基于plc的煤炭矿井排水系统设计.docx

徐州工棠耳哉紫枝御擘浣毕业设计（论文）基于PLC的煤炭矿井排水系统设计CoalminedrainagesystemdesignbasedonPLCm徐工机电112班学生姓名王红乐学号1132207328指导教师卓自明职称讲师导师单位徐州工业职业技术学院论文提交日期一2013年12月5日徐州工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书课题名称基于PLC的煤炭矿井排水系统设计课题性质工程设计类班球徐工机电112学生姓名王红乐学号U32207328指导教师卓自明导师职称讲师一.选题意义及背景随着计算机控制技术的迅速发展，各行各业均已步入自动化控制领域。煤炭行业也不例外，作为井下煤炭生产中重大系统之一的排水系统一一煤矿泵房监控系统，担负着井下积水排除的重要任务。但目前煤炭泵房监控系统人多采用继电器控制，水泵的开停及其选择切换均有人工完成，还做不到根据水位或者其他参数自动开停水泵，这将严重影响井下排水泵房的管理水平和经济效益的提高。因此开发一套能够根据水位的高低自动变化启动和停止水泵，且能够通过远程通信通道，把实时采集的各种信息传递到上位管理计算机的自动化系统变得尤为重要。二.毕业设计(论文)主要内容：具体的内容包括：(1)掌握矿井排水的工作原理及其控制方法；(2)设计主排水泵的自动监控控制系统；(3)根据控制要求确定所需输入/输出设备，据此确定PLC的I/O点数；(4)编写与调试PLC程序；(5)掌握MCGS编程及其与PLC的通讯方法，并进行程序设计；(6)调试控制并撰写论文。三.计划进度：第1-2周：通过查询资料理解矿井排水的工作原理与工作过程；第3-4周：确定排水系统组成和气动回路；第5-6周：根据控制要求确定所需的输入，输出设备，据此确定PLC的I/O点数；第7-8周：编写与调试PLC程序；第9T1周：掌握MCGS编程及其与PLC的通讯方法，并进行程序设计，实现对被控参数进行采集、监控，联机调试基于PLC的矿井排水控制系统，整理资料并撰写论文；第12-15周：准备材料答辩。四.毕业设计(论文)结束应提交的材料：1.毕业设计论文(打印文档与电子稿)2.毕业设计相关程序指导教师教研室主任年月曰论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真实性承诺本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。日期：毕业生签名:指导教师关于学生论文真实性审核的声明本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得,对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。日期：指导教师签名:徐州工业职业技术学院毕业设计（论文）摘要本文提出了基于PLC的矿井主排水自动控制系统的设计。首先对井下自动排水系统进行了总体的设计，然后详细介绍了系统的软件流程，对矿井主排水自动控制系统进行了编程设计。自动控制系统的应用将使得排水系统可靠性增强，整个工作流程通过软件的编程来实现，编程确定后，水泵机组将按给定的程序，根据水位的高低变化来控制水泵的启停，极大的减小人工控制的劳动强度。本系统采用FX2N-64MR型PLC,结合传感器，完成系统设计中实现的控制功能，并且本系统采用易控组态监控系统监视设备的运行情况，做到有故障及时发现并且尽早处理。本系统采用水泵的“自动轮转”、“备用水泵”的工作制。采用“Y-型降压启动”避免因启动多台泵而造成电路高负荷。关键词：PLC、排水系统、自动控制ABSTRACTBasingonprogrammablelogiccontroller(PLC)isproposedinthispaperthedesignoftheautomaticcontrolsystemforminemaindrainage.Firstforundergroundautomaticdrainagesystemtocarryontheoveralldesign,andthenintroducedthesystemofsoftwareprocess,automaticcontrolsystemforminemaindrainagefortheprogrammingdesign.Theapplicationofautomaticcontrolsystemwillmakethedrainagesystemreliabilityenhancement,thewholeworkprocessthroughsoftwareprogramming,theprogrammingisdetermined,pumpunitwillbeeffectedaccordingtothegivenprogram,accordingtothediscretionofthewaterlevelchangetocontrolwaterpumpstop,greatlyreducethelaborintensityofmanualControLThissystemusesPLCFXzw-64MRtype,combiningwiththesensor,thecontrolfunctionoftheimplementationofthecompletesystemdesign,andthissystemusesamanageableconfigurationmonitoringsystemtomonitorequipmentoperation,dohaveafaulttimelydetectionandtreatmentassoonaspossible.Thissystemusesthewaterpump"automaticcycle",thebackup"duty.Using"Y-deltastep-downstart"avoidcircuitduetostartthepumpmorehighload.KEYWORDS:PLC;Drainagesystem;Autocontrol目录摘要1ABSTRACT2目录3第一章前言51.1 井下排水系统存在的问题51.2 矿井生产过程中排水的重要性51.3 我国矿井主排水系统的现状5第二章矿井自动排水系统的各种参数与检测72.1 水仓液位的检测72.1.1 液位传感器的介绍72.1.2 液位检测装置的选择82.2 水泵压力检测9第三章排水系统设计1（）3.1 排水方案的确定103.2 管材的选择及排水系统水力计算103.2.1 管材的选择103.2.2 排水系统的水力计算113.3 水泵选型123.3.1 水泵选取原则123.3.2 水泵选型123.4 电气负载计算及启动方案选择133.4.1 电流计算133.4.2 启动方案选择133.5 电气元件选型143.6 主回路设计14第四章基于PLC的矿井排水系统的总体设计154.1 控制系统的总体结构154.2 基于PLC的矿井主排水控制系统设计154.3 PLC的主要特点164.3.1 PLC的特点164.3.2 PLC的主要功能174.3.3 PLC的基本工作原理194.4 PLCl/0分配表、PLC接线图和PLC程序图204.4.1 PLC接线图204.4.2 PLCI/O分配表214.4.3 PLC程序图224.5 可编程序控制器（PLC）选型设计254.5.1 PLC接线触点的统计254.5.2 机型的选择254.6 基于MCGS的触摸屏设计264.7 PLC程序的调试304.7.1 对信号进行调试30徐州工业职业技术学院毕业设计(论文)4.7.2 对系统进行调试3()4.7.3 对触摸屏进行调试30第五章结论31参考文献32致谢33第一章前言1.1 井下排水系统存在的问题目前，我国大多煤矿企业的井下水泵房使用的仍然是传统的人工操作排水系统，以离心式水泵系统为主。这种排水系统的操作以离心式水泵的工作特性为基础，泵站的起停时间判断，完全依赖于工人的经验和已有的操作规程。当水仓水位到达设定的高水位时，工人打开射流泵（或真空泵），为水泵抽真空，同时观测真空表的读数。真空度达到要求后，起动水泵机组，使水泵运转。当水泵出水口压力表读数达到要求时，开起闸阀进行排水，同时关闭抽真空的射流泵（或真空泵）。根据现场涌水量的不同，工人还要判断同时投入几台水泵工作，以便于既能及时排出积水，又能使泵站合理使用，避免过度频繁的起停。其存在的问题有如下几点：1 .效率低、可靠性差。这种排水系统的工作流程完全由手工完成，工人按部就班的完成各个执行件的操作。另外，对水位、涌水量大小等现场数据的判断依赖于工人的经验。作业过程比较复杂，要求工人具有很强的责任心，否则可能出现误操作，甚至发生大的事故。2 .工人劳动强度大。人工操作无法避免高强度的劳作。尤其是闸阀的操作，劳动量最大。而且，水泵房要时时有人值守，以便在发生异常情况时，及时报警检修。1.2 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1517立方米，甚至超过每秒2022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飞吨的矿井水，有时甚至要排出2030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17%40%,一般为20%左右。因此，井下排水设备运转的可靠性与经济性，具有十分重要的意义。1.3 我国矿井主排水系统的现状井下排水是伴随着采矿工程产生的一项系统工程。随着控制理论和现代检测技术的发展，自动排水系统的研究在理论和实践上都取得了一定进步。传统的继电器控制方法，用人工进行检测（如人工检测水仓水位、淤泥厚度、管道、闸阀及配电设备状况等），这种检测控制方法效率低，工人劳动强度大，且由于井下环境恶劣，故障率较高。所以靠人工检测的方法已不适应煤炭发展的需要，取而代之的是自动化排水系统。随之，一种新颖的矿井排水计算机自动控制系统问世。由于矿井排水系统属于多变量、非线性、时变的复杂系统，特别是在管道和水泵等环节中，各变量之间又存在着交叉，因此矿井排水系统非常适合于采用模糊控制的方法进行动态监测和故障诊断。该系统采用先进的集散式控制方式，建立了多级模块化的结构体系，提出了多参数的模糊综合决策方法。目前，PLC在国内外工业控制中已获得广泛应用，在矿井排水系统中，采用PLC自动监测排水系统的