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1、贵州大学本科毕业论文（设计） 第 I 页 本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：盘县煤矿东区主水仓自动排水控制系统设计 （扬程200M，流量80M3/h）学 院： 机械工程学院 专 业：机械设计制造及自动化 班 级： 机自096 学 号： 0908030346 学生姓名： 谭化凯 指导教师： 钱宏琦 目录目录II第一章 前言51.1设计目的和意义51.2本课题在国内外的发展概况及存在的问题51.3应解决的主要问题6第二章 矿井排水系统选择与计算62.1排水系统的重要性及特点62.2系统功能62.2.1系统的自动控制功能72.2.2 保护功能82.2.3水泵备用功能82.2.4防倒灌功能92.2
2、.5电气元件防爆功能.42.3矿井排水系统选择的选择与计算92.3.1 排水方案的确定92.4管道的水力计算与选型102.4.1管道材料的选择102.4.2. 排水管路计算102.4.3选择水泵122.4.4单泵基础设计132.5水泵房布置152.5.1 水泵机组的布置设计15第三章 电气与电路设计203.1电流的计算203.2 电动阀电路设计223.3 PLC选型与设计243.3.1 PLC选型243.3.2 PLC电路设计293.3.3排水系统的动作顺序及要求323.4、触摸屏设计32第四章 统安装与调试374.1、水泵房的布置374.2 水泵就位安装374.3 检测与调整384.4 电器
3、系统的安装384.5管道试压，绝缘测试以及联动试车394.5.1管道试压394.5.2绝缘测试394.5.3联动试车394.6程序的调试404.6.1信号调试404.6.2系统调试40第五章 结论41参考文献42致谢43盘县煤矿东自区主水仓排水控制系统设计 （流量80M3/h，扬程200M） 摘要 现阶段，煤矿安全问题在我国日益显得突出，尤其是瓦斯泄漏和煤矿透水事故的发生。煤矿井下排水作为整个矿井的重要系统之一，在实际应用过程中占据着最主要的地位。如果矿井涌水不能及时排出将对矿井的工作人员和设备构成严重威胁。排水系统是煤矿生产的耗电大户，如果能有效地控制排水系统，使其高效低耗、经济可靠的运行，
4、也是降低煤炭生产成本的有效途径。另外，矿井涌水合理有效的排放，对解决许多煤矿缺水的问题也有重要的意义。当前以微处理器为核心的可编程控制器（PLC）控制已逐步取代继电器控制，普遍应用于各行各业的自动化控制领域。但在煤矿行业。由于井下运行环境恶劣，应用的普及性却很低。目前国内煤矿井下排水系统仍多采用继电器控制，水位的监测，水泵的开停及选择切换均由人工完成。这种系统装备落后、操作复杂、运行不可靠、工人劳动强度大及工人职业素质，严重影响井下系统的管理水平和经济效益的提高。本次设计结合当前优秀的工业控制技术，研究开发出适合我国煤矿井下排水的自动控制系统。采用OMRON（C60P）系列PLC作为中心控制单
5、元，并扩展了必要的数字量输入模块，模拟量输入模块和通信模块。设计有自动和手动两种控制方式，可以自由切换。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。加上与触摸屏技术的有效结合使控制更为人性化，从而大大的提高了技术的可靠性，进而达到节能减排，提高安全性的目的。 关键词：智能控制系统，煤矿排水，触摸屏，编程逻辑控制器（PLC）第一章 前言1.1设计目的和意义高等工科院校
6、的毕业设计是完成教学计划达到本科生培养目标的重要环节。它通过深入实践、了解社会、完成毕业设计任务或撰写论文等诸环节，着重培养学生综合分析和解决问题的能力和独立工作能力、组织管理和社交能力；同时，对学生的思想品德，工作态度及作风等诸方面都会有很大影响。对于增强事业心和责任感，提高毕业生全面素质具有重要意义。是学生在校期间的昀后学习和综合训练阶段；是学习深化、拓宽、综合运用所学知识的重要过程；是学生学习、研究与实践成果的全面总结；是学生综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验；是实现学生从学校学习到岗位工作的过渡环节；是学生毕业及学位资格认定的重要依据；是衡量高等教育质量和办学效益的重要评价内容。
7、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：在国内有很多小型煤矿仍然采用比较落后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，而且不便于了解煤
8、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。不能自动控制多泵的组合利用方式，这也造成了资源的浪费。所以煤矿安全科学环保地进行生产已经成为目前亟待解决的问题。相比国外在这方面已经到达了一个相对科学的高度，在相关技术上的运用也已经很成熟。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，并通过处理器自动分配安排多泵的启停。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。触摸屏技术加上微处理器核心以及模块化设计也将是该行业大势所趋。1.3应解决的主要问题
9、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。这其中泵的选型和个相关元器件的组成及合理性是设计的主要着重点。（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。这其中水泵及其相关元器件的安放位置及人员操作空间是着重点。（3）主回路的设计，包括电动机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
10、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。为了使系统达到在最佳节能方式下工作，必须使涌水量等于排水量。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
11、，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，
12、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。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(4)防倒灌功能(5)电气元件的防爆功能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
13、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
14、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
15、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四用一备、三用一备，及四（三）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，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
