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1、 本科毕业论文（设计）论文（设计）题目： 盘县煤矿西一区620水平自动排水控制系统设计 学 院：机械工程学院专 业：工程机械班 级：机自096班学 号：0908030355 学生姓名： 指导教师： 2013年 6 月 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： III贵州大学本科毕业论文（设计）目 录目录I煤矿自动排水控制系统设计（流量30M3/h，扬程150M ）III第一章 前言11.1设
2、计目的和意义11.2本课题在国内外的发展概况及存在的问题11.3应解决的主要问题1第二章 矿井排水系统选择与计算32.1排水系统的重要性及特点32.2系统功能32.2.1系统的自动控制功能42.2.2 保护功能42.2.3水泵备用功能42.2.4防倒灌功能52.3矿井排水系统选择的选择52.3.1 排水方案的确定52.4管道的水力计算与选型52.4.1管道材料的选择52.4.2. 排水管路计算62.4.3选择水泵82.4.4泵基础设计82.5水泵房布置102.5.1 水泵机组的布置设计10第三章 电气与电路设计133.1电流的计算133.2 电动阀电路设计153.3 PLC选型与设计163.3
3、.1 PLC选型163.32 PLC电路设计203.3.3排水系统的动作顺序及要求223.4、触摸屏设计224.1、水泵房的布置264.2 水泵就位安装264.3 检测与调整264.4 电器系统的安装264.5管道试压，绝缘测试以及联动试车274.5.1管道试压274.5.2绝缘测试274.5.3联动试车28第五章 结论29参考文献30致谢31煤矿自动排水控制系统设计（流量30M3/h，扬程150M ） 摘要 目前，煤矿安全问题日益突出，尤其是瓦斯泄漏和煤矿透水事故的发生。在煤矿矿井建设和生产过程中，随时都有各种来源的水涌入矿井。矿井排水设备不仅要排除各时期涌入矿井的水，而且在遭到突然涌水的袭
4、击有可能淹没矿井的情况下，还要抢险排水。因此，排水设备是煤矿建设和生产中不可缺少的，排水泵的安全可靠运行对保证矿井安全生产起着非常重要的作用。现在， 许多矿井下主排水系统还采用人工控制，水泵的开停及选择切换均人工完成，完全依赖于工人的责任心， 做不到根据水位来进行排水，这将严重影响煤矿自动化管理水平和安全生产，同时也容易由于人为因素造成安全隐患。随着科学技术的进步，可编程控制器（PLC）已经逐步取代了传统的继电器控制。PLC的应用领域已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。，其优点有：1可靠性高，抗干扰能力强；2配套齐全，功能完善，适
5、用性强；3易学易用，深受工程技术人员欢迎4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；5体积小，重量轻，能耗低。因此本设计采用PLC为控制核心，根据传感器采集水位信号，通过PLC进行处理，从而控制水泵的运行和停止。从而达到节能减排，提高安全性的目的。关键词：智能控制系统，煤矿排水，节能，编程逻辑控制器（PLC） 贵州大学本科毕业论文（设计）第 5 页第一章 前言1.1设计目的和意义这次设计是我们大学的最后一次设计，也是我们大学以来要求最严格，内容最为丰富的一次设计。本次设计能够检验同学在四年来所积累的知识及知识运用能力，也是考验课外知识的一次测验。并且在研究和设计的过程中逐渐发现自己的不足并
6、加以改正。通过毕业设计强化学生对基本知识和基本技能的理解和掌握,培养学生收集资料和调查研究的能力,一定的方案比较、论证的能力,一定的理论分析与设计运算能力,进一步提高应用计算机绘图的能力以及编写编制能力。同时增强学生对PLC的认识,掌握不同功率的三项异步电动机的启动知识和给水工程规模的确定、管网的布置和计算、设计方案的选择、成果图的绘制以及设计文本的编制全过程。另外对培养学生独立思考问题和解决问题的能力,为今后工作做好技术储备,都具有十分重要意义。1.2本课题在国内外的发展概况及存在的问题现状：有很多小型煤矿仍然采用比较简单的手动启动及停止的煤矿排水设备，这不仅浪费大量的人力物力，而且不便于了
7、解煤矿的具体水位情况，这对煤矿及煤矿设备都带来了巨大的安全隐患。发展趋势：新型的煤矿排水系统应向着自动化智能化发展。利用传感器等检查元件对处理器进行反馈。运用较多并且技术比较成熟的主要由可编程控制器（PLC）控制。PLC已经在各个领域尤其是自动控制领域飞速发展，已经成为现在自动控制的主流产品。1.3应解决的主要问题在这次设计中，主要解决以下问题：（1）排水方案的确定。排水方案的确定不仅关系着消耗能量的多少，而且对煤矿安全也起着重要的作用。 （2）水泵房的合理设计。水泵房的合理设计能提高排水系统的安全，而且会减少排除故障时的时间，以及遇到危险时工作人员的紧急疏散。 （3）主回路的设计，包括电动机
8、选型计算及启动方案选择，短路、过载保护设计计算。主回路的设计，电路的各种保护功能应该齐全，电动机选型合理，功率太小无法排水，太大则不节能，功率损失大。 （4）电器控制部分的设计，包括触摸屏选型及设计，控制回路设计，逻辑动作图设计，可编程控制器选型设计，软件程序设计，保护回路设计和电器元件选型。电器部分的设计是这次设计的核心部分，要注意电器的正确选型，有三个变化量：水位高低，涌水量和排水量。第二章 矿井排水系统选择与计算2.1排水系统的重要性及特点煤矿排水系统的顺利工作关系到煤矿工作人员甚至整个煤矿的安全。但根据各个煤矿规模不同，复杂程度也不同。传统的继电器控制整个排水系统的工作及停止存在着很多
9、问题。比如需要大量的人力物力，而且要时刻观察水位的高度，设备发生故障时很难排查故障点。这些都对工作效率产生了不小的影响。因此采用智能化控制已经逐步取代了传统的继电器控制。其主要有以下优点：（1）在没有人工看守的情况下，可实现基于水泵的自动启动和停止。在很大程度上节省了人力物力，合理地利用了资源，合理调度。充分响应了节能减排的政策。（2）该系统有过载、短路等保护。当水位达到高、低水位，或者系统发生故障时，系统将自动报警，以确保煤矿的安全生产，对故障的诊断及检修节省了宝贵的时间。保证设备的可靠运行。（3）将煤矿排水的水泵站的数据传送到电器控制柜，采用触摸屏控制水泵的启停，增加了控制按钮的寿命，并且
10、能更直观的观察水泵的工作状况及水位状况。可以在地面对泵站的运行实行远程控制。（4）该系统采用采用PLC控制。比传统的继电器控制更准确更迅速。通过编程能实现水泵的只能控制，合理利用水泵，对延长水泵的寿命起到了很大的作用。并且PLC抗干扰能力强，大大保证了控制系统的可靠性。并且已经成为今后发展的趋势。2.2系统功能煤矿的所处的自然环境一般都比较复杂而且是在地下工作，不同的煤矿存在着不同的差异。随着透水量的多少、开采强度的变化，要求控制系统的开发必须有更高的工作效率、稳定性及普遍适用性来确保整个煤矿的安全。因此，排水系统主要应有以下一些功能：(1)水泵备用功能(2)保护功能(3)系统的自动控制功能(
11、4) 防倒灌功能2.2.1系统的自动控制功能由于煤矿所处的环境都比较复杂，因此对控制部分的要求特别高。传统的继电器控制存在着很多问题，如：接线复杂，抗干扰能力差，寿命短等。PLC的出现改变了这一局面。对于传统控制，PLC住要有以下优点：1可靠性高，抗干扰能力强；2配套齐全，功能完善，适用性强；3易学易用，深受工程技术人员欢迎4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；5体积小，重量轻，能耗低。所以采用PLC控制整个煤矿系统既减小了控制难度，又减少了人力物力的投入。控制系统主要有手动选择、自动选择的切换，备用水泵的选择，水位监控系统，水泵排水系统，阀门开关系统，报警系统等组成。手动选择主要用
12、于调试，及特殊情况的启动形式。这在整个系统的安装过程中非常重要。以确保调试安装工作的顺利进行及特殊状况的启动。自动选择主要用于无人监视时水泵工作。水位监控系统主要采集水位的高低的数据，数据通过PLC处理从而控制水泵及电动阀门的启停。水泵排水系统主要是排净煤矿中的涌水，确保煤矿的安全。阀门开关系统主要是用于防止管路中的水倒流损坏排水系统。报警系统主要为了防止水泵发生故障时，发出警报，提醒工作人员及时检修及更换备用水泵。2.2.2 保护功能由于系统是在井下工作，而控制人员是在井上工作，不可能时时都下井去检查水泵的运转情况，一旦电动机发生故障会比较危险。因此自动保护功能显得尤为重要。涌水中成分比较复
13、杂，当沙石泥土进入水泵时会增加水泵的负载，严重时可能烧坏电动机。因此过载保护极为重要，主要采用空气开关和热继电器进行保护。当电动机过载时会自动跳闸。为了防止开启水泵是管路中的水倒灌，设计还采用电动阀来防止管路中的水倒流。开启排水系统时先开启水泵，然后打开电动阀门，来防止水倒灌。关闭排水系统时应先关闭阀门，再停止水泵的运转。2.2.3水泵备用功能由于煤矿的所处的自然环境比较差，因此对水泵的质量及工作时间都有很高的要求。如果水泵出现故障，涌水不能及时排出，将大大影响整个煤矿系统的安全性。因此备用水泵显得尤为重要。根据需要一般煤矿采用3台水泵工作，一台水泵备用。当有水泵发生故障时，采用备用水泵排水，
14、同时检修故障水泵。这就能保证整个排水系统的正常运行。不仅如此，也可以根据涌水量的不同采用不同数量的水泵进行排水，不仅增长了水泵的寿命而且节约了能源。这样可以防止有的水泵因长时间工作而损坏，而备用水泵因长时间不工作而发生故障。2.2.4防倒灌功能为了防止开启水泵是管路中的水倒灌，设计还采用电动阀来防止管路中的水倒流。开启排水系统时先开启水泵，然后打开电动阀门，来防止水倒灌。关闭排水系统时应先关闭阀门，再停止水泵的运转。2.3矿井排水系统选择的选择2.3.1 排水方案的确定煤矿排水系统的可靠性是建整个煤矿工作人员及煤矿安全的重要保障系统。所以排水系统的可靠性是系统方案设计的重要标准，不仅如此，还要综合考虑排水系统的节能性、经济性、环保性和实用性。为保证排水系统的安全性，必须要选用结实耐用且不容易腐蚀的管道，而优质管道价格又相对过高，所以要平衡好安全性与经济性。而实际排水时选择一台水泵会使所选的水泵功率过大，如果发生故障是不容易检修，而且检修期间不能进行正常的排水工作，这对煤矿的安全造成了很大的隐患。当使用多台水泵时，即使所选用的水泵型号相同，但由于实际加工生产过程中会产生误差，性能指数不尽相同，会使实际运行中负荷发生变化，且有时非共用管路段的阻力损失不能忽略，这些都会影响其排水系统的效率。所以排水方案的确定起到了极其重要的作用。2.4管道的水力计算与选型2.4.1管道材料
