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1、池州学院本科毕业论文（设计）本科毕业设计（论文）题目：井下三级排水系统设计-系统设计与设备选型学生姓名：刘运节学号： 110813113 系（部）：电子与机械工程系 专业： 电子信息科学与技术 入学时间：2011年9月导师姓名：孙佐 职称/学位：教授/硕士 导师所在单位： 池州学院机械与电子工程系毕业设计（论文）提交时间：二一三年五 月池州学院教务处制学位论文独创性声明本人所提交的学位论文，是在导师指导下由本人独立完成的研究成果，对文中所引用他人的成果，均已进行了明确标注或得到许可。论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，不包含他人已申请学位或其他用途使用过的成果。对本文的研
2、究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果，如有不实之处，由本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名：日期： 年 月 日学位论文使用授权声明本人完全了解池州学院有关保留、使用学位论文的规定，允许论文被学校图书馆收藏并被查阅。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论文以非赢利的方式使用，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，有权将学位论文进行汇编。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者签名： 论文指导教师签名： 日期： 年 月 日日期： 年 月 日目 录井下三级排水系统设计与设备选型1
3、1 绪 论11.1煤矿井下水的形成及排水的重要性11.2 国内外研究现状及主要问题21.2.1课题研究现状21.2.2 主要问题31.3 本课题研究的主要内容31.3.1单片机及其相应芯片的选型31.3.2水泵及其水位检测装置的选择41.3.3“避峰填谷”机制41.4本章小结42 系统硬件芯片的选型和设计52.1单片机控制技术52.1.1 单片机的主要特点52.1.2单片机的基本工作原理62.1.3单片机芯片选型82.2 MAX232芯片92.2.1MAX232芯片的功能和作用92.2.2 MAX232引脚图表9主要特点102.3 ULN2004芯片103 系统硬件排水装置的选型和设计113.
4、1 水泵的选型113.1.1离心式水泵工作原理113.1.2射流泵和真空泵的介绍133.1.3多台水泵的井下排水系统组成及功能实现153.2传感器选型163.2.1超声波液位传感器163.2.2投入式液位传感器183.3继电器的选型183.4本章小结194 总结与展望204.1总结204.2展望20参考文献21致 谢22摘 要井下排水设备对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。目前国内各矿井的排水系统多采用传统的继电器控制方法，用人工进行监测。传统方法控制线路复杂，设备运行的可靠性低，工人劳动强度大，不适应煤炭发展的需要。本文设计的排水系统采用单片机控制与PC监视相结合的方式，弥补了传统继电器控
5、制的缺陷与不足，提高了工作可靠性和稳定性。本设计是对井下三级排水系统设计中硬件部分的设计。通过对煤矿排水系统的概述，进行硬件方面的设计和选型。本系统采用本课题拟采用STC89C52RC单片机、ULN2004芯片、液位传感器 ，继电器控制模块和LED警示灯以及相应辅助电路，来实现上述功能，并结合各种传感器（主要为水位传感器），完成系统设计中要实现的控制功能。关键词：排水系统；集中控制；单片机；传感器；芯片ABSTRACTThe drainage under coal mine well is very important equipment for ensuring normal product
6、ion of coal mine well. At present, most drainage systems of all domestic coal mine well adopt conventional means of relay controlling, inspected artificially. This kind means of inspection and control cant meet the requirement of coal development for its complicated control circuit, low reliability
7、of equipment running and great working intension. The drainage system designed in this text combined control by single chip microcomputer control with stakeout by PC, so that it made up a variety of limitation and shortage of conventional means of relay controlling and improved running reliability a
8、nd stability.This system has characteristics of long operating life-span and convenient maintenance.This design is part of tertiary underground drainage system design in hardware design. Through the overview of the coal mine drainage system, hardware design and type selection. This system adopts thi
9、s topic proposed STC89C52RC MCU, ULN2004 chips, liquid level sensor, relay control module and the LED warning light and the corresponding auxiliary circuit, to achieve the above functions. With many sensors(mianly incloding wanter line sensors) to complete autocontrol function demanded in this syste
10、m design. Key Words：Drainage system； centralized control ； single chip microcomputer ； sensor ； chip 23井下三级排水系统设计与设备选型1 绪 论 1.1煤矿井下水的形成及排水的重要性在矿井生产过程中，经常有各种水源的水涌入矿井，称之为矿水。大量的矿水威胁到矿井生产的正常运行，突发时甚至会造成工作人员的伤亡。产生矿井涌水的两个必备条件是矿井水源和涌水通道。1.矿井涌水的水源矿井涌水的水源有地表水和地下水两大类。(1)地表水源。地表水源主要指大气降水和地表水。1）大气降水。大气降水是地下水的主要补
11、给水源。降水量对矿井涌水的影响，对于分布于河谷洼地，并且煤层上部有透水层、溶洞、裂隙或塌陷的浅井较为显著，其影响具有明显的季节性。雨季矿井涌水量增大，旱季则相反。 2）地表水。河流、湖泊、水库和塌陷地积水等地表水，可以通过井筒、塌陷裂隙、断层、裂隙、溶洞和钻孔等直接进入井下，也可以作为地下水的补给水源，使地下水经过与井巷连通的通道进入井巷，造成水灾。（2）地下水源。地下水是矿井水最经常、最主要的水源，而大气降水和地表水也是一般先补给地下水，然后再流入矿井。所以研究地下水的水量分布、补给条件、动态变化规律等，对分析矿井涌水极为重要。 根据地下水的赋存状态和赋存位置的不同，可将矿井水分为以下几种：
12、 1）含水层水。地层中的沙层、砂岩和灰岩层等，往往含有丰富的地下水。当掘进巷道揭露含水层或回采工作面放顶后所形成的冒落裂隙与这些含水层相通时，含水层水就涌入矿井。含水层水一般都具有很高的压力，特别是当它与地面水源相通时，对矿井安全生产的影响较大。 2）断层水。断层带及断层附近岩石破碎，裂隙发育，常形成构造赋水带。特别是当导水断层与强含水层或积水体相通时，如发生断层突水，就会形成水灾。 3）老空积水。井下采空区或煤层露头附近的古井、小窖常有积水，如果开采时与之相通，就会发生突水事故。另外，还有生产用水。煤矿生产过程中，如水采、除尘、煤体注水、防火注浆、水砂充填等，都要大量用水，如管理不善、排水不
13、畅也可能引起水灾事故。2.矿井涌水通道矿井涌水通道可分为人为形成的通道和天然形成的通道两种。(1) 人为形成的通道有：1）顶板冒落裂隙带顶板冒落形成导水裂隙。2）地表岩溶塌陷带矿区开采后地表下沉，地表水和大气降水通过塌陷坑直接进入井下。3）封孔质量差的钻孔打孔后封孔不严，钻孔成为各类含水层的涌水通道。（2）天然形成的涌水通道有： 1）孔隙、裂隙各种岩层中的节理、层理成为涌水通道。 2）岩溶岩石中的溶洞、孔洞成为涌水通道。 3）断层破碎带通过断层与含水层相连，断层破碎带成为涌水通道。井下排水系统的任务就是把通过各种途径流入矿井的积水排送到地表。在煤矿地下开采过程中，由于地层中含水的涌出，雨水和江
14、河水的渗透，水砂充填和水利采煤矿井的井下供水，将更有大量的水昼夜不停地汇集于井下。如果不能及时地将这些积水排送到井上，井下的生产可能受到阻碍，井下的安全得不到保障，严重者会造成重大事故。煤矿大量的井下水在会对工作人员和设备的安全造成很大的威胁，如不采取及时有效地治理措施，会造成严重后果，轻者淹井停产，重者矿毁人亡。因此矿井主排水系统是保证矿井安全的关键设备之一，在煤矿安全生产中有着举足轻重的作用。1.2 国内外研究现状及主要问题1.2.1课题研究现状目前国内外学者已经在煤矿井下排水系统控制的研究中取得了很多成就。就国内的研究工作来看，大多是从煤矿井下排水系统的安全可靠性、节能的角度进行研究。首先是煤矿对中央泵房水泵自动控制系统的成功改造，为我国井下排水系统自动控制开辟了一条新的途径。这也验证了以计算机进行单台水泵的“水泵控制系统”改造和以矿井监控为主的“矿井监控系统”组成的“矿井排水自动控制系统”是一种可行的方法。随后几年，根据煤矿井下排水系统消耗电能大的特点，国内研究人员分别从离心式水泵，排水管路，电动机三个方面提出了对井下排水系统的节能改造。由于各类矿井情况差别大，能源消耗尤其是电能消耗大，所以在节能技术方面的研究对煤矿效益，以致可持续发展有着很大的意义。国内某计研究院提出采用PLC自动检测水仓水位、管道压力、流量等数据，根据水仓水位高低和参考矿井用电情况，建立数
