毕业设计--中央水泵房的自动控制设计

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1、 第 页 摘 要 随着计算机控制技术的迅速发展，以微处理器为核心的可编程逻辑控制器 (PLC)控制已逐步取代继电器控制，普遍应用于各行各业的自动化控制领域。 本文采用集中控制器对矿井水泵房设备运行实施实时监控，自动、手动控制 水泵的启停及闸阀的开、关，并具有自诊断功能，可实现水泵房的无人值守。控 制系统通过以太网接入矿井工业以太网， 实现水泵监控子系统与全矿井的监控系 统信息共享，满足矿井自动化控制的要求。集中控制器采用西门子 S7200 系列工 业级 PLC 及先进的过程控制软件，综合考虑矿井各种安全信息，实现井下排水监 控系统的最优控制策略；井下排水监控系统的报警，信息显示，报表统计处理全

2、 部融入整个矿井监控系统的数据系统。从而实现中央水泵房的自动控制功能。 本文重点讨论了中央水泵房的自动控制设计过程、通信、模拟仿真等问题。 关键字：PLC，西门子 S7200，MCGS，工业以太网 第 页 第二章 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。 2.1 排水系统概述 2.1.1 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

3、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

4、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。 2.1.2 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。 滤水器和底阀 滤水器安装在吸水管的下端，插

5、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。 闸阀 第 页 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: 调节水泵的流量和扬程； 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。 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。 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