矿井泵房自动化设计

中国矿业大学本科生毕业设计姓名：梁海军学号：21056363学院：应用技术学院专业：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指导教师：胡忠建职称：讲师2009年6月中国矿业大学毕业设计任务书学院应用技术学院专业年级电气05-1学生姓名梁海军任务下达日期：2009年1月15日毕业设计日期：2009年3月5日至2009年6月10日毕业设计题目：矿井主排水自动控制系统毕业设计专题题目：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。院长签字：指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日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，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ABSTRACTAtfirstthistextchoseanddesigneddrainageequipments,thendesignedautocontrolpartbasedondrainagecontrolrequest.ThissystemadoptsS7-300PLCseriesproducedbySIEMENS，withmanysensors(mainlyinclodingwaterlinesensors,minuspressumesensors,pressmesensors,fluxsensors)tocompleteautocontrolfunctiondemandedinthissystemdesign.Waterpumpsandpipelinesofthissystemarecontrolledtoruninturnautomatically.Thenumberofrunningwaterpumpsisconfirmedbytheprincipleofavoidingapexandfillingvaleinordertoeconomizeelectricity.OnthespotofPC,itintroducescontroleaseconfigurationcontrolsystemtotakechargeofinspectingrunningstateandparametersofequipmentssothattroublecanbefoundanddealtwithintime.S7-300usedStandardRS-232tocommunicatewithPConthespotthroughModuleCP340.KEYWORDS:drainagesystem；PLC；autocontrol目录第一章绪论……………………………………………………………………11.1排水系统概述…………………………………………………………11.1.1矿井生产过程中排水的重要性………………………………11.1.2矿井排水系统的组成部分……………………………………11.2井下排水系统存在的问题…………………………………………………31.3排水系统为何要实现自动控制…………………………………………31.4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………………………42.1水仓水位的检测…………………………………………………………52.1.1液位传感器介绍…………………………………………………52.1.2液位检测装置选择…………………………………………………82.2电机即水泵温度检测………………………………………………………92.3水泵压力检测………………………………………………………102.4水泵流量检测……………………………………………………122.4.1流量检测仪器的安装…………………………………………122.4.2流量计的要求……………………………………………………132.4.3流量检测传感器的使用…………………………………………152.5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………………………………173.2.1PLC的主要特点……………………………………………………173.2.2PLC的基本工作原理……………………………………………203.2.3PLC地址分配和实现控制功能………………………………223.2.43s7—300PLC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…………………………………………………415.1PLC的软件设计………………………………………………………415.1.1软件流程图……………………………………………………415.1.2地址分配……………………………………………………435.1.3水泵的自动开启、运行、故障保护流行图…………………455.1.4PLC的程序设计………………………………………………475.2控制系统上位机的软件设计………………………………………505.2.1设计要求………………………………………………………505.2.2设计内容………………………………………………………515.2.3上位机与PLC的通信…………………………………………515.2.4监控主界面……………………………………………………535.2.5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1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。中国矿业大学2009届本科生毕业设计第2页①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。②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:①调节水泵的流量和扬程；②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。③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。④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。⑤压力表和真空表压力表安装在水泵的排水接管上，为检