基于plc的煤礦水泵控制系統設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 啟動過程第一是監測水倉的水位，當水倉的水位達到設置的水位標準時，通過控制射流泵的電磁閥線圈，打開噴射泵為離心式水泵注水。射流泵的工作會導致水泵入口處的真空度增加，離心泵的腔體會在大氣壓的作用下被配水井中的水注滿，當水泵入口處的真空度達到要求后，水泵機組的電動機觸電接通使水泵被開啟。此后水泵出口壓力將逐漸增加，當達到一定值時就不再增加，此時開啟該水泵的電動閘閥，使得這個水泵進行排水，同時關閉射流泵停止為其引水。 停機過程在水泵的作用下水倉的水位逐漸下降，當水位低于安全水平時，需要先關閉排水管的電動閘閥，然后再關閉逆止閥，防止排水管中的水倒流到水倉內，然后關閉水泵電機，使其停止工作。本章先是介紹了PLC的特點功能，工作原理，然后分析了煤礦井下自動控制的原理，即是以PLC控制箱為核心，采集現場設備的參數，對水泵的運行狀態進行實時監控，同時與上位機通信，接收來自上位機和顯示控制臺的控制命令，實行遠程監控，最后從硬件方面簡單介紹了井下排水系統的組成部分，最后簡單介紹了射流泵、離心泵等相關技術。3主排水自動控制系統的硬件設計煤礦主排水系統設計了兩套排水管路，分別為1 主排水管路和2 副排水管路。因為地下環境的復雜性，所以采用了3臺隔爆型三相異步電動機來作為三臺水泵的驅動，在正常情況下一臺正常運轉工作，一臺備用，一臺維護。此外吸水管采用無底閥設計，在泵啟動前使用真空泵把水泵排水腔和吸入管道中的氣體抽空，使得水泵葉輪能夠完全浸沒在水中，達到良好的排水。 從上圖我們可以看到，所有水泵都和1 主排水管路和2 副排水管路相接，支路上分別安裝了排水閘閥，并且在排水管路上安裝了真空閥。此外，主排水管路和副排水管路上都安裝了流量傳感器，正壓力傳感器安裝在每臺水泵的出水口處，負壓力傳感器安裝在水泵吸水口處來檢測水泵的真空度，將溫度傳感器安裝在水泵和電機上來檢測電機軸承溫度和水泵軸承溫度。在水倉中裝配兩組液位傳感器，一組為超聲波傳感器用來檢測水倉庫水位的變化趨勢，另一組是數字液位開關，是由3套浮球液位開關組成，可以根據浮球的沉浮情況來判斷水位的高低，使系統能夠根據水位變化來自動控制水泵的工作狀態。 PLC 的選型根據煤礦安全監管法規，礦用水泵必須有三種工作方式即工作、備用和檢修。工作方式是指在本次水泵操作中當前水泵被優先開啟，備用是指在本次水泵操作時當前水泵處于備用狀態，當打開的水泵不能滿足施工的排水要求時，備用水泵才開始工作，檢修是指是在本次水泵的操作中，當前的水泵不被使用，則是對該水泵進行維護。按照系統的需求，礦井主排水控制系統的PLC主要包括數字量輸入、模擬輸入和數字量輸出三種信號。數字量輸入信號主要包括水泵的工作,水泵的啟動和停止信號、水泵控制方式選擇的信號、選擇真空泵的信號、真空泵啟動和停止信號、排水閥以及電磁閥等開關位置的信號等。數字輸出信號包括控制水泵起停信號、故障指示信號、水泵操作指令、控制排水閘閥和電磁閥開關的信號等。模擬輸入信號是指水泵出水口正壓、入水口負壓、水泵和電機的軸承溫度、排水道路的水流量、水倉庫水位和水泵的開停狀態等信號。 PLC各模塊信號連接圖 根據上圖，詳細統計出PLC所需的模擬量輸入點數，數字量輸入、輸出點數和通訊模塊點數， 模擬量輸入點數統計模擬量輸入點數統計參數名稱所需點數水泵出水口壓力3水泵吸收口真空度3水泵軸承溫度3電機軸承溫度3排水管的流量2水泵開停檢測3水倉的水位1合計18 數字量輸入點數統計 數字量輸入點數統計參數名稱所需點數控制模式選擇2急停1復位1水泵啟動、停止6水泵的工作方式選擇6自動、手動1真空泵的選擇1真空泵啟動、停止2排水閥開、關12排空閥開、關12數字液位開關3合計47 通訊口數目統計通訊口數目通訊對象所需點數 上位計算機1電量檢測模塊1合計2 數字量輸出點數統計數字量輸出點數統計參數名稱 所需點數 水泵啟動、停止 6水泵運行的指示3故障指示1急停指示1水位超限指示1報警1排水閥開、關 12排空閥開、關 12合計37從上面的幾個表我們可以統計出，數字量輸入點共有47個，數字量輸出點共有37個，模擬量輸入點有18個，通訊口共有2個，其中PLC與文本顯示器通過RS485通信；PLC和PC機通過工業以太網通信，PLC通信模塊的信息首先傳遞到地下光纖通信箱，然后通過光纖傳輸到地面光纖接線盒，再把用光端機轉換成以太網的信號傳送交換機，供地面監測和控制系統使用。通過對系統I / O點數的統計我們選擇西門子S7 200系列的PLC做為控制核心，包括226CN的CPU模塊1個， EM223CN數字量輸入/輸出擴展模塊2個，EM231模擬量輸入模塊5個。PLC的I/O端口對應于不同的映像寄存器，端口的分配要與程序中使用的寄存器相互對應，不然會因為邏輯混亂而使系統無法正常工作。根據煤礦井下主排水控制系統的要求，對每個PLC模塊I/O端口的定義如下表所示 EM231端口定義模塊號輸入端口端口定義EM2311AIW01水泵開停檢測AIW21水泵吸水口負壓AIW41水泵出水口負壓AIW61主排水管路流量EM2312AIW82水泵開停檢測AIW102水泵吸水口負壓AIW122水泵出水口正壓AIW142副排水管路流量EM2313AIW163水泵開停檢測AIW183水泵吸水口負壓AIW203水泵出水口正壓AIW22水倉水位EM2314AIW241水泵軸溫AIW261電機軸溫AIW282水泵軸溫AIW302電機軸溫EM2315AIW323水泵軸溫AIW343電機軸溫AIW36備用AIW38備用 EM223CN端口定義EM223CN端口定義模塊號輸入端口端口定義輸出端口端口定義EM22311排水閘閥開到位1排水閘閥打開1排水閘閥關到位1排水閘閥關閉2排水閘閥開到位2排水閘閥打開2排水閘閥關到位2排水閘閥關閉3排水閘閥開到位3排水閘閥打開3排水閘閥關到位3排水閘閥關閉4排水閘閥開到位4排水閘閥打開4排水閘閥關到位4排水閘閥關閉5排水閘閥開到位5排水閘閥打開5排水閘閥關到位5排水閘閥關閉6排水閘閥開到位6排水閘閥打開6排水閘閥關到位6排水閘閥關閉1電磁閥開到位1電磁閥打開1電磁閥關到位1電磁閥關閉2電磁閥開到位2電磁閥打開2電磁閥關到位2電磁閥關閉EM22323電磁閥開到位3電磁閥打開3電磁閥關到位3電磁閥關閉4電磁閥開到位4電磁閥打開4電磁閥關到位4電磁閥關閉5電磁閥開到位5電磁閥打開5電磁閥關到位5電磁閥關閉6電磁閥開到位6電磁閥打開6電磁閥關到位6電磁閥關閉備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用 CPU226CN端口定義輸入端口端口定義輸出端口端口定義遠控故障指示就地急停指示自動/手動水位超限指示復位報警急停1水泵運行指示超高限水位開關2水泵運行指示高限水位開關3水泵運行指示底限水位開關1水泵啟動1水泵工作1水泵停止1水泵檢修2水泵啟動2水泵工作2水泵停止2水泵檢修3水泵啟動3水泵工作3水泵停止3水泵檢修備用1水泵啟動備用1水泵停止備用2水泵啟動2水泵停止3水泵啟動3水泵停止1/2真空泵選擇真空泵選擇真空泵停止備用 CPU226CN端口定義 部分內存變量分配部分內存變量分配變電量名稱地址備注上電延時T37預設值5s1水泵運行計時T38預設值10s2水泵運行計時T39預設值10s3水泵運行計時T40預設值10s1水泵運行時間VD722水泵運行時間VD763水泵運行時間VD801水泵運行次數VD842水泵運行次數VD883水泵運行次數VD92最少運行時間VD96最少運行次數VD1001泵啟動標志2泵啟動標志3泵啟動標志PLC作為排水系統的控制中樞和數據處理中心，根據煤礦安全標準，以為工作在煤礦井下的中央泵房內，所以PLC的控制柜應使用防爆外殼，電纜需要用從外殼上的喇叭進出，不用的喇叭嘴用堵片將之密封，這樣就可以達到防爆的效果。數字輸入和輸出連接到中間繼電器來實現隔離保護和抑制信號干擾。 PLC CPU226 接線圖 數字量I/O模塊EM2231 數字量I/O模塊EM2232 模擬量輸入模塊 EM2311 PLC 模塊的連接圖 小結本章介紹了煤礦井下排水系統的管路情況，采用了主副兩組排水管路，用3臺礦用隔爆型三相異步電機驅動3臺離心式水泵。之后統計了系統輸入輸出的點數，根據點數選擇對PLC模塊進行類型并對各個模塊的端口進行定義，最后給出系統硬件的接線圖，為系統軟件的設計打好基礎。234 自動控制系統的程序設計系統采用的編程語言為西門子公司開發的STEP7，這是一種可運行于通用微機中，在Windows操作環境下進行編程的語言。使用軟件提供的梯形圖邏輯編程語言來完成程序編譯，然后可直接通過S7200專用的PC/PPI電纜完成程序的下載和PLC與計算機的通信。主程序是由上電延時和子程序的調用兩個部分組成的。上電延時是為了給PLC足夠的啟動時間，為了避免開機的誤操作，本系統設置了5秒的上電延時時間。 圖 上電延時因為S7200系列PLC程序是以并行處理的方式運行的，所以調用子程序不需要設置先后順序，CPU會周期性的反復掃描主程序，并在一定的條件下執行掃描各個子程序。：