畢業論文-煤礦井下排水系統控制的系統設計-資料下載頁

　　

【正文】 和進步，電磁流量計達到抗干擾性強、精度高、穩定性可靠、整體防爆的要求，適合在煤礦井下使用，且也逐步的推廣和使用。由于每臺水泵的工作曲線特別是使用了一定年限的離心式水泵的流量/功率、流量/效率等曲線有較大的差異，因此無法給出每臺水泵在工作過程中的流量正常閾值和水泵排出水過少的閾值。這些閾值只有在現場根據每臺水泵不同的流量特性設定出相應的閾值。雖然電磁流量傳感器在使用、安裝的過程中比較復雜，但可以肯定的說，隨著流量傳感器在自動排水系統的應用，將大大提高整個系統的穩定性和安全性。 綜上所述，本系統選用潛水型電磁流量計，安裝在進水管垂直段。本系統選用NSK型負壓傳感器。它采用先進的靜電焊接技術形成穩定的參考腔，可以用來測量小于大氣壓的壓力和真空度，廣泛用于石油、化工、冶金、制藥冷凍、真空儀表等自動化行業。NSK型負壓傳感器的主要技術指標如表41所示：表41 NSK型負壓傳感器的主要技術指標輸入0~…1kPa…10kPa…30kPa…50kPa…100kPa過載能力2倍測量介質對不銹鋼不腐蝕的氣、液體工作方式負壓、真空度工作電壓5VDC或10VDC(24V)輸出100mV或0～5V、4～20mA零位輸出≤2mV綜合精度%、%、%非線性177。%（典型值）重復性177。%（典型值）工作溫度范圍40~120℃溫度補償范圍25~80℃溫度漂移%℃本章還對水倉水位、水泵流量、電機及水泵溫度、水泵壓力和負壓參數檢測以及傳感器選擇方面做了詳細的闡述。5 控制系統的軟件設計西門子的S7300系列PLC所用的編程語言是西門子開發的STEP7，這是一種可運行于通用微機中，在WINDOWS環境下進行編程的語言。將它通過計算機的串行口和一根PC/MPI轉接電纜與PLC的MPI口相連，即可進行相互間的通信。通過STEP7編程軟件，不僅可以非常方便地使用梯形圖和語句表等形式進行離線編程，經過編譯后通過轉接電纜直接送入PLC的內存中執行，而且在調試運行時，還可以在線監視程序中各個輸入輸出或狀態點的通斷狀況，甚至可以在線修改程序中變量的值，給調試工作也帶來極大的方便。在軟件設計之前，首先進行軟件流程圖的設計和地址的分配。從整體上來看，系統的軟件流程圖如圖51所示：從圖51中可以看出，系統開始啟動后，首先進行與PLC的通訊，然后進行模擬量以及I/O處理程序，系統自檢與門處理程序。然后判斷系統處于自動運行、手動運行、半自動運行三種運行方式中的哪一種，然后根據判斷得到的結果進行相應的操作。根據控制板上的旋轉開關的位置判斷出系統的運行方式后，如處于PLC自動運行方式，則PLC根據程序流程順序執行，自動完成水泵的啟動，輪換工作，故障報警，停止。如處于半自動運行方式下，則由人工選擇哪臺水泵投入運行，PLC根據水泵的泵號自動完成該臺水泵的自動啟動，運行，停止。而手動方式下，PLC不參與任何操作控制，全部由人工通過控制按鈕來控制整個系統的運行。 圖51系統軟件流程圖每臺水泵有兩個數據寄存器,分別存放運行時間和運行次數。每次啟動水泵,自動啟動運行時間最短的無故障水泵。當兩臺水泵的運行時間相近且最少時,則啟動運行次數較少的水泵。自動累加水泵的排水時間和排水次數。2．管路轉換工作當啟動某臺水泵時,在和它相連的兩條排水管路中,選用工作時間最短的一條管路,如果兩條管路工作時間相近,則選工作次數最少的管路。通過確定開泵數量的程序以及水泵輪換工作模塊,就可以確定開哪幾臺水泵。滿足開泵條件的水泵進入自動開啟程序。圖52為確定開啟水泵臺數的流程圖。根據“避峰就谷”的原則:當水位上升到上限水位時,如處于用電“谷段”或“平段”,計算距“峰段”開始的時間t,進而算出排水量Q和需開水泵的臺數n 。如處于用電“峰段”,計算該“峰段”結束前的涌水量Q,并與水倉允許最大容水量Vmax比較,若Q ≤Vmax ,進入“谷段”或“平段”后再開動水泵。若Q Vmax ,則應開動水泵,以免發生水倉溢水。圖52確定開啟水泵臺數的流程圖本設計約用到139個I/O點，其中數字量輸入點約64個，模擬量輸入點約21個，輸出點約54個，部分分配情況如表1所示：表1 地址的分配和相關符號的功能絕對地址符號地址連接的外部設備功能說明按鈕SB0手動起動10泵按鈕SB1手動起動20泵按鈕SB2手動起動30泵按鈕SB4手動停止10泵按鈕SB5手動停止20泵按鈕SB6手動停止30泵10真空閥開返回采集10電動閥全開返回10真空閥關返回采集10電動閥全閉返回20真空閥開返回采集20電動閥全開返回20真空閥關返回采集20電動閥全閉返回30真空閥開返回采集30電動閥全開返回30真空閥關返回采集30電動閥全閉返回1電機開返回采集1電機開返回1電機關返回采集1電機關返回2電機開返回采集2電機開返回2電機關返回采集2電機關返回3電機開返回采集3電機開返回3電機關返回采集3電機關返回按鈕SB8 采集手動控制信號按鈕SB9采集自動控制信號按鈕SB10 采集遠程控制信號水位h1采集水位1信號水位h2采集水位2信號水位h3采集水位3信號PIW256MW11010泵真空傳感器采集10泵真空度PIW258MW1121電機溫度傳感器采集10泵電機溫度PIW260MW1141電機電流傳感器采集10泵電機電流PIW262MW11620泵真空傳感器采集20泵真空度PIW264MW1182電機溫度傳感器采集20泵電機溫度PIW266MW1202電機電流傳感器采集20泵電機電流PIW268MW12230泵真空傳感器采集30泵真空度PIW270MW1243電機溫度傳感器采集30泵電機溫度PIW284MW1263電機電流傳感器采集30泵電機電流控制繼電器J10控制1電機開控制繼電器J11控制1電機停控制繼電器J12控制2電機開控制繼電器J13控制2電機停控制繼電器J14控制3電機開控制繼電器J15控制3電機停控制繼電器J20控制10真空閥開控制繼電器J21控制10真空閥關控制繼電器J22控制20真空閥開控制繼電器J23控制20真空閥關控制繼電器J24控制30真空閥開控制繼電器J25控制3真空閥關指示燈L0顯示10水泵運行狀態指示燈L1顯示10水泵停止狀態指示燈L2顯示20水泵運行狀態指示燈L3顯示20水泵停止狀態指示燈L4顯示30水泵運行狀態指示燈L5顯示30水泵停止狀態指示燈L8顯示電源指示燈L9顯示預警狀態指示燈L10顯示水位狀態、運行、停止故障保護流程圖圖53給出了其中一臺泵的自動開啟故障保護流程圖。其余兩臺泵的與此基本相同。通過確定開泵數量的程序以及水泵輪換工作模塊，我們可以確定開幾號水泵。對于這其中的一臺泵便滿足了開泵條件，進入了此泵組的自動開啟階段。當PLC接收到啟動某臺水泵的指令后，就會按照圖53所示的水泵的啟動流程圖進行水泵的自動啟動控制。首先是啟動抽真空系統將水泵體內的空氣排除，讓其充滿水，這時，抽真空管路上的負壓表（真空表）就會達到要求值，當PLC檢測到負壓表的讀數滿足啟動要求時，就會發指令給高壓開關柜，啟動水泵電機，并關掉抽真空設備。這時位于水泵上方主排水管路上的壓力傳感器承受的壓力越來越大，當達到要求值時，PLC發指令開啟電動閘閥，開始排水。圖53自動開啟故障保護流程圖從流程圖中可以看出，系統中設有抽真空超時、閘閥開超時、壓力異常等故障報警系統。如果出現異常，對于實時CPU以及I/O模塊內部的錯誤，自動控制系統會自動跳入故障處理程序塊中進行相應的處理；如果是外部回路接線錯誤或傳感器失效等故障系統會自動聲光報警，并停泵，禁止該泵投入自動循環運行中。運行過程中，主要監測壓力、電流、溫度、流量等狀態量，出現異常停止水泵，并報警給出故障提示。其流程圖如圖54所示。圖54運行過程故障保護流程水位在水泵的作用下逐漸下降，直到達到需要關閉水泵的水平，即水位下降到安全水位以下，這時要先關閉排水管的電動閘閥，再關閉逆止閥，防止排水管中井水倒流，隨后關閉水泵電機，使其停止工作。如果排水閥，逆止閥，電機關閉沒有到位，則觸發聲光報警，緊急停泵，其流程如圖55。圖55 停泵流程圖停止過程中主要結合定時器監測動作是否正常，出現故障進行報警，并給出故障提示。其流程圖如圖56所示。圖56停止過程故障保護流程FC1模塊設計:程序段1：用位存儲器M100代替輸入存儲器I0。程序段2：用位存儲器MW110代替輸入存儲器PIW256。程序段3：用位存儲器M150代替輸出存儲器Q4。OB1主模塊設計:程序段1：調用指令CALL實現調用FC1模塊的功能。所以，在OB1模塊的開始就進行了地址轉移。程序段2：10泵采集的真空度、電機電流、電機溫度（PLC內部已將其轉化為0～27648）與設定值相比較。程序段3：20泵采集的真空度、電機電流、電機溫度與設定值相比較。程序段4：30泵采集的真空度、電機電流、電機溫度與設定值相比較。本章介紹了煤礦井下排水系統的軟件設計方案。分別給出系統整體的軟件流程圖、水泵的自動開啟關閉、故障保護的流程圖，以及給出部分STEP7編程程序。完成了整個系統的軟件設計。6 總結與展望本論文針對煤礦井下主排水系統自動化程度不高的現狀，研究設計了PLC控制與PC監視相結合的煤礦井下自動排水系統。本文重點介紹了以下幾點內容：（1） 進行系統設計中所使用到的設備的選型工作。首先是根據礦井的涌水量和井深來確定使用水泵的型號和臺數，然后確定排水管道和電動閘閥，電動球閥；根據功能要求選擇一定數量和類型的傳感器，通過估算的輸入輸出點數和要求的PLC的存儲容量及響應速度，確定所用PLC的型號和功能模塊。（2） 設計出了系統控制的流程圖，使用PLC語言編寫了水泵自動控制的部分程序。（3） 利用VISIO繪圖軟件繪制了系統控制的原理圖，由于是初次接觸PLC和礦井排水系統，了解甚微，所以設計中的很多細節部分考慮不周。在郝榕老師的悉心指導下，對結構和部分內容進行了修改，大體上做到了有章可尋。近年來，我國煤炭行業發展迅猛，再加上自動化技術的飛速發展，煤礦自動化生產己成為必然趨勢，而排水系統作為保障安全生產不可或缺的部分，其集中控制的實現對整個煤炭生產具有非常重要的意義。鑒于此，很多工程技術人員對排水系統進行了一系列的研究開發。本文也對其進行了一定程度的探討，但仍有很多方面像傳感器輸入信號的靈敏度、監測模擬的準確性等還有待進于一步研究。而且神經網絡技術、專家系統等先進的控制技術也可應用到煤礦井下排水系統的控制中，使其不斷得到完善，更符合自動化礦山的要求。研制集中控制排水系統的最終目標是將井下排水系統的集中控制納入煤礦的整體集中控制當中，使煤礦生產各個環節均實現集中控制，實現煤礦發展的巨大飛躍。參考文獻[1] 鄭晟、鞏建平、：科學出版社，1999.[2] 顧永輝、（第三分冊）：煤炭工業出版社，1997.[3] ，2008.[4] 郁有文、常健、：西安電子科技大學出版社，2003年7月第2版.[5] 侯友夫、：中國礦業大學出版社，1994年5月第一版.[6] ：煤炭工業出版社，1991年10月第1版.[7] ：煤炭工業出版社，1990年3月第1版.[8] 張廣龍、史麗萍. ，2005年第4期. [9] 譚國俊、韓耀飛、熊樹. ，2006年2月第1期.[10] ，2005.[11] ，2004.[12] ，2005.[13] ，2006.[14] 劉敢、. 山東棗莊，高莊煤礦. [15] 潘忠、. 煤礦自動化，2001年第4期.[16] 張孝穎、張豐敏、張學松. PLC在煤礦井下主排水控制系統中的應用. 中國煤炭，2002年8月第28卷第8期.[17] 郭宗仁，吳亦鋒，郭永編著，人民郵電出版社，2002.[18] 羅振成、2003, 16(4)，P34—36.[19] ，1999, ,P43—44.[20] ，1997, , P7.[21] ，2002,P33—35.[22] Configuring Hardware and Communication Connections STEP7 Manual.[23] SIEMENS. Toolbox for Data Link PGs/PCs to SIMATIC S7.