基于排水系統(tǒng)的PLC控制與組態(tài)含4張CAD圖,基于,排水系統(tǒng),plc,控制,節(jié)制,組態(tài),cad
基于排水系統(tǒng)的PLC控制與組態(tài)
摘 要
排水設(shè)備在煤礦生產(chǎn)建設(shè)中是必不可少的大型固定設(shè)備。一個(gè)煤礦排水泵站，一般來說，由多臺(tái)排水泵組成，它貫穿整個(gè)排水系統(tǒng)起著非常重要的作用。因?yàn)榉e水受環(huán)境的影響比較大，所以排水泵的運(yùn)行數(shù)量也要做相對(duì)的變化。現(xiàn)在以微處理器為核心的可編程控制器（PLC）已逐步取代了繼電器控制，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的自動(dòng)控制領(lǐng)域。本文結(jié)合當(dāng)前控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)控制系統(tǒng)在礦井排水系統(tǒng)中的應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制，本設(shè)計(jì)選用S7-200 PLC進(jìn)行編程，并結(jié)合了各種傳感器（超聲波液位傳感器、負(fù)壓傳感器及溫度傳感器等）進(jìn)行了數(shù)據(jù)的采集。實(shí)現(xiàn)了煤礦井下中央水泵房中水泵的自動(dòng)輪換，超溫保護(hù)等功能。同時(shí)利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)整套系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況及數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控，并與井上監(jiān)控中心進(jìn)行通訊，工作人員在顯示器
前就可以了解到排水系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀況，同時(shí)也可以根據(jù)采集到的信息進(jìn)行相應(yīng)的操作指令，大大減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，以及因人為操作出現(xiàn)的紕漏而導(dǎo)致的事故。
關(guān)鍵詞：排水；自動(dòng)控制；PLC
Drainage System Based on PLC and Configuration
Abstract
Pumping equipment in coal mine production is indispensable in the construction of large fixed equipment. A coal mine drainage pump station, in general, there are composed of many sets of drainage pumps, it runs through the drainage system plays a very important role. Because water is affected by environment is larger, so the operation of the drainage pump number also should make relative changes. Now with microprocessor as the core programmable controller (PLC) has gradually replaced the relay control, automatic control field is widely used in all walks of life. Combining with the current control technology, automatic control system is developed in our country, the application of the mine drainage system.
To achieve the automatic control of the drainage system, the design of S7-200 PLC programming, combined with a variety of sensors (ultrasonic liquid level sensor, pressure sensor and temperature sensor, etc.) for data collection. The automatic rotation of water pumps in the central water pumps room in the mine is realized. At the same time by using configuration software to realize the equipment running status and the data information of the system of monitoring, and communication with the monitoring center, is a staff in front of the monitor can understand the drainage system of the real-time condition, can also according to the information collected for the corresponding operation instructions, greatly reduces the labor intensity, and the accident caused by the artificial operation appear cracks.
Keywords: drainage; automatic control; PLC
iii
目 錄
摘要 ⅰ
Abstract ⅱ
1．緒論 1
1.1煤礦井下水的形成及排水的重要性 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及主要問題 3
1.3排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的簡介 4
1.4本課題主要內(nèi)容 4
1.5小節(jié) 5
2.排水系統(tǒng)的組成及各類設(shè)備的選擇 6
2.1泵房內(nèi)管路布置的選擇 6
2.2 離心式水泵 7
2.2.1 離心式水泵的簡介 7
2.2.2 離心式水泵的啟動(dòng)過程 8
2.2.3離心式水泵的停機(jī)過程 8
2.3 電動(dòng)閥及電磁閥的簡介 8
2.4 傳感器的選型 9
2.4.1水倉水位 10
2.4.2水泵溫度的測定 12
2.4.3水泵負(fù)壓 13
2.5小結(jié) 13
3. 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14
3.1 硬件系統(tǒng)的簡介 14
3.1.1 PLC的主要特點(diǎn) 14
3.1.2 PLC 基本工作原理 15
3.2 PLC 要實(shí)現(xiàn)的控制功能 18
3.3 PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 19
3.4 小結(jié) 21
4. 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 22
4.1 主程序流程圖的編寫 22
4.2 I/O地址的分配 23
4.3 水泵的自動(dòng)開啟、運(yùn)行、停止故障保護(hù)流程圖 25
4.3.1離心式水泵開啟程序流程圖 25
4.3.2運(yùn)行中的監(jiān)測程序 25
4.3.3離心式水泵關(guān)閉流程圖 26
4.4部分程序梯形圖 27
4.4.1液位處理程序 27
4.4.2溫度處理模塊 28
4.4.3負(fù)壓處理模塊 29
4.4.4水泵啟動(dòng)程序 30
4.4.5水泵關(guān)閉子程序 32
4.4.6 自動(dòng)輪換設(shè)計(jì) 33
4.5 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 35
4.5.1 干擾信號(hào)的排除 35
4.5.2 程序運(yùn)行的幾個(gè)狀態(tài) 36
4.6小結(jié) 36
5. 人機(jī)界面的設(shè)定 37
5.1 軟件簡介 37
5.2 排水控制組態(tài)的建立 37
5.3組態(tài)畫面的設(shè)計(jì) 39
5.4 小結(jié) 39
總結(jié) 40
參考文獻(xiàn) 42
附錄一 44
附錄二 59
致謝 74
1 緒論
井下排水系統(tǒng)是煤礦井下最重要的系統(tǒng)之一，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制尤為重要，本章主要分析排水系統(tǒng)的組成及其工作過程，為接下來的排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
1.1 煤礦井下水的形成及排水的重要性
在礦井生產(chǎn)過程中，經(jīng)常有各種水源的水涌入礦井，稱之為礦水。大量的礦水威脅到礦井生產(chǎn)的正常運(yùn)行，突發(fā)時(shí)甚至?xí)斐晒ぷ魅藛T的傷亡。
產(chǎn)生礦井涌水的兩個(gè)必備條件是礦井水源和涌水通道。
1.礦井涌水的水源
礦井涌水的水源有地表水和地下水兩大類。
（1）地表水源。地表水源主要指大氣降水和地表水。
1）大氣降水。大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給水源。降水量對(duì)礦井涌水的影響，對(duì)于分布于河谷洼地，并且煤層上部有透水層、溶洞、裂隙或塌陷的淺井較為顯著，其影響具有明顯的季節(jié)性。雨季礦井涌水量增大，旱季則相反。
2）地表水。河流、湖泊、水庫和塌陷地積水等地表水，可以通過井筒、塌陷裂隙、斷層、裂隙、溶洞和鉆孔等直接進(jìn)入井下，也可以作為地下水的補(bǔ)給水源，使地下水經(jīng)過與井巷連通的通道進(jìn)入井巷，造成水災(zāi)。
（2）地下水源。地下水是礦井水最經(jīng)常、最主要的水源，而大氣降水和地表水也是一般先補(bǔ)給地下水，然后再流入礦井。所以研究地下水的水量分布、補(bǔ)給條件、動(dòng)態(tài)變化規(guī)律等，對(duì)分析礦井涌水極為重要。
根據(jù)地下水的賦存狀態(tài)和賦存位置的不同，可將礦井水分為以下幾種：
1） 含水層水。地層中的沙層、砂巖和灰?guī)r層等，往往含有豐富的地下水。當(dāng)掘進(jìn)巷道揭露含水層或回采工作面放頂后所形成的冒落裂隙與這些含水層相通時(shí)，含水層水就涌入礦井。含水層水一般都具有很高的壓力，特別是當(dāng)它與地面水源相通時(shí)，對(duì)礦井安全生產(chǎn)的影響較大。
2）斷層水。斷層帶及斷層附近巖石破碎，裂隙發(fā)育，常形成構(gòu)造賦水帶。特別是當(dāng)導(dǎo)水?dāng)鄬优c強(qiáng)含水層或積水體相通時(shí)，如發(fā)生斷層突水，就會(huì)形成水災(zāi)。
3）老空積水。井下采空區(qū)或煤層露頭附近的古井、小窖常有積水，如果開采時(shí)與之相通，就會(huì)發(fā)生突水事故。
另外，還有生產(chǎn)用水。煤礦生產(chǎn)過程中，如水采、除塵、煤體注水、防火注漿、水砂充填等，都要大量用水，如管理不善、排水不暢也可能引起水災(zāi)事故。
2.礦井涌水通道
礦井涌水通道可分為人為形成的通道和天然形成的通道兩種。
(1) 人為形成的通道有：
1）頂板冒落裂隙帶——頂板冒落形成導(dǎo)水裂隙。
2）地表巖溶塌陷帶——礦區(qū)開采后地表下沉，地表水和大氣降水通過塌陷坑直接進(jìn)入井下。
3）封孔質(zhì)量差的鉆孔——打孔后封孔不嚴(yán)，鉆孔成為各類含水層的涌水通道。
（2）天然形成的涌水通道有：
1）孔隙、裂隙——各種巖層中的節(jié)理、層理成為涌水通道。
2）巖溶——巖石中的溶洞、孔洞成為涌水通道。
3）斷層破碎帶——通過斷層與含水層相連，斷層破碎帶成為涌水通道。
井下排水系統(tǒng)的任務(wù)就是把通過各種途徑流入礦井的積水排送到地表。在煤礦地下開采過程中，由于地層中含水的涌出，雨水和江河水的滲透，水砂充填和水利采煤礦井的井下供水，將更有大量的水晝夜不停地匯集于井下。如果不能及時(shí)地將這些積水排送到井上，井下的生產(chǎn)可能受到阻礙，井下的安全得不到保障，嚴(yán)重者會(huì)造成重大事故。
煤礦大量的井下水在會(huì)對(duì)工作人員和設(shè)備的安全造成很大的威脅，如不采取及時(shí)有效地治理措施，會(huì)造成嚴(yán)重后果，輕者淹井停產(chǎn)，重者礦毀人亡。因此礦井主排水系統(tǒng)是保證礦井安全的關(guān)鍵設(shè)備之一，在煤礦安全生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及主要問題
1.2.1課題研究現(xiàn)狀
目前國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在煤礦井下排水系統(tǒng)控制的研究中取得了很多成就。就國內(nèi)的研究工作來看，大多是從煤礦井下排水系統(tǒng)的安全可靠性、節(jié)能的角度進(jìn)行研究。
首先是煤礦對(duì)中央泵房水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的成功改造，為我國井下排水系統(tǒng)自動(dòng)控制開辟了一條新的途徑。這也驗(yàn)證了以計(jì)算機(jī)進(jìn)行單臺(tái)水泵的“水泵控制系統(tǒng)”改造和以礦井監(jiān)控為主的“礦井監(jiān)控系統(tǒng)”組成的“礦井排水自動(dòng)控制系統(tǒng)”是一種可行的方法。
隨后幾年，根據(jù)煤礦井下排水系統(tǒng)消耗電能大的特點(diǎn)，國內(nèi)研究人員分別從離心式水泵，排水管路，電動(dòng)機(jī)三個(gè)方面提出了對(duì)井下排水系統(tǒng)的節(jié)能改造。由于各類礦井情況差別大，能源消耗尤其是電能消耗大，所以在節(jié)能技術(shù)方面的研究對(duì)煤礦效益，以致可持續(xù)發(fā)展有著很大的意義。
國外的研究大多從管道的長期的維護(hù)和清理，井水質(zhì)量對(duì)排水設(shè)備的影響等更加細(xì)微更加長遠(yuǎn)的方面來研究。
酸性礦井排水及有害元素的影響對(duì)井下排水系統(tǒng)也是一項(xiàng)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。它不僅關(guān)乎到整個(gè)排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，更影響井下設(shè)備和工作人員的安全。
1.2.2 主要問題
礦井中央泵房是礦山企業(yè)的機(jī)電要害場所，直接影響到礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)，現(xiàn)在國內(nèi)的礦山企業(yè)礦井中央泵房的自動(dòng)化水平還不是很高，這影響了生產(chǎn)的安全生和高效性，礦井中央泵房無人值守自動(dòng)化系統(tǒng)可以有效解決這些問題。
井下的水泵電壓高、功率大、啟動(dòng)復(fù)雜，水泵啟動(dòng)前吸水管路的充水，通常采用抽真空吸水的方法來完成。現(xiàn)泵房內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行與管理以及水倉水位的觀察，普遍采用人工操作方式，操作過程繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、水泵啟動(dòng)時(shí)間長、自動(dòng)化程度低、不適應(yīng)現(xiàn)代化礦井管理。
隨著我國頒布分時(shí)繳納電費(fèi)的辦法后，煤礦排水的經(jīng)濟(jì)效益也尤為突出。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，每開采1噸煤就要排出2--7噸礦井水，有時(shí)甚至要排出30--40噸礦井水。井下排水設(shè)備所配備電機(jī)的功率，小的幾千瓦到幾十千瓦，大的幾百千瓦到上千千瓦、在我國煤炭行業(yè)中，井下排水用電量占原煤生產(chǎn)總耗電量的18%--41%，一般為20%左右。
1.3 排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的簡介
煤礦井下水泵是煤礦排水的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)中央水泵房的檢測與監(jiān)控，是實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化控制的關(guān)鍵一步。煤礦自動(dòng)排水系統(tǒng)可以有計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控水倉水位，并相應(yīng)控制某一臺(tái)或多臺(tái)水泵的啟停。同時(shí)，在運(yùn)行過程中也可以檢測其運(yùn)行參數(shù)，以達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目。
在煤礦井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)中，水泵房一般設(shè)置3組離心水泵，一組使用，一組備用，同時(shí)設(shè)置一組用于檢修時(shí)進(jìn)行輪換的離心水泵。這些水泵運(yùn)行狀況復(fù)雜，通過人工進(jìn)行監(jiān)控，很難進(jìn)行的毫無破綻。
此外，進(jìn)行排水前需要人工進(jìn)行水位監(jiān)測，抽真空以及水泵房設(shè)備運(yùn)行時(shí)的管理、監(jiān)控。這些工作勞動(dòng)量較大，難度大，啟泵時(shí)間也無法控制的毫無差錯(cuò)，人為操作過程中容易出現(xiàn)失誤，自動(dòng)化程度較低。自動(dòng)控制系統(tǒng)的引入，有效的緩解了上述壓力，為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)做出了重要的貢獻(xiàn)。
自動(dòng)排水系統(tǒng)首先應(yīng)以可靠、安全、先進(jìn)為原則，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)在地面調(diào)度中心對(duì)中央水泵房進(jìn)行的控制，從而提高排水自動(dòng)化程度，從而實(shí)現(xiàn)井下“無人或少人值守”，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率及安全系數(shù)。
此外高效的井下排水系統(tǒng)，還可以節(jié)約對(duì)電力資源的使用，井下排水系統(tǒng)所選用的電機(jī)，功率消耗較小的有幾千瓦到幾十千瓦。功率消耗較大的高達(dá)上千千瓦。在我國的煤礦開采中，礦井排水系統(tǒng)的用電量占較大比重。大約占總消耗電量的18%~40%。一般為20%，所以高效的排水系統(tǒng)對(duì)于煤礦生產(chǎn)生活的意義至關(guān)重大。
1.4 本課題主要內(nèi)容
1.水泵的啟停機(jī)制：整個(gè)排水系統(tǒng)的運(yùn)行比較負(fù)雜，但是在復(fù)雜的系統(tǒng)中排水的控制卻是以單個(gè)水泵的排水為基礎(chǔ)而展開的。當(dāng)水倉水位達(dá)到開啟時(shí)泵的要求時(shí)，系統(tǒng)首先要檢測真空度，若真空度未達(dá)到執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，那么就會(huì)進(jìn)行抽真空的操作，在整個(gè)抽真空操作進(jìn)行過程中，傳感器會(huì)不斷檢測真空度，達(dá)標(biāo)后即可開啟水泵電動(dòng)機(jī)，并停止抽真空的過程，開始排水。而排水過程中液位傳感器也會(huì)檢測水位高度。當(dāng)高度符合停泵要求時(shí)，就會(huì)開始停止水泵運(yùn)行的操作
2.水泵自動(dòng)輪換機(jī)制：排水系統(tǒng)中一般有多臺(tái)水泵，我們?cè)赑LC存儲(chǔ)系統(tǒng)中為每臺(tái)水泵設(shè)置1個(gè)寄存器，其中一個(gè)寄存器負(fù)責(zé)水泵運(yùn)行時(shí)間的記錄。當(dāng)所選兩臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間差距較小時(shí)。會(huì)根據(jù)他們的運(yùn)行次數(shù)優(yōu)先選擇運(yùn)行次數(shù)相對(duì)較小的的水泵開啟，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輪換功能。
3.整個(gè)排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)：通過控制單個(gè)水泵的啟動(dòng)和停止，在結(jié)合水泵的輪換機(jī)制，配合井下溫度、壓力、流量等傳感器所測的模擬量及礦井用電量設(shè)計(jì)合適的排水系統(tǒng)。使排水過程安全高效，能夠很好的滿足要求。
1.5 小節(jié)
本章主要進(jìn)行了排水系統(tǒng)的簡要介紹，闡述了排水系統(tǒng)在煤炭生產(chǎn)中的重要性。簡要概括了自動(dòng)排水控制系統(tǒng)的組成部分；最后對(duì)排水自動(dòng)控制系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了解釋。
2 排水系統(tǒng)的組成及各類設(shè)備的選擇
圖2-1 控制系統(tǒng)組成圖
如圖2-1所示，排水系統(tǒng)一般井下控制分站、就地控制箱、各種傳感器，以及控制主站組成?？刂浦髡疚挥诰险{(diào)度中心所有的數(shù)據(jù)經(jīng)由工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸；本設(shè)計(jì)中控制分站采用礦用防爆本安型PLC控制器進(jìn)行控制，采用PLC進(jìn)行控制具有現(xiàn)場易編程、易維護(hù)等特點(diǎn)，同時(shí)采用防爆及本質(zhì)安全型符合井下工作環(huán)境的要求。
在井下排水控制系統(tǒng)中，水泵是所有功能系實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，而井下復(fù)雜的工作過程也是通過多個(gè)的水泵配合工作來實(shí)現(xiàn)的，本章主要對(duì)井下排水系統(tǒng)的水泵及所使用的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行簡要介紹，同時(shí)做出各類傳感器的選型。
2.1 泵房內(nèi)管路布置的選擇
本文的設(shè)計(jì)選用三臺(tái)水泵兩趟管路的井下排水系統(tǒng)，這樣做的目的是：三臺(tái)水泵一臺(tái)使用，一臺(tái)備用，一臺(tái)用作檢修，正常情況下兩臺(tái)水泵即可滿足要求，也就是說正常排水時(shí)，一臺(tái)水泵即可滿足排水需求，另外兩臺(tái)當(dāng)作備用和輪換使用。當(dāng)水位超出最高水位預(yù)警時(shí)，可以開兩臺(tái)泵，以滿足排水的需求量。排水管路為兩條，保證每條管路都與三臺(tái)泵相通。一條管路為常用管路，另一條則作在備用或檢修時(shí)使用。設(shè)置3臺(tái)泵，兩個(gè)管路防止設(shè)備突然損壞，需要修理時(shí)沒有備用設(shè)備，影響生產(chǎn)安全。示意圖如圖2-2：
圖2-2 井下泵房布置圖
2.2 離心式水泵
2.2.1 離心式水泵的簡介
在井下排水系統(tǒng)中，使用的水泵大多數(shù)為離心式水泵，部分小型礦井或這是以淺水井臨時(shí)排水系統(tǒng)為排水系統(tǒng)的礦井也會(huì)使用潛水泵。離心式水泵的組成部分主要包括泵體、吸水管路、壓水管路以及附件。
其工作原理是：在水泵充滿水的狀態(tài)下，離心式水泵的葉輪開始以很高的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，這種快速轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)會(huì)帶動(dòng)儲(chǔ)存在離心式水泵的積水旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生離心力，由于離心力的作用，液體撞擊泵殼的過程中壓力會(huì)增大，這時(shí)水流會(huì)自動(dòng)向著壓力較低的位置流動(dòng)。所以此時(shí)水流會(huì)從出水口排出，而水流隨葉輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力的同時(shí)會(huì)使水泵內(nèi)部產(chǎn)生真空。這時(shí)水泵就具有了吸水的能力，從而源源不斷的產(chǎn)生動(dòng)力，進(jìn)行排水。
水泵運(yùn)行之前，如果內(nèi)部水量不足，產(chǎn)生的離心力會(huì)減小，就無法帶動(dòng)整個(gè)泵體吸水和排水，并且這種情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵會(huì)可能因?yàn)榭辙D(zhuǎn)而燒壞，所以在離心式水泵工作之前首先要對(duì)水泵進(jìn)行注水排氣的工作。
離心式水泵運(yùn)轉(zhuǎn)前的注水排氣過程，往往有抽真空設(shè)備來完成，井下排水系統(tǒng)中抽真空設(shè)備主要為真空泵或射流泵。這兩種設(shè)備的工作原理不同但是都能夠?qū)崿F(xiàn)離心式水泵啟動(dòng)前抽真空的工作。
2.2.2 離心式水泵的啟動(dòng)過程
離心式水泵啟動(dòng)前需要進(jìn)行注水排氣，以此增加水泵的真空度，否則離心式水泵可能會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)無法吸水而燒壞，降低水泵使用壽命，這時(shí)就需要抽真空設(shè)備對(duì)離心式水泵進(jìn)行抽真空，抽真空設(shè)備主要有真空泵和射流泵。
首先系統(tǒng)自動(dòng)檢測水倉水位，水位達(dá)到開泵的條件時(shí)，打開真空泵的電磁閥，然后打開真空泵。通過他們給離心式水泵注水，在真空泵的作用下，離心式水泵內(nèi)部和吸水管內(nèi)被逐漸注滿水，水泵入口處的真空度會(huì)隨著整個(gè)過程的運(yùn)行逐漸增大。當(dāng)入口處真空度增大到滿足要求值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)接通水泵電機(jī)，開啟水泵。水泵開啟過程中，隨著離心式水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，其出口處的壓力會(huì)逐漸增大，當(dāng)壓力值增大到預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，壓力將不再增加，此時(shí)打開離心式水泵出口處的電動(dòng)閥，開始排水。同時(shí)關(guān)閉真空泵，停止注水過程。
2.2.3 離心式水泵的停機(jī)過程
隨著水倉水位不斷下降，當(dāng)水位下降至關(guān)閉水泵的水位限度時(shí)，就會(huì)開始關(guān)閉水泵的流程。系統(tǒng)會(huì)首先關(guān)閉離心式水泵出口處的電動(dòng)閥，待電動(dòng)閥完全關(guān)閉后，在關(guān)閉處于電動(dòng)閥下方的逆止閥以防止排水管中的井水倒流，最后關(guān)閉水泵電機(jī)，使其脫離運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，停止工作。
2.3 電動(dòng)閥及電磁閥的簡介
電動(dòng)閥簡單的說就是用電執(zhí)行器。按開閉方式可以分為兩種，其中一種為角行程的電動(dòng)閥，還有一種是直行程的電動(dòng)閥。通常被使用在控制流量的管路中。在大型控制系統(tǒng)中也可以用來作為關(guān)斷閥。當(dāng)被用于流量控制中時(shí)，涉及到開關(guān)、調(diào)度問題，用其調(diào)節(jié)流量屬于AI控制。而用做關(guān)斷閥時(shí)，也可以用電動(dòng)閥做兩位開關(guān)控制。
電動(dòng)閥時(shí)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)作，從而實(shí)現(xiàn)閥門的開或關(guān)，用作關(guān)斷閥門時(shí)是兩位式的工作方式，即全開或全關(guān)。此時(shí)用于控制系統(tǒng)中需要正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的輸出信號(hào)，并且要有開閉到位的狀態(tài)返回信號(hào)，電磁閥的內(nèi)部含有帶電線圈，當(dāng)線圈通電就會(huì)產(chǎn)生磁力，與兩側(cè)磁鐵相互作用，從而克服彈簧的反作用力，實(shí)現(xiàn)閥門的開和閉。結(jié)構(gòu)較為簡單，造價(jià)低，但只能用于小口徑的管路中，只能實(shí)現(xiàn)開關(guān)。
電動(dòng)閥的驅(qū)動(dòng)一般是用電機(jī)，整個(gè)開閉過程需要一定的時(shí)間并可以調(diào)節(jié)，而電磁閥是快開和快關(guān)的，屬于電動(dòng)閥的一個(gè)種類。
所以在排水系統(tǒng)中選擇電動(dòng)閥作為水泵出水口的閥門，控制電動(dòng)閥運(yùn)作的信號(hào)分別為電動(dòng)閥正轉(zhuǎn)和電動(dòng)閥反轉(zhuǎn)，并且產(chǎn)生開到位或關(guān)到位兩個(gè)反饋信號(hào)，而電磁閥由于適用的管路直徑較小，用在真空泵抽真空時(shí)的真空閥，由于電磁閥時(shí)快開和快關(guān)的，所以在控制時(shí)用一個(gè)信號(hào)同時(shí)控制抽真空設(shè)備和電磁閥。即當(dāng)真空泵打開時(shí)，會(huì)自動(dòng)控制電磁閥隨著射流泵打開一起開閉。
最終選擇MZ941H礦用電動(dòng)閘閥，防爆型產(chǎn)品dI適用于煤礦井下非采掘工作面。用于煤礦井下時(shí)，這類防爆電動(dòng)閥電源電壓電壓為380v或660V，遠(yuǎn)程控制為24VDC。
電磁閥選擇DFB20礦用隔爆型電磁閥，額定控制電源電壓：ＡＣ（50Ｈz）36V、127V,功耗：≤28Ｗ,環(huán)境溫度 5℃～+40℃,壓力適應(yīng)范圍：0-10MPa
2.4 傳感器的選型
圖2-3 模擬量分布圖
由圖2-3可知，要想實(shí)現(xiàn)井下排水系統(tǒng)的完整運(yùn)行，在排水過程中就要不斷對(duì)水倉水位、水泵出口壓力、真空度、電機(jī)電流電壓、排水管流量、溫度進(jìn)行檢測，這些量的檢測需要使用模擬量傳感器進(jìn)行，如圖2-1 為排水系統(tǒng)中各類傳感器的安裝位置。這些傳感器良好的運(yùn)行，并且將采集的信號(hào)準(zhǔn)確無誤的傳輸給系統(tǒng)，才能讓整個(gè)系統(tǒng)有更好的運(yùn)行環(huán)境。
本設(shè)計(jì)選用的傳感器如表2-1所示：
表2-1 傳感器選型表
水倉液位
水泵溫度
水泵負(fù)壓
超聲波液位傳感器 投入式液位計(jì)
PT100溫度傳感器
NS-K型負(fù)壓傳感器
2.4.1 水倉水位
由于排水系統(tǒng)在井下煤礦生產(chǎn)中的重要性異常重大，所以排水的各部分都要精益求精，而水位傳感器相當(dāng)于排水系統(tǒng)的感知部位，一旦液位計(jì)失靈，整個(gè)自動(dòng)排水系統(tǒng)的運(yùn)行都將受到阻礙，所以排水系統(tǒng)的液位檢測裝置應(yīng)確保萬無一失。
井下排水系統(tǒng)一般選用兩個(gè)傳感器相互監(jiān)控，共同監(jiān)控水位。
超聲波液位傳感器工作原理：超聲波液位傳感器是基于超聲波在不同種介質(zhì)得分界面上具有反射特性的原理而制成的，由此只要發(fā)射到接收聲波脈沖的時(shí)間間隔為已知，即可求得頁面距離傳感器距離。
計(jì)算公式如下：
則
L —換能器距液面的距離；
v —超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。
設(shè)計(jì)中選用二線制輸出型液位計(jì)，其參數(shù)如表。
超聲波液位計(jì)參數(shù)
表2-2 超聲波液位計(jì)參數(shù)表
量程
精度
盲區(qū)
溫度
電源
控制
輸出
防護(hù)等級(jí)
顯示方式
0～8m
0.25%
0.４５～0.６m
-20℃～+６０℃
24VDC
無
4～20mA二線制
IP65
4位LCD
投入式液位傳感器：投入式液位傳感器是將傳感器的探頭投入液體中。利用處于一定深度時(shí)液體會(huì)產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)這個(gè)基本原理制成的，如圖2-4所示。
圖2-4投入式傳感器原理圖
具體的來說是:傳感頭根據(jù)水中的壓力與空氣中的壓力差，傳感頭把水位的高度變換成壓力差，再把壓力差轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)，該微弱的電信號(hào)經(jīng)放大器放大后送A/D變換器，單片機(jī)采集數(shù)字信號(hào)經(jīng)運(yùn)算處理后，輸出的水位高度用數(shù)碼管來顯示，同時(shí)輸出對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。
選用GUY10礦用本安型投入式液位計(jì)：
工作電源：12—24VDC
輸出：4～20mA
工作溫度：-5℃～+40℃
精度：±1%FS
量程：0-10m
2.4.2 水泵溫度的測定
中央水泵房中的水泵在工作時(shí)，水泵電機(jī)溫度會(huì)不斷變化，當(dāng)水泵及電機(jī)長時(shí)間在高溫狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)縮短其使用壽命。同時(shí)會(huì)引起其他事故。所以在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)下必須對(duì)水泵溫度進(jìn)行檢測。這樣不但可以有效地緩解水泵因長時(shí)間高溫運(yùn)轉(zhuǎn)給自身帶來的壓力，還可以通過監(jiān)控溫度達(dá)到及時(shí)停泵、輪換水泵，以達(dá)到保護(hù)水泵、延長使用壽命的目的。
溫度傳感器：本次選用PT100接觸式溫度傳感器測水泵溫度。
工作原理：金屬鉑的阻值隨溫度變化而變化，并具有較好地重現(xiàn)性和穩(wěn)定性通常使用的傳感器0℃時(shí)阻值為100Ω，電阻變化率為0.3851Ω/℃，鉑電阻具有精度高，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。Pt100溫度傳感器接入電路時(shí)，隨溫度的變化引起阻值變化時(shí)，通過連接一個(gè)變送裝置可將電阻輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，通過計(jì)算可以對(duì)應(yīng)出相對(duì)的溫度，從而達(dá)到對(duì)電機(jī)溫度的監(jiān)控
本文選用的pt100型溫度傳感器具體參數(shù)如下：
（1） -200℃
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