊積水類型,本設(shè)計(jì)有針對(duì)性的處理方法,來(lái)解決其特殊的排水問(wèn)題,本設(shè)計(jì)的重要目的是為了更加簡(jiǎn)單,更加快速,更加安全的處理井下的排水問(wèn)題.提高井下排水的效率并且增加井下工作的安全系數(shù),使井下排水的智能化程度有所提高,實(shí)現(xiàn)我們煤礦井下排水智能化.優(yōu)化了煤炭井下排水的操作,使其操作更加的簡(jiǎn)單,更加的系統(tǒng)化,杜絕了多余的動(dòng)作,減少了人工的浪費(fèi)。在本設(shè)計(jì)中首先對(duì)于煤礦井下的排水系統(tǒng)以及設(shè)備進(jìn)行可簡(jiǎn)單的描述，而后對(duì)于傳感器和PLC選型進(jìn)行了介紹，最后對(duì)PLC的軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且制定了智能排水的基本原則并且通過(guò)多種的傳感器例如水位傳感器、壓力傳感器、流量傳感器以及溫度傳感器。在本設(shè)計(jì)中可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)控制操作方式。并且在本設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)單的模擬煤礦井下巷道排水情況，而且由于考慮到水泵的故障或者其他的原因?qū)е滤玫耐Ｖ惯\(yùn)作，所以在本設(shè)計(jì)中增加了水泵輪轉(zhuǎn)功能和水泵的自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。有根據(jù)了避峰就谷原則來(lái)控制水泵的排水時(shí)間?？紤]到設(shè)計(jì)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，在本設(shè)計(jì)中選用了S7-200型系列PLC，S7-200系列PLC結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)用比較廣泛。并且選用了CPU226，這樣對(duì)于系統(tǒng)中的數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)位，都可以達(dá)到要求。而且S7-200比較穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：S7-200；PLC；井下排水AbstractBecausetheautomationofcoalminedrainageisnothigh,thedesignfromthepracticalpointofview,thecurrentlackofdrainagesystem,makeeffectiveimprovement.Forthespecialtypeofwatertunnelandreturnairwaybelt,thedesignofatargetedapproach,tosolvethespecialproblemofdrainage,importantpurposethisdesignisforamoresimple,faster,moresecureminedrainageproblems.Toimprovetheefficiencyoftheundergrounddrainageandincreasethesafetyfactorofundergroundwork,theintelligentdegreeoftheundergrounddrainagehasimproved,werealizethecoalminedrainage.Theintelligentoptimizationofcoalminedrainageoperation,maketheoperationmore.Simple,moresystematic,eliminatethesuperfluousaction,reducethewaste.Inthisdesignfirstforcoalminedrainagesystemandequipmentofcanbesimplydescribed,thenthesensorandtheselectionofPLCareintroduced.Atlast,thepapergivesthedesignofthePLCsoftware,andtodevelopthebasicprinciplesofintelligentdrainageandthroughavarietyofsensorssuchaswaterlevelsensor,apressuresensor,aflowsensorandtemperaturesensor.Inthisdesigncanrealizeautomatic,semi-automaticandmanualcontroloperationmode.Andinthedesignofsimplesimulationofcoalmineundergroundroadwaydrainageandduetotakingintoaccountthepumpfailureorotherreasonscausedthepumptostopoperation,sointhedesignofincreasedpumprotarypumpfunctionandautomaticconversionfunction.Accordingtotheprincipleofthevalleytothevalleyprincipletocontrolthepumpdrainagetime.Consideringthepracticalityandeconomyofthedesign,theS7-200seriesPLCischoseninthedesign,andtheS7-200seriesPLCstructureissimple,anditiswidelyused..AndCPU226,sothatthenumberofdigitalinputandoutputpointcanbeachieved.AndS7-200isrelativelystable.Keywords:S7-200;PLC;undergrounddrainage

目錄TOC\o"1-3"\h\u277431緒論 135971.1目的 1236671.2目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2319671.3設(shè)計(jì)內(nèi)容 2181611.3.1煤炭井下回風(fēng)巷和皮帶巷涌水特點(diǎn) 2154002煤礦井下排水系統(tǒng)組成 486862.1水泵房 485212.2水倉(cāng) 4200652.3水泵機(jī)組 4199872.4離心式水泵排水系統(tǒng)工作原理 4162322.4.1濾水器和底閥 4152602.4.2閘閥 5107092.4.3逆止閥 5297902.4.4灌引水漏斗、放氣栓和旁通管 5235732.4.5壓力表和真空表 5312772.4.6射流泵或真空泵 5242232.4.7離心式水泵的啟動(dòng)與停機(jī)過(guò)程 6311792.5井下排水存在的問(wèn)題 61712.6排水系統(tǒng)的總體控制要求 733422.6.1水泵的自動(dòng)輪換原則 7180022.6.2避峰填谷原則 7314762.6.3排水系統(tǒng)的保護(hù)原則 822253排水系統(tǒng)傳感器選擇 9137573.1涌水點(diǎn)水水位的檢測(cè) 9246403.1.1液位傳感器介紹 9282683.1.2投入式液位傳感器 10293693.1.3兩種液位傳感器的比較 1044993.1.4水位檢測(cè)裝置的選擇 11187433.2電機(jī)及水泵溫度檢測(cè) 11244193.3水泵壓力檢測(cè) 12144713.3.1HS-956系列薄膜壓力變送器 1285303.4水泵流量監(jiān)測(cè) 13298843.4.1流量監(jiān)測(cè)儀器的安裝位置 13209483.4.2流量檢測(cè)傳感器 13293023.5水泵負(fù)壓檢測(cè) 14284134排水設(shè)備的選型設(shè)計(jì) 1529644.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15140794.2引水設(shè)備 15189684.3自動(dòng)閥門 16179004.4高壓開關(guān)柜 1750015控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 2015625.1PLC的軟件設(shè)計(jì) 20295.2PLC的主要特點(diǎn) 20125755.2.1PLC的特點(diǎn) 21175145.2.2PLC的主要功能 22197805.3PLC基本工作原理 2324225.4PLC地址分配和實(shí)現(xiàn)控制功能 24132675.5PLC的選型設(shè)計(jì) 27118605.5.1存儲(chǔ)器容量選擇 28201545.5.2響應(yīng)速度 2819785.6S7--200PLC的基本組成 29287555.7地址分配 3254245.8控制系統(tǒng)軟件 36323335.8.1水泵的自動(dòng)開啟、運(yùn)行、停止故障保護(hù)流程圖 3783925.8.2水泵和排水管路的輪換工作的實(shí)現(xiàn) 37125615.8.3涌水坑水位監(jiān)測(cè)和“避峰就谷”的實(shí)現(xiàn) 3895975.8.4不同模式下的水泵控制方式的選擇 39294605.9設(shè)計(jì)要求 40311505.10設(shè)計(jì)梯形圖 4120375.11控制系統(tǒng)的抗干擾措施 50261926結(jié)論 528542致謝 5322729參考文獻(xiàn) 5430709附錄A譯文 5530709附錄B外文文獻(xiàn) 601緒論井下排水系統(tǒng)是煤礦井下主要的系統(tǒng)之一，是負(fù)責(zé)著井下排水的任務(wù)，在井下的開采中，由于地下水的滲透和雨水的滲透，會(huì)有大量的水晝夜不停的匯集于井下。井下的涌水量跟季節(jié)和當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境有很大的關(guān)系，而且假如施工不當(dāng)，使得地下水層遭到破壞，會(huì)使地下水大量地涌入煤礦井下的巷道中，如果這出現(xiàn)樣的情況會(huì)是十分危險(xiǎn)的。國(guó)內(nèi)煤礦井下目前大部分都是采用傳統(tǒng)的人工檢測(cè)系統(tǒng)，但是這種檢測(cè)控制方法效率十分的低，并且人工的勞動(dòng)強(qiáng)度大，可靠性低。不足滿足目前煤礦的發(fā)展和生產(chǎn)安全需要。本設(shè)計(jì)主要使用水泵壓力傳感器、水泵流量傳感器、液位傳感器以及各種傳感設(shè)備對(duì)水泵的壓力、流量電機(jī)溫度進(jìn)行監(jiān)控，智能的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這樣使得故障和事故能更早的被發(fā)現(xiàn)，使得問(wèn)題更加快速的進(jìn)行處理，可靠性更高，使得井下的生產(chǎn)安全系數(shù)更高。1.1目的煤炭行業(yè)是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)隨著煤炭行業(yè)高產(chǎn)高效的發(fā)展,我國(guó)目前的井下排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)還不夠智能,井下的排水系統(tǒng)關(guān)系到礦井的生產(chǎn)和安全，一旦礦井排水系統(tǒng)出現(xiàn)了故障,不僅對(duì)礦井生產(chǎn)產(chǎn)生了影響,甚至?xí)绊懢鹿と说纳?cái)產(chǎn)的安全,所以說(shuō)排水系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著十分重要的作用,其可靠性關(guān)系到生產(chǎn)安全和人身安全。煤礦井下的排水系統(tǒng)是井下重要系統(tǒng)之一，在目前的井下，平均的排水量是十分大的，所以說(shuō)排水系統(tǒng)不光要做到智能而且還要考慮到工作性能與設(shè)備系統(tǒng)的可行性，做到更加有效的排水并且做到更加經(jīng)濟(jì)可靠，但是目前很多礦用水泵仍然普遍使用很傳統(tǒng)的設(shè)備和系統(tǒng),這種系統(tǒng)的自動(dòng)化程度比較低,對(duì)于一些突發(fā)的情況處理上會(huì)有很大的問(wèn)題,例如處理的時(shí)間比較長(zhǎng),反應(yīng)比較緩慢,有很大的安全隱患,是我們目前有待解決的重要問(wèn)題。煤礦井下排水泵作為井下排水的重要設(shè)備,它運(yùn)行電壓高,功率大,運(yùn)轉(zhuǎn)情況比較復(fù)雜,所以工人對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非常的困難,并且在水泵的啟動(dòng),涌水點(diǎn)水位變化的檢測(cè),泵房?jī)?nèi)設(shè)備的運(yùn)行情況檢查,基本還是采用人工檢測(cè)模式,操作過(guò)程復(fù)雜,消耗人工多,目前的井下排水系統(tǒng)的模式簡(jiǎn)單,硬件設(shè)備落后,有時(shí)不能進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和控制,而且對(duì)于水泵電機(jī)的溫度,電流,電壓以及水泵的流量,壓力,水位等數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)處理.我國(guó)的檢測(cè)還處于摸索階段,系統(tǒng)還不夠完善.沒(méi)有很好的水位傳感器的產(chǎn)品,傳感器產(chǎn)品十分容易受到井下環(huán)境的影響,事故因此而發(fā)生。1.2目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在國(guó)外，礦井排水系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的比較迅速，許許多多的井下排水的控制系統(tǒng)都非常的成功，并且在井下的使用十分的廣泛。例如德國(guó)基于GEMATI2900的煤礦排水監(jiān)控設(shè)備，以及美國(guó)在HONEYWELL公司研究的煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)等。雖然許多的地方和國(guó)家在煤炭井下排水的自動(dòng)化建設(shè)上沒(méi)有太深的研究，但是在井下的排水系統(tǒng)的研究進(jìn)程上已經(jīng)走上了高速發(fā)展的道路上，在許多的方面很多國(guó)家與地方已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在中央的排水控制室中就可以控制和檢測(cè)煤礦井下的排水網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于井下的排水進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制。近年來(lái)，在我國(guó)的煤礦行業(yè)處于一個(gè)迅猛發(fā)展的時(shí)代，在井下排水系統(tǒng)的研究越來(lái)越多，在對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)上也邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐。對(duì)于我國(guó)排水系統(tǒng)的智能化做出了很大的貢獻(xiàn)，而且我國(guó)的井下排水智能化越來(lái)越形成規(guī)模，這樣我國(guó)的井下排水系統(tǒng)控制發(fā)面進(jìn)行了很大的優(yōu)化。國(guó)內(nèi)對(duì)井下排水研究的并不多。我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量世界第一，國(guó)內(nèi)有很多的煤礦需要高效率的排水系統(tǒng)，因此我們對(duì)智能排水系統(tǒng)的研究意義重大。在煤炭井下排水系統(tǒng)是一個(gè)十分重要的系統(tǒng)之一，如果想要在煤炭行業(yè)取得進(jìn)步，在排水的發(fā)展上必須十分的重視，因?yàn)槟壳暗氖褂萌斯z測(cè)控制巷道的排水系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)時(shí)了，如果不進(jìn)行對(duì)于排水的更新和革命，煤炭行業(yè)將會(huì)走入發(fā)展的瓶頸。隨著世界智能化的發(fā)展，各個(gè)行業(yè)都邁入了新的時(shí)代，那就是信息時(shí)代，人們的人均GDP實(shí)現(xiàn)的大幅度的提高，生產(chǎn)效率的大幅度提升使得人工操作的效率已經(jīng)達(dá)不到我們現(xiàn)在工作效率的要求。這時(shí)新的系統(tǒng)橫空出世使得排水的智能化逐步的實(shí)現(xiàn)。新的智能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于排水點(diǎn)的水位監(jiān)測(cè)以及水泵的電機(jī)的參數(shù)監(jiān)測(cè)，使得排水系統(tǒng)的各個(gè)方面都實(shí)時(shí)的處于系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)下。實(shí)現(xiàn)我們需要的智能化。目前煤礦井下水泵監(jiān)控采用PLC+變送器實(shí)現(xiàn)的，主要檢測(cè)的對(duì)象包括：水泵的電機(jī)溫度以及電機(jī)開啟和關(guān)閉、涌水點(diǎn)的水位、水泵的流量監(jiān)控、水泵的電流和電壓、水泵內(nèi)壓力的檢測(cè)1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容1.3.1煤炭井下回風(fēng)巷和皮帶巷涌水特點(diǎn)煤炭井下回風(fēng)巷和皮帶巷涌水特點(diǎn)主要包括以下幾種涌水情況：透水、突水、涌水,這些情況對(duì)于井下的工作有巨大影響。在煤炭井下中積水主要分為幾種，在采掘工作面中的涌水被稱為礦井充水，在巷道中的積水被稱為礦井水。礦井充水形式:滲入、滴入、淋入、流入、涌入和潰入等等。當(dāng)涌入潰入井巷的水量大、來(lái)勢(shì)猛時(shí),稱為突水。礦井透水：在煤炭井下的積水存在于工作面中時(shí)，積水形式主要是由于積水通過(guò)巖層的滲透進(jìn)入到巷道中，使得巷道中的積水過(guò)多導(dǎo)致水充滿巷道對(duì)于生產(chǎn)和人員的安全造成威脅。礦井突水:大量地下水突然集中涌入井巷的現(xiàn)象。掘進(jìn)或采礦過(guò)程中當(dāng)巷道揭穿導(dǎo)水?dāng)嗔?、富水溶洞、老窯積水,地下水大量突然涌入礦山井巷的現(xiàn)象。涌水坑水位設(shè)計(jì)按坑內(nèi)積水考慮當(dāng)天排完。排水坑排水大多使用離心式排水泵，一般規(guī)定排水泵的排水量為涌水點(diǎn)涌水量的1.5到2倍之間。

2煤礦井下排水系統(tǒng)組成本節(jié)對(duì)煤礦井下排水系統(tǒng)做了大概性的介紹，井下排水系統(tǒng)大致分為幾個(gè)部分：水泵房、水倉(cāng)、排水管道和水泵。2.1水泵房水泵房是設(shè)備庫(kù)，水泵房是裝備礦井主要設(shè)備的機(jī)房，機(jī)房?jī)?nèi)要求具有良好的通風(fēng)、照明和干燥系統(tǒng)，便于機(jī)器維護(hù)和維修，使機(jī)房時(shí)刻處于安全的狀態(tài)，是排水系統(tǒng)的重要組成部分。2.2水倉(cāng)水倉(cāng)由主倉(cāng)和副倉(cāng)組成。對(duì)于水倉(cāng)的位置選擇，基本的原則是一般選擇在巷道或者在井底車場(chǎng)的最低位置，水倉(cāng)必須與吸水井有可通過(guò)通道。水倉(cāng)的主要作用不僅僅是積水的儲(chǔ)存位置而且還是對(duì)于積水中的泥沙和各種可沉淀物的沉積位置，水倉(cāng)同時(shí)也具備對(duì)于積水的清理作用，也是本設(shè)計(jì)中水泵排水的終點(diǎn)位置。2.3水泵機(jī)組煤礦井下排水的主要設(shè)備就是排水泵，沒(méi)有排水泵排水是不能進(jìn)行的，在一般的設(shè)計(jì)中水泵一般有工作水泵和如果工作水泵出現(xiàn)了問(wèn)題有必要設(shè)計(jì)一個(gè)備用水泵，其中水泵的工作能力應(yīng)該在20小時(shí)內(nèi)能排出24小時(shí)的涌水量，而且備用的水泵應(yīng)有工作水泵的70%的排水能力。2.4離心式水泵排水系統(tǒng)工作原理以下是簡(jiǎn)單的介紹所使用的水泵原理，煤礦井下的排水系統(tǒng)一般采用離心水泵，離心式水泵的排水量和排水效率都很高，負(fù)責(zé)井下主要的排水任務(wù)。但是在生產(chǎn)中有可能出現(xiàn)一些排水量不是很大，水位比較淺的位置也會(huì)使用潛水泵進(jìn)行排水工作。2.4.1濾水器和底閥濾水器的作用顧名思義，就是防止積水中的淤泥和砂石通過(guò)吸水管吸入進(jìn)入到水泵中，加快了對(duì)于水泵的磨損和消耗，甚至有可能使得水泵的堵塞，使得水泵不能繼續(xù)工作，而底閥的作用是使得在吸水管的引水不會(huì)大量的泄露掉，保證了水泵在停泵狀態(tài)的安全，并且可以提高排水的效率，減緩腐蝕。而使用的是射流泵或真空泵，來(lái)給水泵和吸水泵注水。2.4.2閘閥在靠近水泵排水管上方的排水管路上安裝調(diào)節(jié)閘閥，其作用為：1調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程；2在起動(dòng)過(guò)程中將它完全的關(guān)閉，可以降低起動(dòng)電流。調(diào)節(jié)閘閥在正常工作和使用中，它受到的阻力比較小，可以十分簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)水泵的排水能力，在閘閥安裝時(shí)沒(méi)有方向性的限制。但是由于其表面是密封面，對(duì)于檢修的能力是十分大的考驗(yàn)，并且價(jià)格較貴。2.4.3逆止閥在調(diào)節(jié)閘閥的上方位置安裝逆止閥，逆止閥的主要作用是當(dāng)水泵發(fā)生故障時(shí)，水泵停止工作，或者在閘閥尚未關(guān)閉的時(shí)候，水泵停止工作時(shí)能實(shí)現(xiàn)水流的切斷，避免水泵收到積水的大力沖擊，使得水泵無(wú)法繼續(xù)工作。2.4.4灌引水漏斗、放氣栓和旁通管引水漏斗主要的作用是在水泵的引水過(guò)程中，使得水泵中空氣排出。當(dāng)有積水存在于排水管中，這是就可以使用旁通管對(duì)水泵進(jìn)行引水工作，操作的流程，首先要把旁通管中的開關(guān)閥門打開，并且旁通管可以對(duì)于壓力水中的雜物進(jìn)行沖刷掉，但是與此同時(shí)，使用鏈條或者鐵絲將底閥提起。2.4.5壓力表和真空表壓力表安裝位置在排水泵的排水管上，是為了檢測(cè)水管中的水壓大小。在一般的情況下普通的彈簧管壓力表就是我們大多使用的壓力表，按照壓力表的結(jié)構(gòu)可以分為軸向帶邊和徑向無(wú)邊以及向帶邊。表的公稱直徑有5中分為60、100、150、200和250mm。在壓力表上顯示的數(shù)值要比絕對(duì)大氣壓小一個(gè)大氣壓。在吸水管上安裝真空表，真空度是通過(guò)壓力表檢測(cè)。大體真空表與壓力表的種類一樣，公稱直徑也與壓力表一樣。2.4.6射流泵或真空泵在離心水泵啟動(dòng)之前，首先要使用射流泵或者是真空泵將吸水管和水泵的腔內(nèi)注滿水，而后才能實(shí)現(xiàn)水泵的工作。如果水泵在工作之前沒(méi)有使用射流泵或者真空泵對(duì)吸水管進(jìn)行注水，就會(huì)出現(xiàn)“干燒”現(xiàn)象，導(dǎo)致水泵的工作壽命大幅度降低。特別是在排水系統(tǒng)中沒(méi)有底閥裝置，射流泵在每次水泵啟動(dòng)的時(shí)候都會(huì)工作，水泵注滿水后水泵繼續(xù)啟動(dòng)。在我國(guó)的煤礦井下目前還是處于非常簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)狀態(tài)，這種非常傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)主要是以離心式水泵為主要的排水設(shè)備，水泵是排水系統(tǒng)主力排水設(shè)備，其他的設(shè)備是圍繞著水泵展開工作的。泵站的啟停完全是由工人的自己的工作經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)涌水點(diǎn)的水位處于高水位時(shí)需要排水時(shí)，憑借工人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定是否需要開啟排水泵，如果需要開啟水泵，工人就會(huì)開啟射流泵給水泵注水，真空度達(dá)到要求時(shí)，啟動(dòng)水泵后水泵開始工作，開啟閘閥后，水泵開始排水。而后關(guān)閉射流泵。停泵過(guò)程操作相反。2.4.7離心式水泵的啟動(dòng)與停機(jī)過(guò)程排水時(shí)水泵啟動(dòng)與停機(jī)主要是依靠由水坑的水位高低、水泵的溫度、壓力、以及電流傳感器所傳送來(lái)的參數(shù)來(lái)決定水泵的開啟以及水泵的停機(jī)，水泵的停機(jī)與啟動(dòng)可以分為遠(yuǎn)程PLC控制和手動(dòng)控制，可以根據(jù)所使用的條件選擇要使用的方式，當(dāng)涌水點(diǎn)的水位過(guò)高時(shí)，傳感器傳送來(lái)水位高的信號(hào)，控制PLC決定手動(dòng)自動(dòng)模式，啟動(dòng)水泵后，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水泵的各種參數(shù)，如果出現(xiàn)故障，進(jìn)行手動(dòng)或者自動(dòng)的控制水泵的關(guān)閉。2.5井下排水存在的問(wèn)題（1）工作的效率很低。這種主要依靠人工排水系統(tǒng)，其可靠性并不高，需要工人按照經(jīng)驗(yàn)和程序一步步地進(jìn)行操作，對(duì)于水坑涌水量的判斷，也只能依賴于工人經(jīng)驗(yàn)。過(guò)程控制能力差，如果出現(xiàn)工人的錯(cuò)誤判斷或者錯(cuò)誤的操作，可能會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生，人員和財(cái)產(chǎn)會(huì)招到損失。（2）需要人工較多。因?yàn)槠渑潘到y(tǒng)大量需要人工的操作。尤其對(duì)于水泵的啟停，和水泵布置都需要大量的人工，而且對(duì)于水泵出現(xiàn)的問(wèn)題，回報(bào)速度慢，以及人工處理不迅速。這些問(wèn)題都會(huì)降低排水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對(duì)于這些存在的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)主要著手解決這些問(wèn)題，本設(shè)計(jì)是基于PLC控制的煤礦井下排水智能系統(tǒng)。使得排水系統(tǒng)的可靠性增強(qiáng)，依靠所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，程序確定后，水泵機(jī)組，可以實(shí)現(xiàn)用所設(shè)計(jì)的程序來(lái)控制水泵開啟以及關(guān)閉，并且把水泵機(jī)組的實(shí)時(shí)信息以及一些重要的安全系數(shù)傳送到總控制臺(tái)，管理人員即可在總控制臺(tái)上來(lái)控制煤礦井下排水系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)時(shí)參數(shù)和實(shí)時(shí)的工作狀態(tài)，便可以十分方便的控制水泵，以及水泵機(jī)組的調(diào)動(dòng)。減少了人工的多余動(dòng)作，完成排水的智能化進(jìn)程。（3）水錘現(xiàn)象水錘現(xiàn)象，也被稱為水擊現(xiàn)象，當(dāng)液體的流速突然發(fā)生變化的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致水泵內(nèi)壓力的突然變化，壓力的急劇的交替，從而升高和減少水力的沖擊現(xiàn)象，如果發(fā)生水錘現(xiàn)象，水泵中的最高壓力可以達(dá)到平時(shí)值得2倍。這樣大的水力會(huì)對(duì)水泵造成巨大的沖擊，導(dǎo)致設(shè)備的破壞。所以說(shuō)一般的排水管中的積水流速不能大于3米每秒。如果在水泵正常的工作中，發(fā)生了水錘現(xiàn)象，那么水泵會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的事故，例如水泵停止運(yùn)作或者積水流出水泵等嚴(yán)重故障，會(huì)造成嚴(yán)重的人員財(cái)產(chǎn)損失。所以在水泵排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要非常重視消除水錘現(xiàn)象。為了避免出現(xiàn)水錘現(xiàn)象，一般采取以下措施：1.減少水錘發(fā)生可以試安裝止回閥。2.可以通過(guò)安裝一些泄壓設(shè)備例如水錘消除器和安全閥等，并且在管路中安裝壓力傳感器。在壓力會(huì)突然變化的區(qū)域安裝止回閥，這樣也可以減少水錘現(xiàn)象的發(fā)生。2.6排水系統(tǒng)的總體控制要求2.6.1水泵的自動(dòng)輪換原則為了防止工作水泵以及管路的故障突發(fā)的情況，所以必須要有備用的水泵或者電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)備，這時(shí)如果電機(jī)或者電氣設(shè)備發(fā)生故障，這樣會(huì)發(fā)生事故，更有可能影響煤礦井下的安全和生產(chǎn)的效率，所以我們有必要設(shè)計(jì)水泵的自動(dòng)輪換工作功能。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)其系統(tǒng)功能自動(dòng)的通過(guò)傳感器傳輸其運(yùn)行參數(shù)，而后把必要的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂婆_(tái)，并具有聲光報(bào)警功能，可以使得人員得知事故的發(fā)生地點(diǎn)，同時(shí)可以更早的更換故障泵，使備用泵更加迅速的進(jìn)行更換，以做到故障的早發(fā)現(xiàn)、早處理。2.6.2“避峰填谷”原則避峰就谷原則顧名思義，就是在供電的低谷期和一般時(shí)期盡可能的讓水泵處于工作狀態(tài)，保證涌水水位處于設(shè)定的低水位。而水泵在供電的高峰期盡量處于停泵的狀態(tài)這樣的工作方式就稱為避峰就谷原則以便于在供電的高峰期，不會(huì)使得涌水點(diǎn)的積水過(guò)多，這樣就可以增加巷道排水系統(tǒng)的排水效率，以便于排水系統(tǒng)更加的安全，更加的穩(wěn)定。2.6.3排水系統(tǒng)的保護(hù)原則漏水保護(hù)：漏水保護(hù)是指當(dāng)水泵開啟后安裝的真空度壓力表顯示的真空度未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，那么這個(gè)水泵非常有可能存在故障，這時(shí)啟用備用水泵，并派送人員進(jìn)行檢修。流量、壓力的保護(hù)：在水泵開啟以及工作中，通過(guò)流量和壓力傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不能達(dá)到正常的工作值時(shí)，這時(shí)水泵內(nèi)的壓力沒(méi)有達(dá)到預(yù)計(jì)的要求，那么水泵就必須要停止啟動(dòng)，并且開啟備用水泵。超溫保護(hù)：如果水泵的電機(jī)溫度超過(guò)了我們?cè)O(shè)定的正常值得話，立刻停止正在運(yùn)行的水泵，通過(guò)水泵的保護(hù)裝置對(duì)水泵進(jìn)行關(guān)閉水泵的運(yùn)作，并啟動(dòng)下臺(tái)水泵。過(guò)流保護(hù)：顧名思義，當(dāng)電機(jī)或者主回路中的電流信號(hào)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC處理原件，傳送來(lái)的數(shù)據(jù)大于我們?cè)O(shè)定值得話，啟動(dòng)停機(jī)裝置并且檢修水泵。當(dāng)水泵發(fā)生以上的情況，系統(tǒng)就要通過(guò)故障的原因來(lái)手動(dòng)的選擇PLC的控制方式應(yīng)該含有，水泵的自動(dòng)控制、水泵的半自動(dòng)控制以及水泵的手動(dòng)控制，自動(dòng)控制水泵是由傳感器檢測(cè)水位壓力以及有關(guān)數(shù)據(jù)，PLC分析輸送來(lái)的數(shù)據(jù)，以此為依據(jù)來(lái)控制水泵的啟停，人工并不參與動(dòng)作；當(dāng)水泵的半自動(dòng)工作方式開啟時(shí)，由人工進(jìn)行判斷以及人工的選擇開啟或者關(guān)閉幾臺(tái)水泵，這時(shí)PLC并不停止進(jìn)行工作，而是繼續(xù)輸入水泵的參數(shù)信息。而當(dāng)手動(dòng)模式開啟時(shí)，水泵的控制完全有手動(dòng)操控，有操作人員對(duì)水泵進(jìn)行檢修，依靠手工進(jìn)行水泵的啟停。這三種工作方式，應(yīng)該并列存在，相輔相成，組成一套完整、智能、高效的排水系統(tǒng)。

3排水系統(tǒng)傳感器選擇3.1涌水點(diǎn)水水位的檢測(cè)3.1.1液位傳感器介紹超聲波液位傳感器超聲波液位傳感器位于兩媒體對(duì)該接口利用超聲波的反射特性。如果超聲脈沖開始接收到的反射波到目前為止這個(gè)時(shí)間間隔是可以的距離和位置之間的接口計(jì)算，利用該方法可以對(duì)液位測(cè)量。根據(jù)發(fā)射機(jī)的功能和接收傳感器，該傳感器可分為單傳感器和雙傳感器..單傳感器發(fā)送和接收超聲波的使用相同的傳感器，當(dāng)傳感器發(fā)送和接收各傳感器傳感器。介紹了單傳感器超聲波傳感器。超聲波傳感器原理如圖(3-1)圖3-1超聲波傳感器原理Figure3-1Theprinciplediagramoftheultrasonicsensors超聲波傳感器可以安裝在涌水點(diǎn)睡眠的上方，這時(shí)超聲波傳感器的超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波，超聲波到達(dá)涌水點(diǎn)積水表面后，再反彈回到換能器時(shí)間為（3-1）則（3-2）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。從（3-1）和（3-2）可以推算出超聲波傳感器的信息接收和回報(bào)的時(shí)間間隔。就可以求出需要測(cè)量的液位。超聲波液位傳感器具有精度高和使用時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)但若液體中有氣泡或液面發(fā)生波動(dòng)便會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。在一般條件下使用它的測(cè)量誤差只有±0.1%檢測(cè)液位的范圍為10?410m。本設(shè)計(jì)中采用的是Yjsonic系列的超聲波液位計(jì)，超聲波傳感器的工作原理是通過(guò)傳感器發(fā)射的超聲波，返回來(lái)的模擬量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這樣就可以通過(guò)我們之前所得到的超聲波的時(shí)間間隔來(lái)推算出超聲波傳感器和涌水點(diǎn)液位之間的距離，這樣就可以推算出涌水點(diǎn)的液位高度。工作特點(diǎn)：為了提高設(shè)備的穩(wěn)定性，我們可以使用SMD技術(shù)，功率的自動(dòng)調(diào)整，增益控制。先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，豐富的軟件功能能應(yīng)付各種不同環(huán)境。為了提高我們?cè)O(shè)備的測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性系數(shù)，我們應(yīng)該使用新型的計(jì)算機(jī)技術(shù)例如新型的波形計(jì)算。具有干擾回波的抑制功能，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精確。設(shè)計(jì)中選用二線制輸出型液位計(jì),其參數(shù)如下量程：0、3、5、8、10、15、20m精度：0.25%盲區(qū)：0.3~0.5m溫度：-20℃~+55℃電源：24VDC控制：無(wú)輸出：4~20mA16位的D/A轉(zhuǎn)換使得電流的輸出分辨力有所提高，并且可以輸送信息到PLC的CPU中。3.1.2投入式液位傳感器首先把傳感器的探測(cè)頭投入到涌水點(diǎn)的積水中，然后通過(guò)水位高度造成的壓強(qiáng)差來(lái)判斷水位的高低，投入式液位傳感器就是通過(guò)這原理制成的。3.1.3兩種液位傳感器的比較投入式液位傳感器的特點(diǎn)在于：=1\*GB3①制造成本相對(duì)于超聲波液位傳感器較為便宜；②量程比較小一般為5到10米，但一般能滿足測(cè)量水位的要求:；③如果在涌水點(diǎn)的積水中含有一些固體不溶物的話，會(huì)對(duì)傳感器造成影響；④測(cè)量工作不被空氣中的懸浮成分如粉塵、濃煙等的影響；超聲波液位傳感器的特點(diǎn)在于:①超聲波傳播會(huì)被空氣中粉塵的影響；②超聲波液位傳感器的可測(cè)量的量程比投入式的傳感器大；③超聲波液位不會(huì)像投入式液位傳感器比較易受介質(zhì)的干擾；④制造成本比較高3.1.4水位檢測(cè)裝置的選擇由于煤礦井下的排水系統(tǒng)重要的安全設(shè)施，而水位傳感器是整個(gè)排水系統(tǒng)的重要部分。在理論情況下，如果同在一個(gè)涌水點(diǎn)的傳感器，其中一個(gè)傳感器發(fā)生了故障那么就需要安裝一個(gè)備用的傳感器。但是考慮的實(shí)際的情況以及對(duì)于成本的控制，本設(shè)計(jì)不多考慮理論使用，并且考慮成本和維修問(wèn)題，每一個(gè)涌水坑使用一個(gè)投入式傳感器。3.2電機(jī)及水泵溫度檢測(cè)對(duì)于水泵溫度的監(jiān)測(cè)，采用的是溫度傳感器，而一般的分為可以接觸被測(cè)物體的類型和不可以接觸被測(cè)物體的類型，而可以接觸的類型，便是溫度測(cè)量的基本形式。這種溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，精度較高，穩(wěn)定性好，價(jià)格低，等等優(yōu)點(diǎn)，并在這種溫度傳感器的應(yīng)用最為廣泛的。非接觸式溫度傳感器理論上無(wú)接觸式溫度傳感器的測(cè)量滯后和高溫，腐蝕，有毒的功率測(cè)量的應(yīng)用范圍，移動(dòng)物體和液體和固體表面的溫度，不影響測(cè)得的溫度場(chǎng)，但測(cè)量精度低，所以，使用不方便。通過(guò)比較，宜選擇接觸式溫度傳感器來(lái)測(cè)量溫度的。電機(jī)的溫度和泵選擇PT100溫度傳感器。PT100傳感器隨溫度變化的鉑電阻的使用，并給出了一定的功能特征溫度,其溫度/阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系為：（1）-200℃<t<0℃時(shí)，(3-1)（2）0℃≤t≤850℃時(shí)，(3-2)(3-1)式中A=3.90×10-3；B=-5.80×10-7；C=4.27×10-12。PT100溫度傳感器，通過(guò)傳感器輸入的信號(hào)是模擬信號(hào)，并且在傳感器的使用過(guò)程中，是不必要在PLC顯示的，主要收集，所以使用時(shí)只需要一個(gè)PT100溫度傳感器集成電路，PLC可以識(shí)別的是電信號(hào)，并不是電阻值，所以需要安裝一個(gè)直流電源，來(lái)算出電阻值。直接對(duì)采集到的可變能量輸入到PLC的性能，是一個(gè)獨(dú)立的PT100溫度傳感器，電源24VDC，產(chǎn)生然后通過(guò)4-20mA電流電路板的4-20mA電流電壓1-5V4-20mA電流功率。它可以是一個(gè)系列的電磁儀。Pt100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下測(cè)量范圍-200℃~+850℃；允許偏差值△℃：A級(jí)±（0.15+0.002│t│）；B級(jí)±(0.30+0.005│t│）；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥200mm；允通電流≤5mA。此外，PT100溫度傳感器具有抗振動(dòng)，穩(wěn)定性好，精度高，壓力高的優(yōu)點(diǎn)，等等。應(yīng)用范圍：氣液兩用型，可用于給水系統(tǒng)，液壓，氣動(dòng)系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)，自動(dòng)化工程等。3.3水泵壓力檢測(cè)3.3.1HS-956系列薄膜壓力變送器HS-956系列的薄膜壓力的變送器是可以直接把壓力的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC可以識(shí)別的電信號(hào)，它可以分為兩大部分組成，有意個(gè)薄膜壓力傳感器和一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換器組成的，這樣的設(shè)備就可以減少設(shè)備的安裝，并且加快了信號(hào)的處理功能，本文中選擇的該系列產(chǎn)品性能比較好技術(shù)比較先進(jìn)斌并且在使用的體積占用比較少，而且維修比較方便，價(jià)格比較便宜，而且使用的穩(wěn)定性比較好。HS-956系列薄膜壓力變送器的使用特點(diǎn)：1、穩(wěn)定性比較高，每年優(yōu)于±0.1%；2、測(cè)量誤差小，綜合誤差可小于±0.1%；3、溫度范圍寬，允許介質(zhì)溫度-40~125℃；4、溫度漂移小，典型溫漂±0.02%/℃；5、適應(yīng)惡劣環(huán)境、耐溫、耐腐、抗振動(dòng)；6、適應(yīng)性廣：產(chǎn)品體積小、重量輕、無(wú)隔離膜片和中介液體；全不銹鋼密封結(jié)構(gòu)，不可動(dòng)部件；可直接、任意安裝。因此適應(yīng)各種工業(yè)測(cè)量場(chǎng)合及介質(zhì)。主要技術(shù)指標(biāo)：1、介質(zhì)：液體、氣體或蒸汽；2、輸出：兩線制4~20mA.DC；3、量程：0.1，0.16，0.2，0.25，0.3，0.4，0.5，0.6，0.8，1，1.6，2，2.5，3，4，5，6MPA；4、電源：24V.DC無(wú)負(fù)載時(shí)可工作在12V.DC,最大電源電壓36V.DC；5、負(fù)載范圍：允許最小負(fù)載為零，最大負(fù)載RL=50（US-12）Ω。其中US為電源電壓；6、過(guò)壓：量程的120%；7、輸出限制：變送器過(guò)壓時(shí)，內(nèi)部限流器輸出電流限制在25mA以下；8、溫度范圍：敏感元件工作溫度：50~125℃，電子部件工作溫度-40~85℃；9、溫度范圍：0~99%相對(duì)溫度。3.4水泵流量監(jiān)測(cè)3.4.1流量監(jiān)測(cè)儀器的安裝位置水泵的流量與水泵出口的閘閥打開程度和排水口的壓力將會(huì)影響電動(dòng)機(jī)中的電流大小。所以說(shuō)對(duì)于水泵的排水口的積水排出流量大小的監(jiān)控，對(duì)于水泵的使用和我們智能系統(tǒng)的穩(wěn)定性都有很大意義。本設(shè)計(jì)把水泵的流量傳感器安裝在水泵的出口的總管路中。3.4.2流量檢測(cè)傳感器1.電磁流量計(jì)的工作原理在一般的工作中使用的次數(shù)最多的就是電磁流量計(jì)，從1950以后，電磁流量計(jì)在我國(guó)的使用越來(lái)越廣泛。電磁流量計(jì)和壓力的變送器的組成部分大致一樣，都是由一個(gè)傳感器和一個(gè)流量信號(hào)轉(zhuǎn)換器組成的，這樣便可以把傳感器接收的流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這樣PLC就能對(duì)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC可以輸出的信號(hào)，電磁流量傳感器它是通過(guò)自身產(chǎn)生的均勻磁場(chǎng)，這樣計(jì)算出通過(guò)的導(dǎo)電液體的體積，便可以計(jì)算出液體的流量，磁場(chǎng)的磁感線方向，電極的正負(fù)極連線和管道組成的三條線互相垂直。導(dǎo)電液體通過(guò)磁力傳感器時(shí)這三條線方向便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，這樣便可以推算出液體的流速。2.電磁流量計(jì)的特點(diǎn)（1）在被測(cè)物質(zhì)中沒(méi)有過(guò)于大或者突出的固體可以使用；（2）電磁流量計(jì)不易受其他環(huán)境因素影響；（3）測(cè)量范圍寬，流速0.3-15m/s;實(shí)際上，其理論上管路中液體的流速范圍是：2.46m/s-4.92m/s.結(jié)合電磁流量傳感器的特點(diǎn)，煤礦井下水泵房采用電磁流量傳感器檢測(cè)水泵出口的流量是簡(jiǎn)單易行的。3流量計(jì)的要求隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的加強(qiáng)和進(jìn)步，目前對(duì)于各種流量傳感器的設(shè)計(jì)和制造都是十分的成熟，所以對(duì)于流量傳感器的使用范圍十分的廣泛，可以用于各種環(huán)境下，并且可以測(cè)量多種液體，電磁流量計(jì)的基本參數(shù):4--20mA信號(hào)輸出型②可抗干擾性強(qiáng)、穩(wěn)定性比較高、具有整體防爆③測(cè)量范圍寬流速0.3-15m/s在實(shí)際的運(yùn)用中，一般的排水泵管路中的流速在2.46m/s-4.92m/s。結(jié)合電磁流量傳感器自身的特點(diǎn)煤礦井下水泵房采用電磁流量傳感器檢測(cè)水泵出口的流量是簡(jiǎn)單易行的。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的加強(qiáng)和進(jìn)步電磁流量計(jì)達(dá)到抗干擾性強(qiáng)、精度高、穩(wěn)定性可靠、整體防爆的要求適合在煤礦井，隨著流量傳感器在自動(dòng)排水系統(tǒng)的應(yīng)用將大大提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。3.5水泵負(fù)壓檢測(cè)NS-K型負(fù)壓傳感器采用先進(jìn)的靜電焊接技術(shù)形成穩(wěn)定的參考腔可以用，來(lái)測(cè)量小于大氣壓的壓力和真空度廣泛用于石油、化工、冶金、制藥冷凍、真空儀表等自動(dòng)化行業(yè)。4排水設(shè)備的選型設(shè)計(jì)4.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本自動(dòng)供水系統(tǒng)由傳感器檢測(cè)、電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)、PLC電氣控制系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)四個(gè)部分組成。(1)傳感器檢測(cè)主要檢測(cè)出模擬3個(gè)用水坑的水位做為PLC的輸入，在上位機(jī)進(jìn)行顯示，控制6個(gè)水泵的起停。(2)電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)它控制6臺(tái)排水泵電動(dòng)閥門的打開與關(guān)閉?？梢詫?shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、半自動(dòng)控制和手動(dòng)控制。(3)PLC電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)6臺(tái)排水泵和6臺(tái)真空射流泵的控制啟停。4.2引水設(shè)備離心式水泵只有在泵殼內(nèi)充滿水的情況下允許啟動(dòng)，通常采用的方法是打開逆止閥旁通道上的截止閥，或注水電磁閥讓排水管道中的壓力水注入泵體，泵體內(nèi)的空氣從放氣旋塞排出。這種方法要求水泵必須裝設(shè)底閥。在排水過(guò)程中，底閥產(chǎn)生一定的水力損失使水泵的電耗增加、效率降低。為了取消底閥、增加吸水高度、便于自動(dòng)控制，還可采用以下充水裝置。一、用真空泵抽真空吸水在多臺(tái)大泵集中排水的情況下，可設(shè)置兩臺(tái)真空泵專為大泵抽真空吸水。一般采用SZ型、SZB型、SZH型水環(huán)式真空泵。在本系統(tǒng)中采用的是SZ水環(huán)式真空泵。環(huán)式真空泵。其工作原理是以水泵中含有一定量的水，當(dāng)葉片順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，水泵中含有的水被甩到水泵的周邊，形成一個(gè)以水泵中心圓形水環(huán)，實(shí)際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度。在一般的工作情況下，為了提高效率一般可以同時(shí)使用2個(gè)真空泵對(duì)同一個(gè)排水泵抽氣，而且可以實(shí)現(xiàn)故障輪轉(zhuǎn)工作，真空泵與排水泵進(jìn)水口相連，管路接頭處要保證嚴(yán)密。由于真空泵在工作時(shí)會(huì)發(fā)熱，及一部分工作液水環(huán)，隨氣體一起排走所以應(yīng)不斷地向真空泵補(bǔ)充清水。啟動(dòng)真空泵時(shí)，由清水水箱經(jīng)管路6給真空泵補(bǔ)充清水。當(dāng)真空表的讀數(shù)達(dá)到要求時(shí)即可啟動(dòng)大水泵。二、利用射流噴管抽真空吸水在煤礦井下的排水設(shè)備一般包括離心水泵、電動(dòng)機(jī)、真空表、壓力表、濾水器、底閥、電動(dòng)閘閥、逆止閥和引水設(shè)備,離心水泵只能在水泵腔內(nèi)充滿水后才能吸水。在一般的排水工作過(guò)程中，底閥正常工作過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生不小的水力損失，使耗電量增加，這樣會(huì)使工作效率降低，如果長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)這樣的狀態(tài)底閥會(huì)發(fā)生磨損，會(huì)發(fā)生水泵的漏水現(xiàn)象。于是，如果在管路比較狹小的環(huán)境下可以使用射流泵對(duì)水泵進(jìn)行引水。三、真空泵與射流管的比較使用射流管抽真空吸水與使用真空泵一樣，也能省去底閥提高水泵的效率及吸水高度，而且它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不占用泵房空間，維修量小等優(yōu)點(diǎn)。它的主要缺點(diǎn)就是不能解決第一次啟動(dòng)前的充水，因?yàn)榈谝淮螁?dòng)之前，排水管中無(wú)存水，噴管無(wú)水源，除非向排水管注入足夠的水否則必須保留一臺(tái)水泵帶有底閥。4.3自動(dòng)閥門一、電動(dòng)閘閥在管路的口徑比較大的時(shí)候可以采用電動(dòng)閘閥，一般使用的環(huán)境是口徑大于50毫米的管路中，閘閥的主要功能是關(guān)閉或者啟動(dòng)設(shè)備，電動(dòng)閘閥一般安裝在排水泵的排水管路中，閘閥的特點(diǎn)：①開閉所需外力較小。②流體收到的阻力較小。③介質(zhì)的流向不受限制。同時(shí)閘閥也有不足之處：①外形尺寸和開啟高度都較大，安裝所需空間較大。②在閘閥的開閉過(guò)程中，密封面的磨損比較大。③閘閥經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的時(shí)候維修比較困難。設(shè)計(jì)中使用了Z2410/ZTX系列電動(dòng)閘閥它是由多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行器與Z41/42閘閥組合在一起。主要技術(shù)參數(shù)及性能如表4-1所示。表4-1電動(dòng)閘閥技術(shù)參數(shù)及性能Table4-1electricgatevalvetechnicalparametersandperformance公稱直徑mm25~800公稱壓力（Mpa）1.62.54.06.4連接標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接按JB/T79.1JB/T79.2標(biāo)準(zhǔn)閥體材料代號(hào)ZG230-450ZG1Cr18Ni7TiZG0Cr18Ni12M02Ti密封面材料代號(hào)HY適用介質(zhì)水、蒸汽、油品等硝酸類腐蝕性介質(zhì)醋酸類腐蝕性介質(zhì)使用溫度≦425≦550≦200二、電動(dòng)球閥電動(dòng)球閥在排水系統(tǒng)中的應(yīng)用正好跟閘閥相對(duì)，在一般的排水系統(tǒng)中一般安裝在口徑比較小的管路中，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)比較的簡(jiǎn)單，維修起來(lái)也比較容易，在不適用閘閥的情況下可以廣泛適用。我們選用了Q5100/TZX系列電動(dòng)O型調(diào)節(jié)球閥。其使用的范圍比較廣泛，十分的使用于本次設(shè)計(jì)。主要技術(shù)參數(shù)及性能如表4-2所示。表4-2電動(dòng)閘閥技術(shù)參數(shù)及性能Table4-2electricgatevalvetechnicalparametersandperformance公稱直徑1520253240506580100125150200250300350400公稱壓力1.66.4連接標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接按JB/T79.2JB/T79.2標(biāo)準(zhǔn)球芯轉(zhuǎn)角90℃閥體材料ZG230~450ZG1Cr18Ni9TiZG9Cr18Ni12M02Ti適用溫度-40~180（常溫）-40~450（高溫）執(zhí)行機(jī)構(gòu)DKJ-Ⅱ、Ⅲ型PSAUTOMATIONCMBHLNAR-KOSOUnic-Z電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入信號(hào)0~10mA4~20mA1~5VDC4.4高壓開關(guān)柜礦用高壓開關(guān)柜因?yàn)椴皇欠辣碗姎庠O(shè)備,只能用于無(wú)瓦斯和煤塵突出、通風(fēng)良好無(wú)爆炸危險(xiǎn)的煤礦井下井底車場(chǎng)、大巷、中央變電所等場(chǎng)所。礦用高壓開關(guān)柜工作條件為1.煤礦井下環(huán)境溫度不能超過(guò)35℃。2.相對(duì)濕度不超過(guò)95±3。3.一般放置在傾斜程度不高的場(chǎng)所。本設(shè)計(jì)選用了GKW-1型礦用高壓開關(guān)柜,額定電壓設(shè)定為5KV,額定電流為5~400A。其骨架的結(jié)構(gòu)用的角鋼組成，可以防止積水的流入，信號(hào)燈安裝在高壓柜的正面，內(nèi)部為內(nèi)部操作室。裝有腳踏按鈕,操作屏上裝有操作手柄、操作機(jī)構(gòu)、輔助開關(guān)和端子板。后門和隔離開關(guān)之間有機(jī)械閉鎖裝置。隔離開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)與油開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)之間也有機(jī)械閉鎖裝置當(dāng)隔離開關(guān)斷開時(shí)油開關(guān)就不能合上，油開關(guān)合上時(shí)隔離開關(guān)就不能打開。保護(hù)板下面的小門打開就可以檢查電壓互感器和高壓熔斷器。小門與隔離開關(guān)之間也有機(jī)械閉鎖裝置，只有隔離開關(guān)斷開才能打開小門，小門打開隔離開關(guān)就不能閉合，以防發(fā)生觸電事故。高壓柜的主要功能就是為了電機(jī)保持電力的輸出，但是高壓柜的啟動(dòng)不能自行開啟，需采用串聯(lián)電抗器或采用Y-D轉(zhuǎn)換降壓?jiǎn)?dòng)的方法來(lái)啟動(dòng)電機(jī)。而這個(gè)任務(wù)要由高壓開關(guān)柜來(lái)完成。由于采用電抗器降壓，在啟動(dòng)的開始階段，由于功率因數(shù)低，在電抗器上的壓降大。隨著轉(zhuǎn)速的增高，啟動(dòng)電流逐漸減小，且功率因數(shù)逐漸增高，其結(jié)果是使電抗器上的壓降減小，電機(jī)上的端電壓逐漸增高。這樣在啟動(dòng)終了短接電抗器時(shí)，沖擊電流會(huì)小些。電抗器降壓?jiǎn)?dòng)的接線如圖4-1所示。這樣，當(dāng)PLC發(fā)出一個(gè)水泵電機(jī)啟動(dòng)的命令給高壓開關(guān)柜后，高壓開關(guān)柜就會(huì)自動(dòng)完成水泵電機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)了。圖4-1電抗器降壓?jiǎn)?dòng)的接線Figure4-1reactorstep-downstartingwiring4.5水泵的選型由于礦水污染嚴(yán)重以及井下的排水環(huán)境，應(yīng)考慮選擇MD型的耐磨泵，由于煤礦井下涌水點(diǎn)的流量一般在15~20m3/h，水泵流量在涌水量的1.2倍，可選用MD25-50×5型號(hào)臥式離心水泵。水泵的電機(jī)型號(hào)為,功率為37KW。4.6變頻器的選型（4-1）式中：為變頻器額定功率；為水泵額定功率。=1.05×37=38.85KW選用MM440變頻器

5控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5.1PLC的軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選用的是西門子的S7-200系列，其編程語(yǔ)言是運(yùn)用的STEP7編程語(yǔ)言，這時(shí)目前可運(yùn)行與各種西門子S7-200系列的微機(jī)，將它通過(guò)計(jì)算機(jī)的串行口和一根PC/MPI轉(zhuǎn)接電纜與PLC的MPI口相連,即可進(jìn)行相互間的通信，在程序設(shè)計(jì)中可以使用梯形圖，和語(yǔ)句表進(jìn)行編輯，編輯完成的語(yǔ)句，可以直接傳送到CPU中，進(jìn)行對(duì)于輸入輸出的信息進(jìn)行處理，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，在軟件設(shè)計(jì)之前，首先進(jìn)行軟件流程圖的設(shè)計(jì)和地址的分配系統(tǒng)由PLC可編程邏輯控制器、觸摸屏、檢測(cè)部分模擬量和開關(guān)量其硬件結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。圖5-1PLC硬件結(jié)構(gòu)圖Figure5-1PLChardwarestructurediagram5.2PLC的主要特點(diǎn)PLC（ProgrammableLogicController）是一種邏輯控制系統(tǒng)，是一種數(shù)字量可運(yùn)算和可操作的邏輯控制系統(tǒng)，可以把由傳感器傳送到PLC中的電流變化量轉(zhuǎn)換成PL可控制的數(shù)字量，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的四則運(yùn)算，和對(duì)繼電器的延時(shí)控制。運(yùn)用的范圍很廣泛，在目前的各種電子工業(yè)中隨處可見。5.2.1PLC的特點(diǎn)1)使用范圍廣泛在PLC中控制的大部分裝置都是由繼電器，是按照PLC外部接線圖，連接而成的。如果因?yàn)楣に嚿仙僭S變化需要改變電氣控制系統(tǒng)時(shí),原先整個(gè)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(shí)間。而PLC是通過(guò)在存儲(chǔ)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(tái)PLC還可用于不同控制對(duì)象通過(guò)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)PLC的使用穩(wěn)定性比較高在一般的工業(yè)使用中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性是十分重要的，系統(tǒng)的要能在各種復(fù)雜的環(huán)境下，也要保持十分高的穩(wěn)定性，不容易被不良的環(huán)境所影響，所以說(shuō)在復(fù)雜的環(huán)境下PLC的使用率十分的高，比較其他電子控制系統(tǒng)，其穩(wěn)定性是十分值得肯定的。3)編程簡(jiǎn)單、使用方便PLC所使用的語(yǔ)言十分適合讀取，非常有直觀，十分適合編程和程序的修改，使用起來(lái)十分簡(jiǎn)單。這種面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的編程方式與匯編語(yǔ)言相比雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時(shí)間,但對(duì)大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來(lái)說(shuō)PLC的控制速度還是足夠快的。4)接線簡(jiǎn)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,接線方式簡(jiǎn)單易懂、需要連接的工作量少。5)功能性強(qiáng)PLC不僅僅能對(duì)輸入量進(jìn)行處理和監(jiān)控，還可以對(duì)電機(jī)或者開關(guān)進(jìn)行控制，可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。6)體積小，占用空間小PLC的占用空間的極小，可操作性十分強(qiáng)，因而使用環(huán)境十分廣泛,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。5.2.2PLC的主要功能PLC對(duì)于目前工業(yè)發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程有很大的促進(jìn)性作用，在制造業(yè)有著十分重要的地位，不僅僅是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的控制電機(jī)的啟停和繼電器的啟停。PLC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一下功能：1.可以實(shí)現(xiàn)多種控制功能2.數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能3.通信聯(lián)網(wǎng)功能4.輸入/輸出接口調(diào)理功能5.人機(jī)界面功能6.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)器等邏輯運(yùn)算功能可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。定時(shí)控制：可以通過(guò)設(shè)置電子定時(shí)器，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的延時(shí)的功能，或者定時(shí)開啟關(guān)閉功能。計(jì)數(shù)控制：可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的加減功能。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(tái)PLC可作為多部步進(jìn)控制器使用。2)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能數(shù)學(xué)運(yùn)算功能包括:1.基本算術(shù):簡(jiǎn)單的四則運(yùn)算。2.擴(kuò)展算術(shù):高等的數(shù)學(xué)計(jì)算例如平方根。3.比較數(shù)值:大于、小于和等于。4.數(shù)據(jù)處理:選擇、組織、規(guī)格化、移動(dòng)和先入先出。5.模擬數(shù)據(jù)處理:包括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(guò)I/O模塊完成對(duì)模擬量的控制。一般為對(duì)于電阻或者溫度的控制4)人機(jī)界面功能提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過(guò)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(gè)人計(jì)算機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。5)編程、調(diào)試等可以使用簡(jiǎn)單的編程設(shè)備對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的編程，或者調(diào)試。5.3PLC基本工作原理PLC系統(tǒng)分為四大部分有故障的診斷和信號(hào)的處理以及現(xiàn)場(chǎng)操作，以及現(xiàn)場(chǎng)的輸入輸出的操作。與其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣PLC的CPU是采用分時(shí)操作的原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作隨著時(shí)間的延伸一個(gè)動(dòng)作接一個(gè)動(dòng)作進(jìn)行運(yùn)行，程序是運(yùn)用大量的PLC指令來(lái)進(jìn)行組成的，CPU自動(dòng)有首條指令組成的程序，一直最后一條程序運(yùn)行完成，PLC重復(fù)的進(jìn)行對(duì)于程序的運(yùn)行，PLC的自檢時(shí)PLC每次運(yùn)行前必須要運(yùn)行的程序。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單元連接是否正確啟動(dòng)監(jiān)控定時(shí)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(shí)間不超過(guò)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(shí)器T0復(fù)位允許掃描用戶程序。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(bào)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(shí)PLC切斷一切輸出聯(lián)系。2、數(shù)據(jù)I/O操作I/O口分為兩種操作，其中一個(gè)是信號(hào)的采樣輸入，輸入的信號(hào)由PLC輸入到I/O口存儲(chǔ)器中，第二種便是輸出口，是PLC對(duì)于控制的電路的輸出信號(hào)，在PLC中有I/O口專用的存儲(chǔ)器,對(duì)應(yīng)于這種為了I/O口所存在的數(shù)據(jù)區(qū)，我們稱之為輸入映像存儲(chǔ)器。當(dāng)CPU采樣時(shí)輸入信號(hào),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(dòng)負(fù)載。處理之后的結(jié)果存放在輸出存儲(chǔ)器區(qū)內(nèi),每當(dāng)輸出程序執(zhí)行結(jié)束后,才將輸出映像區(qū)的內(nèi)容通過(guò)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)行用戶程序操作復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器T1在程序執(zhí)行前即開始程序并開始運(yùn)行。監(jiān)控定時(shí)器T1是系統(tǒng)的監(jiān)控裝置，它可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)是否進(jìn)行順利,T1的設(shè)定值是執(zhí)行完用戶程序所用的時(shí)間的極限值,執(zhí)行完用戶程序后立即使監(jiān)控定時(shí)器T1復(fù)位表示程序執(zhí)行正常。當(dāng)程序執(zhí)行過(guò)程中因某種干擾使掃描失控或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)監(jiān)控定時(shí)器T1會(huì)發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)使程序重新開始執(zhí)行。如果造成超時(shí)的原因并不是由于真正的故障，而是偶然的現(xiàn)象，而后系統(tǒng)便會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)受到影響，但是如果超時(shí)的原因是因?yàn)橄到y(tǒng)的故障，便會(huì)立刻停止程序的運(yùn)行，并且停止對(duì)外控制，并輸出故障信號(hào)。4、處理外設(shè)請(qǐng)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(qǐng)求命令的操作外設(shè)的請(qǐng)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(qǐng)求一般不會(huì)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(méi)有外設(shè)請(qǐng)求系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)循環(huán)地掃描進(jìn)行。5.4PLC地址分配和實(shí)現(xiàn)控制功能從系統(tǒng)的控制功能上來(lái)說(shuō)，應(yīng)具備以下七大功能：1、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)主要分為兩類,模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)。模擬量檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要有涌水坑水位、電機(jī)工作電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、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(cè)的數(shù)據(jù)主要有水泵高壓?jiǎn)?dòng)柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動(dòng)閘閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、電動(dòng)球閥狀態(tài)。數(shù)據(jù)自動(dòng)采集主要由PLC實(shí)現(xiàn)，PLC模擬量輸入模塊通過(guò)傳感器連續(xù)檢測(cè)涌水點(diǎn)水位，將水位變化信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，計(jì)算出單位時(shí)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(lái)自兩方而:一是水位計(jì)故障(如遭受雜物撞擊)、二是水位信號(hào)受干擾(如水波動(dòng)較大)。對(duì)于前一個(gè)因素采用雙水位計(jì)在水倉(cāng)中設(shè)置兩個(gè)同樣的水位計(jì)，PLC同時(shí)對(duì)兩個(gè)水位計(jì)取樣。如果兩路信號(hào)相差大于0.15m時(shí)系統(tǒng)報(bào)警，要求值班人員進(jìn)行檢查，而對(duì)于信號(hào)干擾，則采用軟件過(guò)濾，只有當(dāng)信號(hào)在某一值附近穩(wěn)定足夠時(shí)間，且回差足夠小時(shí)才作為控制量使用，防止了因干擾而濘致機(jī)組誤動(dòng)的情況。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，模擬量信號(hào)的處理是將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，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(hào)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(lái)的模擬信號(hào)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(hào)的尖峰噪音和感應(yīng)噪聲平均化，適用于噪音嚴(yán)重的工業(yè)場(chǎng)所。2、自動(dòng)輪換工作因前文已經(jīng)概括其工作內(nèi)容，以下總要敘述其如何實(shí)現(xiàn)其功能，為了防止因備用泵及其電氣設(shè)備或備用管路長(zhǎng)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(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時(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2臺(tái)泵自動(dòng)輪換工作控制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運(yùn)行時(shí)間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動(dòng)記錄并累計(jì)，系統(tǒng)根據(jù)這些運(yùn)行參數(shù)按一定順序自動(dòng)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(tái)泵或所屬閥門故障、某趟管路漏水時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，并在觸摸屏上動(dòng)態(tài)閃爍顯示，記錄事故，同時(shí)將故障泵或管路自動(dòng)退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動(dòng)輪換工作，以達(dá)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。3、“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(shí)間段工作，盡量避免在“峰段”啟動(dòng)。前文已提及其具體原則，故不再敘述。運(yùn)用PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，盡可能的使更多的水泵在“谷段”和“平段”時(shí)間段工作，并且隨時(shí)觀察涌水點(diǎn)的水位，盡可能的安全調(diào)控水泵的開啟或關(guān)閉。4、系統(tǒng)保護(hù)功能因前文已經(jīng)簡(jiǎn)要的概括其內(nèi)容便不具體解釋。超溫保護(hù)：水泵長(zhǎng)期運(yùn)行，當(dāng)軸承溫度或定子溫度超出允許值時(shí)，通過(guò)溫度保護(hù)裝置及PLC實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警。流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行時(shí)，如流量達(dá)不到正常值，通過(guò)流量保護(hù)裝置使本臺(tái)水泵停車，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。電動(dòng)機(jī)故障：利用PLC及觸摸屏監(jiān)視水泵電機(jī)過(guò)電流、漏電、低電壓等電氣故障，并參與控制。電動(dòng)閘閥故障：由電動(dòng)機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電機(jī)的過(guò)載、短路、漏電、斷相等故障并參與水泵的聯(lián)鎖控制。5、動(dòng)態(tài)顯示（可視功能）動(dòng)態(tài)模擬顯示，本文選用了西門子公司生產(chǎn)的ET200M（觸摸屏），系統(tǒng)通過(guò)圖形動(dòng)態(tài)形式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于水泵、真空泵電動(dòng)閘閥和電動(dòng)球閥的運(yùn)行狀態(tài)，采用圖形的變化和顏色的變化，以及紅色閃爍警報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行事故的報(bào)警。直觀地顯示電磁閥和電動(dòng)閥的開閉位置，并且可以實(shí)時(shí)的顯示水泵的壓力值和流量。用圖形填充以及趨勢(shì)圖、棒狀圖方式和數(shù)字形式準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地顯示水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號(hào)和低段、超低段、高段、超高段水位的分段報(bào)警，用不同的聲音提醒工作人員進(jìn)行水泵或者水泵管路的修理和維護(hù)，使得排水系統(tǒng)時(shí)刻處于安全的狀態(tài)。采用圖形、趨勢(shì)圖和數(shù)字形式直觀地顯示管路的瞬時(shí)流量及累計(jì)流量，對(duì)井下用電負(fù)荷的監(jiān)測(cè)量、電機(jī)電流和水泵瞬時(shí)負(fù)荷及累計(jì)負(fù)荷量、水泵軸溫、電機(jī)溫度等進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示、超限報(bào)警、自動(dòng)記錄故障類型、時(shí)間等歷史數(shù)據(jù)，并在屏幕下端循環(huán)顯示最新出現(xiàn)的故障信息，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(shí)檢修避免水泵和電機(jī)損壞。6、通訊接口PLC通過(guò)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(dòng)態(tài)顯示，同時(shí)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(shí)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(cè)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巷道排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測(cè)數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動(dòng)化控制信息，實(shí)現(xiàn)井下巷道排水系統(tǒng)的遙測(cè)、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(cè)監(jiān)控主機(jī)均可動(dòng)態(tài)顯示巷道排水系統(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。7、三種工作方式系統(tǒng)控制具有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)檢修3種工作方式。前文已詳細(xì)說(shuō)明，便不再說(shuō)明。5.5PLC的選型設(shè)計(jì)表5-1模擬量輸入通道統(tǒng)計(jì)表Table5-1Theanaloginputchannelstatistics模擬量輸入通道數(shù)采集01#~06#泵真空泵6采集01#~06#泵電機(jī)溫度6采集01#~06#泵電機(jī)電流6總計(jì)18表5-2數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table5-2DigitalquantityinputpointsTAB數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)01#~06#手動(dòng)水泵啟動(dòng)601#~06#手動(dòng)水泵停止6采集01#~06#電動(dòng)閥全開返回6采集01#~06#電動(dòng)閥全關(guān)返回6采集01#~06#電機(jī)全開返回6采集01#~06#電機(jī)全關(guān)返回6采集手動(dòng)控制信號(hào)1采集自動(dòng)控制信號(hào)1采集遠(yuǎn)程控制信號(hào)1采集01#~03#低水位信號(hào)3采集01#~03#高水位信號(hào)3總計(jì)45表5-3數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table5-3DigitaloutputpointsTAB數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)控制01#~06#電機(jī)開6控制01#~06#電機(jī)關(guān)6控制01#~06#真空閥開6控制01#~06#真空閥關(guān)6顯示01#~06#水泵的運(yùn)行狀態(tài)6顯示01#~06#水泵的停止?fàn)顟B(tài)6顯示電源1顯示預(yù)警狀態(tài)1顯示01#水位狀態(tài)1顯示02#水位狀態(tài)1顯示03#水位狀態(tài)1總計(jì)41考慮到前面的設(shè)計(jì)中I/O點(diǎn)數(shù)可能有疏漏，并考慮到I/O端的分組情況，以及隔離與接地要求，應(yīng)在統(tǒng)計(jì)后得出的I/O總點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，增加10%到15%的裕量?？紤]裕量后的I/O總點(diǎn)數(shù)即為I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)值。選定的PLC機(jī)型的I/O能力極限值必須大于I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)值，并應(yīng)盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應(yīng)留有30%的裕量。5.5.1存儲(chǔ)器容量選擇PLC的I/O點(diǎn)數(shù)估算值大小在很大程度上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求,因此可以在I/O點(diǎn)數(shù)估算值的基礎(chǔ)上計(jì)算對(duì)PLC存儲(chǔ)器容量的需求。目前,大多用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行存儲(chǔ)器容量估算。這種方法是以PLC處理每個(gè)信息量所需存儲(chǔ)器數(shù)的統(tǒng)計(jì)平均經(jīng)驗(yàn)值為依據(jù)乘以信息量數(shù)再考慮一定的裕量計(jì)算得到存儲(chǔ)器需要容量。5.5.2響應(yīng)速度PLC是為了工業(yè)自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的一般控制器，一般普通檔次的PLC的響應(yīng)速度一般能滿足正常的應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果加強(qiáng)范圍使用PLC或者應(yīng)用中的某些功能或信號(hào)有特別的速度要求時(shí)，確定PLC的型號(hào)就應(yīng)特別慎重。通過(guò)上面的計(jì)算。本設(shè)計(jì)選用了SIMATICS7-200系列中的CPU226是最合適的其中最主要的原因是S7-200系列的成本比較低，性能可靠，穩(wěn)定性比較高。它的CPU具有強(qiáng)大的功能，中斷控制，間接選址。另外S7-200系列可以配置豐富的I/O口和特殊功能模塊。S7-200系列CPU226型PLC在功能上完全能夠滿足本設(shè)計(jì)的基本要求，所以我們選定S7-200系列CPU226型的CPU，由于在本設(shè)計(jì)中輸入和輸出的點(diǎn)位較多，為了適應(yīng)本設(shè)計(jì)的條件選用S-201-24型開關(guān)電源為PLC的輸入輸出點(diǎn)提供電壓。CPU226型主要特點(diǎn)是I/O口點(diǎn)數(shù)為24/16比CPU224要多，比較符合本設(shè)計(jì)要求。SM223數(shù)字量輸入輸出模塊有8個(gè)輸入接口和8個(gè)輸出接口。SM235模擬量輸入模塊有4個(gè)模擬量輸入接口和一個(gè)輸出接口。PLC硬件選型如下：CPU226處理器S-201-24電源模塊SM223數(shù)字量輸入輸出模塊SM235模擬量輸入模塊RS－485串行通信口5.6S7--200PLC的基本組成為了滿足供水系統(tǒng)的控制要求，PLC選用SIEMENS公司的S7-200系列PLC。S7-200系列PLC是SIEMENS公司新推出的一種小型PLC。它以結(jié)構(gòu)緊湊、良好的擴(kuò)展性、強(qiáng)大的指令功能、低廉的價(jià)格，已經(jīng)成為當(dāng)代各種中、小型控制系統(tǒng)中的理想控制器。S7-200PLC包含了一個(gè)單獨(dú)的S7-200CPU和各種可選擇的擴(kuò)展模塊，可以十分方便的組成不同規(guī)模的控制器。其控制規(guī)?？梢詮膸c(diǎn)到幾百點(diǎn)。S7-200PLC可以方便地組成PLC—PLC網(wǎng)絡(luò)，從而完成更大規(guī)模的控制任務(wù)。1、中央處理單元CPU就和一般的微處理器一樣，PLC的主要部分是由中央處理單元所組成的，系統(tǒng)的核心就是CPU。它通過(guò)輸入裝置讀入外設(shè)的狀態(tài)，由結(jié)果通過(guò)輸出裝置去控制外設(shè)，并根據(jù)用戶程序去處理。一般的可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)。一個(gè)為字處理器，多為8位或16位微處理器。另一個(gè)是位處理器，也稱為布爾處理器，是一些廠家設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)器、內(nèi)部定時(shí)器，監(jiān)視掃描時(shí)間，統(tǒng)一管理編程接口，同時(shí)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(jī)器操作系統(tǒng)的管理下實(shí)現(xiàn)PLC編程語(yǔ)言向機(jī)器語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換。位處理器的采用，加快了PLC的掃描速度，使PLC能較好的滿足實(shí)時(shí)控制要求。2、輸入/輸出部件通常I/O單元或I/O模塊可以稱為輸入/輸出部件，PLC通過(guò)I/O單元與生產(chǎn)的單位有著通訊和聯(lián)系。通過(guò)I/O接口可以檢測(cè)其的各種由傳感器傳送來(lái)的參數(shù)來(lái)控制被控對(duì)象或被控生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，是以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為PLC的信息依據(jù)。同時(shí)PLC又通過(guò)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(guò)程。PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動(dòng)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(jī)構(gòu)所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC中CPU處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O單元需實(shí)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。a抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高的繼電器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸頭，設(shè)備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動(dòng)及觸頭在開閉時(shí)受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來(lái)完成，大部分電氣和繁雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長(zhǎng)，可靠性大大提高。b控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活，并形成系列化生產(chǎn)，品種齊全，外圍模塊品種也多，可由各種組件靈活組成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)[13]。c編程方便、易于使用。PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)都充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向有關(guān)工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令格式。d功能完善、擴(kuò)展能力強(qiáng)。PLC中含有數(shù)量巨大的用于開關(guān)量處理的繼電器類軟元件，可輕松地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制，這是一般的繼電器控制所不能實(shí)現(xiàn)的。PLC內(nèi)部具有許多控制功能，能方便地實(shí)現(xiàn)D/A、A/D轉(zhuǎn)換及PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制、數(shù)字控制等功能。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，他不僅可以控制一臺(tái)單獨(dú)的生產(chǎn)設(shè)備、一條生產(chǎn)線，還可以控制一個(gè)機(jī)群或者許多條生產(chǎn)線。他不但可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，還可以用于遠(yuǎn)程控制。3、存儲(chǔ)器在可編程控制器系統(tǒng)中存儲(chǔ)器主要存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。系統(tǒng)程序是由PLC的制造廠家在研制系統(tǒng)時(shí)確定的，和機(jī)器的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信和各種參數(shù)設(shè)定等功能。系統(tǒng)程序在PLC使用過(guò)程中是不變動(dòng)的，中小型PLC多使用EPROM或PROM來(lái)存放，大型PLC多使用熔絲快速ROM存放。系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能，用戶不能訪問(wèn)，修改這一部分存儲(chǔ)器的內(nèi)容。綜上所述PLC所用存儲(chǔ)器基本上由PROM、EPROM、EEPROM及RAM等組成，存儲(chǔ)容量的大小隨機(jī)器的型號(hào)而變化。由于系統(tǒng)程序用戶不可改變，因而PLC產(chǎn)品樣本或使用說(shuō)明書中所列存儲(chǔ)器容量，系指用戶程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器而言。4、外部設(shè)備1)人機(jī)接口人機(jī)接口裝置可分為操作員接口、加固的“半智能”型CRT接口、“智能”接口。操作員接口用于實(shí)現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)之間的對(duì)話，人機(jī)接口的最簡(jiǎn)單和最普通的形式是由安裝在控制臺(tái)上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、指示燈、LED數(shù)字顯示器和聲光報(bào)警器等元件組成。加固的“半智能”型CRT接口為密封型，可以長(zhǎng)期安裝在操作臺(tái)和控制柜的面板上，通過(guò)通信接口接收來(lái)自PLC的信息并在CRT終端上顯示出來(lái)。用于PLC控制系統(tǒng)的最高級(jí)、最復(fù)雜的人機(jī)接口是一種“智能”終端，它有自己的微處理器和存儲(chǔ)器，能夠與操作人員快速地交換信息。并通過(guò)通信接口與PLC相連,它可以作為本地通信網(wǎng)絡(luò)的接口。2)外存儲(chǔ)器PLC的CPU模塊內(nèi)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器稱內(nèi)存儲(chǔ)器，或者簡(jiǎn)稱內(nèi)存。有時(shí)用磁帶和磁盤來(lái)存儲(chǔ)PLC的用戶程序。磁帶和磁盤稱為外存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)在它們里面的信息可以長(zhǎng)期保存。如果存放在PLCRAM內(nèi)的程序丟失，可以重新裝入保存在磁帶或磁盤中的程序。盒式磁帶錄音機(jī)和磁盤驅(qū)動(dòng)器可能在編程器系統(tǒng)之內(nèi)，也可能是單獨(dú)的裝置，由編程器或其它智能模塊向它們提供接口。在離線開發(fā)用戶程序可編程裝置中，外存儲(chǔ)器特別有用。5、電源模塊

PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。5.7地址分配表5-4模擬量地址分配Table5-4Analogaddressassignment絕對(duì)地址連接的外部設(shè)備功能介紹地址轉(zhuǎn)換I0.0開關(guān)SB0手動(dòng)啟動(dòng)01#泵I0.1開關(guān)SB1手動(dòng)啟動(dòng)02#泵I0.2開關(guān)SB2手動(dòng)啟動(dòng)03#泵I0.3開關(guān)SB3手動(dòng)啟動(dòng)04#泵I0.4開關(guān)SB4手動(dòng)啟動(dòng)05#泵I0.5開關(guān)SB5手動(dòng)啟動(dòng)06#泵I0.6開關(guān)SB6手動(dòng)停止01#泵I0.7開關(guān)SB7手動(dòng)停止02#泵I1.0開關(guān)SB8手動(dòng)停止03#泵I1.1開關(guān)SB9手動(dòng)停止04#泵I1.2開關(guān)SB10手動(dòng)停止05#泵I1.3開關(guān)SB11手動(dòng)停止06#泵I1.401#真空閥開返回采集01#電動(dòng)閥全開返回I1.501#真空閥關(guān)返回采集01#電動(dòng)閥全關(guān)返回I1.602#真空閥開返回采集01#電動(dòng)閥全開返回I1.702#真空閥關(guān)返回采集02#電動(dòng)閥全關(guān)返回I2.003#真空閥開返回采集03#電動(dòng)閥全開返回I2.103#真空閥關(guān)返回采集03#電動(dòng)閥全關(guān)返回I2.204#真空閥開返回采集