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1、专 业： 电气工程及自动化 设计题目： 矿井主排水自动控制系统设计 毕业设计主要内容和要求：1掌握矿井水泵的工作原理和控制方法；2设计一种应用PLC作为控制器的水泵自动排水系统；3掌握所用传感器的工作原理及使用方法；4设计主排水泵自动监控系统；5用PLC语言编制控制系统软件。摘 要文章进行了排水设备的选型设计，然后根据排水控制的要求，进行自动控制方面的设计。本系统采用SIEMENS的S7-300系列PLC，并结合各种传感器（主要为水位传感器、负压传感器、压力传感器、流量传感器等），完成系统设计中要实现的控制功能。本系统采用水泵及管路的“自动轮换”工作制。又根据“避峰填谷”的原则确定开启水泵台数
2、，以达到节省用电的目的。在就地PC端，采用易控组态监控系统监视设备的运行情况及各个运行参数，做到有故障及时发现并尽早处理。S7-300通过CP340通讯模块，采用RS-232C通信标准与就地PC建立联系。关键词：PLC、排水系统、自动控制ABSTRACTAt first this text chose and designed drainage equipments, then designed autocontrol part based on drainage control request. This system adopts S7-300 PLC series produced by
3、 SIEMENS，with many sensors(mainly incloding water line sensors,minus pressume sensors,pressme sensors,flux sensors) to complete autocontrol function demanded in this system design. Water pumps and pipelines of this system are controlled to run in turn automatically. The number of running water pumps
4、 is confirmed by the principle of avoiding apex and filling vale in order to economize electricity. On the spot of PC,it introduces controlease configuration control system to take charge of inspecting running state and parameters of equipments so that trouble can be found and dealt with in time. S7
5、-300 used Standard RS-232 to communicate with PC on the spot through Module CP340. KEY WORDS:drainage system； PLC； autocontrol目 录第一章 绪论11.1 排水系统概述1 1.1.1 矿井生产过程中排水的重要性1 1.1.2 矿井排水系统的组成部分1 1.2 井下排水系统存在的问题3 1.3 排水系统为何要实现自动控制3 1.4 我国矿井主排水系统的现状4 第二章 矿井自动排水系统的各种参数与检测4 2.1 水仓水位的检测5 2.1.1 液位传感器介绍5 2.1.2 液位
6、检测装置选择8 2.2 电机即水泵温度检测9 2.3 水泵压力检测10 2.4 水泵流量检测12 2.4.1 流量检测仪器的安装12 2.4.2 流量计的要求13 2.4.3 流量检测传感器的使用15 2.5 水泵负压检测15第三章 基于PLC的矿井主排水自动控制系统的总体设计163.1 控制系统的总体结构163.2 基于PLC的矿井主排水控制系统设计17 3.2.1 PLC的主要特点17 3.2.2 PLC的基本工作原理20 3.2.3 PLC地址分配和实现控制功能22 3.2.4 3s7300PLC的基本组成273.3 西门子ET200M与PROFIBUS-DP总线32第四章 矿井自动主排
7、水系统设备的选型设计334.1 初始数据334.2 选型设计334.3 引水设备354.4 自动阀门384.5 高压开关柜40 第五章 控制系统的软件设计415.1 PLC的软件设计41 5.1.1软件流程图41 5.1.2 地址分配43 5.1.3 水泵的自动开启、运行、故障保护流行图45 5.1.4 PLC的程序设计475.2 控制系统上位机的软件设计50 5.2.1 设计要求50 5.2.2 设计内容51 5.2.3 上位机与PLC的通信51 5.2.4 监控主界面53 5.2.5 报警界面55第六章 如何使矿井主排水自动控制系统抗各种干扰566.1 常见的各种干扰源566.2 如何采取
8、措施排除这些干扰56第七章 总结57参考文献58致谢59翻译部分60 中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第67页第一章 绪论井下排水系统是煤矿生产中四大系统之一，担负着井下积水排除的重要任务。然而，目前我国的井下排水系统仍由很多依靠传统的人工操作方式。本章分析这种排水系统的组成及工作过程，指出其存在的问题，为井下主排水系统自动控制的研究提供依据。1.1排水系统概述1.1.1矿井生产过程中排水的重要性在煤矿地下开采的过程中，由于地层中含水的涌出，雨水和江河中水的渗透，水砂充填和水力采煤矿井的井下供水，将要有大量的水昼夜不停地汇集于井下。矿井涌水与采区的水文地质及当地的气象条件有关系，涌水量在
9、不同的季节也呈现不同。在一些大水矿井，矿井涌水量可达到每秒17立方米，甚至超过每秒20立方米。另外，煤炭开采过程中，由于地层结构被破坏，岩层断裂，使采区与储水层连通，发生突水事故，涌水量会突然增加。如果不能及时地将这些积水排送到井上，井下的生产就可能受到阻碍，井下的安全就会得不到保障，严重者会造成重大事故。给人民的生命、国家的财产都带来了极大的威胁。因此，井下排水就显得尤为重要。井下自动排水系统的任务就是把流入井下煤矿巷道中的矿井积水排送至地表。根据统计，每开采1吨煤就要排出2-7吨矿井水，有时甚至要排出30-40吨矿井水。井下排水设备所配备电机的功率，小的几千瓦到几十千瓦，大的几百千瓦到上千
10、千瓦、在我国煤炭行业中，井下排水用电量占原煤生产总耗电量的18%-41%，一般为20%左右。因此，井下排水设备运转的可靠性(安全运转)与经济性(效率高、电耗量小)，具有十分重要的意义。1.1.2矿井排水系统的组成部分井下排水系统一般采用离心式水泵，一些小型煤矿或浅水井临时排水系统也采用潜水泵。离心式水泵排水系统主要由离心式水泵、电动机、起动设备、仪表、管路及管路附件等组成。滤水器和底阀 滤水器安装在吸水管的下端，插入吸水井下面，不得低于O.5m 。其作用是防止井底沉积的煤泥和杂物吸入泵内，导致水泵被堵塞或被磨损。在滤水器内装有舌型底阀，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
11、掉。但是现在的排水系统中，为了提高排水效率，减小水泵腐蚀，一般不用底阀，而用射流泵或真空泵为水泵和吸水管注水。闸阀调节闸阀安装在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止阀的下方。其功用为:调节水泵的流量和扬程；起动时将它完全关闭，以降低起动电流。调节闸阀的优点是流动阻力和关闭压力较小，安装时无方向性，能够方便地来调节水泵的流量和扬程等。其缺点是密封面容易擦伤，检修较为困难，高度尺寸较大，在安装位置受到限制时，安装不便，结构较复杂，价格较高。 放水闸阀安装在调节闸阀上方的排水管路的放水管上，其作用为检修排水管路时放水用。逆止阀 逆止阀安装在调节闸阀的上方，其作用是当水泵突然停止运转(如突然停电)时，或者在未关闭调节闸阀的情况下停泵时，能自动关闭，切断水流，使水泵不致受到水力冲击而遭到损坏。 灌引水漏斗、放气栓和旁通管 灌引水漏斗是在水泵初次起动时，向水泵和吸水管中灌引水用。在向水泵和吸水管中灌引水时，要通过放气栓(又叫气嘴)将水泵和吸水管中的空气放掉。当排水管中有存水时，也可通过旁通管向水泵和吸水管中灌引水，此时要将旁通管上的阀门打开。此外，还可通过旁通管，利用排水管中的压力水的反冲作用，冲掉积存于水泵流通部分和附着于滤水器上的杂物，但此时须通过连接在底阀上的铁丝或链条将底阀提起。 压力表和真空表 压力表安装在水泵的排水接管上，为检测排水管中水压大小用。常
