1、 1 姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 机电工程系机电工程系 设计题目：煤矿井下排水系统控制的系统设计煤矿井下排水系统控制的系统设计 专 题： 指导教师： 职 称： 2013 年 6 月 2 日 2 摘 要 煤矿井下排水设备对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。目前国内 各矿井的排水系统多采用传统的继电器控制方法，用人工进行监测。传统方 法控制线路复杂，设备运行的可靠性低，工人劳动强度大，不适应煤炭发展 的需要。本文设计的排水系统采用 PLC 控制与 PC 监视相结合的方式，弥补 了传统继电器控制的缺陷与不足，提高了工作可靠性和稳定性。 在本设计中首先对煤矿排水系统进行概述，然后根据排水
2、控制的要求， 进行自动控制方面的设计。本系统采用西门子的 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。有自动、半自动和手动三种操作方式可 供选择。为了防止工作水泵及管路磨损过于严重、备用泵及其电气设备或备 用管路长期不用而导致电机和电气设备受潮或有其他故障不能及时发现，本 系统采用水泵及管路的“自动轮换”工作机制。又根据“避峰就谷”的原则 确定开启水泵台数，以达到节省用电的目的。 关键词：煤矿； 排水系统； 集中控制; ; PLC 3 目 录 1 绪论 5 1.1 煤矿井下水的形成及排水的重要性 .
3、 5 1.2 国内外研究现状及主要问题 . 6 1.2.1 课题研究现状 . 6 1.2.2 主要问题 . 7 1.3 本课题研究的主要内容 . 8 1.4 本章小结 . 9 2 煤矿井下排水系统组成概况 10 2.1 离心式水泵工作原理 . 10 2.2 射流泵和真空泵的介绍 . 12 2.2.1 真空泵工作原理 . 13 2.2.2 射流泵工作原理 . 15 2.3 离心式水泵的启停过程 . 15 2.3.1 离心式水泵的启动过程 . 15 2.3.2 离心式水泵的停机过程 . 16 2.4 多台水泵的井下排水系统组成及功能实现 . 16 2.5 本章小结 . 17 3 系统硬件设计 18
4、 3.1 可编程控制技术 . 18 3.1.1 PLC 的主要特点 . 18 3.1.2 PLC 的基本工作原理 . 21 3.1.3 PLC 实现控制功能 . 23 3.2 PLC 控制系统总体设计 . 25 3.2.1 控制系统的输入/输出参数统计 . 26 3.2.2 PLC 系统选型 . 28 3.3 本章小结 . 29 4 传感器选型 30 4.1 液位传感器介绍 . 31 4.1.1 超声波液位传感器 . 31 4.1.2 投入式液位传感器 . 32 4.1.3 液位检测装置的选择 . 33 4.2 电机及水泵温度检测 . 34 4 4.3 水泵压力检测 . 35 4.4 水泵流量
5、检测 . 36 4.4.1 流量检测仪器的安装位置 . 36 4.4.2 电磁流量计工作原理及其特点 . 38 4.5 水泵负压检测 . 41 4.6 本章小结 . 41 5 控制系统的软件设计 42 5.1 软件流程图 . 42 5.1.1 自动轮换工作 . 44 5.1.2 避峰填谷 . 44 5.3 水泵的自动开启、运行、停止故障保护流程图 . 47 5.4 部分程序 . 50 5.5 本章小结 . 52 6 总结与展望 53 6.1 总结 . 53 6.2 展望 . 53 参考文献 55 英文原文 57 中文译文 65 致 谢 71 5 1 绪论 1.1 煤矿井下水的形成及排水的重要性
6、 在矿井生产过程中，经常有各种水源的水涌入矿井，称之为矿水。大量 的矿水威胁到矿井生产的正常运行，突发时甚至会造成工作人员的伤亡。 产生矿井涌水的两个必备条件是矿井水源和涌水通道。 1.矿井涌水的水源 矿井涌水的水源有地表水和地下水两大类。 (1)地表水源。地表水源主要指大气降水和地表水。 1）大气降水。大气降水是地下水的主要补给水源。降水量对矿井涌水 的影响，对于分布于河谷洼地，并且煤层上部有透水层、溶洞、裂隙或塌陷 的浅井较为显著，其影响具有明显的季节性。雨季矿井涌水量增大，旱季则 相反。 2）地表水。河流、湖泊、水库和塌陷地积水等地表水，可以通过井筒、 塌陷裂隙、断层、裂隙、溶洞和钻孔等直接进入井下，也可以作为地下水的 补给水源，使地下水经过与井巷连通的通道进入井巷，造成水灾。 （2）地下水源。地下水是矿井水最经常、最主要的水源，而大气降水和 地表水也是一般先
