水泵自动化毕业论文.doc

0 目目 录录 序序 言言 .2 2 第第 1 1 章章 水泵控制系统概述水泵控制系统概述 .4 4 1.11.1 水泵控制系统的组成（框图及工作原理）水泵控制系统的组成（框图及工作原理） .4 4 1.21.2 水泵基本参数水泵基本参数 .6 6 1.31.3 技术要求技术要求.6 6 1.3.11.3.1 控制性能和方式控制性能和方式 .7 7 1.3.21.3.2 数据采集、逻辑运算、记录及显示、打印数据采集、逻辑运算、记录及显示、打印.7 7 1.3.31.3.3 保护功能保护功能.8 8 1.3.41.3.4 通讯通讯.9 9 1.3.51.3.5 有足够的升级冗余有足够的升级冗余.9 9 第第 2 2 章章 PLCPLC 的选型的选型 .1010 2.12.1 PLCPLC 简介简介 .1010 2.1.12.1.1 PLCPLC 基本概念基本概念.1010 2.1.22.1.2 PLCPLC 基本结构基本结构.1212 2.1.32.1.3 PLCPLC 的工作原理的工作原理.1414 2.1.42.1.4 PLCPLC 系统的其它设备系统的其它设备.1515 2.1.52.1.5 PLCPLC 的通信联网的通信联网.1515 2.1.62.1.6 PLCPLC 软件系统及常用编程语言软件系统及常用编程语言.1616 2.22.2 PLCPLC 的选择的选择 .1717 2.2.12.2.1 控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则.1717 2.2.22.2.2 S7-300S7-300 的基本性能的基本性能.1717 2.2.32.2.3 S7-300S7-300 的基本组成的基本组成.1818 2.2.42.2.4 S7-300S7-300 的通讯的通讯.1919 2.2.52.2.5 S7-300S7-300 的基本结构的基本结构.2020 1 第第 3 3 章章 水泵水泵 PLCPLC 控制设计控制设计 .2121 3.13.1 控制方案设计控制方案设计 .2121 3.1.13.1.1 设计原则及技术标准设计原则及技术标准.2121 3.1.23.1.2 控制系统改造方案控制系统改造方案.2121 3.23.2 控制系统组成控制系统组成 .2323 3.2.13.2.1 系统结构系统结构.2323 3.2.23.2.2 地面上位机部分地面上位机部分.2626 3.2.33.2.3 井下泵房监控站部分井下泵房监控站部分.2626 3.2.43.2.4 传感器部分传感器部分.2727 3.33.3 系统功能系统功能 .2727 3.3.13.3.1 控制功能控制功能.2727 3.3.23.3.2 显示及数据记录功能显示及数据记录功能.2929 3.53.5 系统技术性能及特点系统技术性能及特点.3434 第第 4 4 章章 检测与保护检测与保护 .3535 4.14.1 水仓水位检测水仓水位检测.3535 4.24.2 排水管路流量检测排水管路流量检测 .3535 4.34.3 真空压力检测真空压力检测 .3535 4.44.4 水泵压力检测水泵压力检测 .3535 4.54.5 保护功能保护功能.3636 4.64.6 KX15/660KX15/660（380380）DZDZ 矿用电动阀门控制箱矿用电动阀门控制箱 BC-BC-.3737 4.74.7、电动闸阀、电动闸阀 MZ941H-100DN250MZ941H-100DN250.3737 结束语结束语.4040 参考文献参考文献 .3939 致谢致谢 .4040 2 序序 言言 高产、优质、安全、节能、省力，减少岗位人员，最终达到降低 成本，提高劳动生产率以获取最大利润是今后煤炭企业在竞争中生存 的基础，煤矿要发展、要生存，必须走安全、高产、高效、实现矿井 自动化之路，通过自动化建设实现减员增效、降低成本，提高劳动生 产率，而井下排水自动控制系统是煤矿自动化的一个重要组成部分。 实现井下排水系统的自动化控制： 第一、可依据水仓水位起停水泵，提高水泵有效利用率，降低成 本，节能增效。 第二、可减少看护人员，并可充实设备维护检修队伍，提高维护 质量，减少事故发生，变发生事故后的被动检修为主动的定期检修， 提高设备的使用率，实现减人增效。 第三、可以保证煤矿的安全生产，改善工作环境，提高劳动生产 率。 第四、可有效的保护水泵电机等设备，延长使用寿命，减少事故 停机时间，提高排水能力。 第五、可有效的提高突、透水事故的应急处理能力，防止灾害的 发生。 随着计算机控制技术及以微处理器为核心的可编程序控制器的普 遍应用，结合矿井排水系统的特点，在确保先进性与可靠性的基础上， 采用矿用本质安全型工业控制计算机庞大的软硬件资源，通过各种先 进可靠的传感器、保护装置、电动闸阀、电动球阀等设备组成矿井主 3 排水自动控制系统。该自动控制系统达到准确及时的掌握各种设备的 工作状态、减少排水系统操作人员工作量，降低劳动强度，结合水仓 水位变化充分提高煤矿井下主排水系统效率，使水泵排水系统能够安 全可靠、节能高效、经济合理的优化运行。对于进一步实现全矿井生 产系统的自动化、科学化、网络化管理具有十分重要的意义。 矿井下的涌水由井下各个岩层渗出水组成，涌水沿各巷道排水沟 流入水仓积存。井下水泵房排水系统是煤炭矿井的关键系统之一。本 方案从实际出发，在井下泵房配备一套适合于煤矿井下环境的自动控 制系统（简称系统） ，以实现排水自动化控制。 4 第第 1 章章 水泵控制系统概述水泵控制系统概述 1.1 水泵控制系统的组成（框图及工作原理）水泵控制系统的组成（框图及工作原理） JS J 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 D L 6 、 、 、 、 、 、 D L 1 D L 2 、 、 、 、 、 、 、 、 、 1 # K D K 87 # K D K 8 、 、 本 安 控 制 计 算 机 、 、 、 、 、 图 1-1 水泵系统与自动化平台连接 5 、 、 、 、 、 、 、 B KM 3SB3 KM 3 KM 3 FR 1 KM 1 KM 2 KM 2 FR 2 SQ A KM 3 SQ B FU 3 A SB1 SB2 KM 1 S Q C KM 2 S Q B 图 1-2 控制回路接线图 电器动作顺序表： 1、当水位在正常水位时，开关 SQB闭合KM1吸合M1工作 当水位到警戒水位时，开关 SQA、SQB闭合KM1吸合M1工 作 KM2吸合M2工 作 当水位到乏水位时，开关 SQC打开KM1断开M1停止 2、主泵需要检修时，按下 SB3KM3吸合SB3自保 KM1断开M1停止 KM2吸合M2工作 6 3、人工手动操作启动按钮 SB2，停止按钮 SB1 1.2 水泵基本参数 1、水泵 水泵型号： 水泵数量：7 台 流量：三趟总管路流量监测（每台总管路一台流量监测） 压力：6.4MPa10MPa 2、射流装置 射流装置型号： 射流装置数量：7 套 射流装置工作压力：-0.1MPa0.1MPa 3、阀门 电动闸阀数量：每台泵一台电动闸阀，共 7 台 电动球阀数量：每台泵两台电动球阀，共 14 台 1.3 技术要求 系统及设备符合国家相关标准和煤炭行业标准要求。井下硬件设 备需具有国家煤安标志、生产许可证和防爆合格证，满足防爆、防尘、 抗高温潮湿和电磁干扰的要求。 7 1.3.1 控制性能和方式 （1）系统对电动机和电动闸阀具有远控、就地自动、就地手动 三种工作方式。 （2）每台水泵可设置“运行” 、 “备用” 、 “检修”三种工作方式。 （3）系统能够自动判断水泵和排水管路的效率和累计运行时间, 对效率和累计运行时间超过规定的及时警示和提醒进行更换。 （4）在正常自动运行状态下，系统能根据吸水井水位、水位上 升速率等检测计算值判断矿井涌水量，自动控制开、关电动闸阀，启、 停水泵以及自动判断启、停台数；系统能根据给定的电力避峰填谷时 间段实现节能运行；系统能够根据轮换工作原则，自动实现水泵的轮 换运行，避免单台水泵长期运行导致故障。系统通过以上方式以安全 高效为基本原则达到自动化节能优化运行。 （5）系统要有当矿井发生突、透水等重大事故情况时的应急处 理程序，从而实现灾害情况下排水系统的抗灾型有序运行。 1.3.2 数据采集、逻辑运算、记录及显示、打印 （1）模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电压（开 关改造后实现） 、电流（开关改造后实现） 、电机定子及轴承温度、吸 8 水管真空度、排水管压力、流量等。数字量检测的数据主要有：手动、 自动控制方式，远程、就地控制方式，水泵启、停状态，水泵故障信 号，水泵电机启、停状态，各闸阀的工作状态与启、闭状态等。 （2）通过数据自动采集连续检测水仓水位，控制水泵的启停和 运行台数。 （3）可将系统的各种参数状态、故障及开停时间、水泵及管网 效率统计等信息记录到历史数据库中，并可分时间段统计查询。 （4）系统能够实时动态模拟显示系统的整体运行状态和设备检 测值，如水仓水位、水泵流量、排水管状态、电流、电压及电动机、 电动闸阀等的各种工况状态；可实时显示系统各设备的故障信息，并 按故障级别分别发出相应报警；系统具有水位、流量、电流、压力等 模拟量的实时及历史曲线显示。 （5）具备故障记录，历史数据查询、打印等功能。打印分人工 打印、自动打印、事故打印等。 1.3.3 保护功能 （1）超温保护：对于电动机内部预埋的三相定子及两端轴承的 Pt100 电阻信号，系统可直接接受该信号，当温度超过设定值和上升 速率超过规定时，应及时报警并退出运行。 （2）水泵起动保护：根据水泵起动时流量、压力、真空度等参 数自动判断水泵是否正常起动，非正常起动时能及时报警并顺序起动 下台水泵。 9 （3）当电机、水泵、电动闸阀、系统故障时，能及时发出告警 信息并在监视后台以声光、闪烁、推画面等显著警示，并显示故障情 况，警示工作人员修复。 1.3.4 通讯 系统通讯接口采用统一、标准的接口组件（具有以太网接口） ， 通讯协议采用标准、开放的协议，能够与整个矿井综合自动化信息系 统无缝连接。 1.3.5 有足够的升级冗余 系统的升级只是对 CPU 升级。由于新出的 CPU 和旧的 CPU 版 本号不同，会出现不兼容的现象。在 400H 冗余系列，需要升级的居 多，因为一主一备，有一个坏了，换新的 CPU，版本不同，同步通讯 就不能进行，所以必须对旧的 CPU 升级。升级很简单，拔出存储卡， 插入升级卡就可以升级了。 1.3.5 原控制系统存在的问题 在原来的控制系统由于是采用漂浮来控制水泵电机的运行与停止， 所以对于水位和储水量的控制不是很精准。 原控制回路里，人为控制的因素比较多，所以加重了人的劳动强 度。原控制回路系统中采用的开关设备较多，与电子产品相比，系统 的稳定性较差。 10 第 2 章 PLC 的选型 2.1 PLC 简介 2.1.1 PLC 基本概念 本世纪 60 年代,由于小型计算机的出现和大规模产生及多机群控 的发展,人们曾试图用小行计算机来实现工业控制,代替传统的继电接 触器控制.传统的继电接触器控制采用的是固定接线方式,一旦生产过 程有变动,就得重新设计线路连线安装不利于产品的更新换代.但利用 小型计算机实现工业控制价格昂贵,输入、输出电路不匹配，编程技 术复杂，因而没能推广和应用。 60 年代末期，美国汽车制造工业竞争激烈，为了适应生产工艺不 断更新的需要，在 1968 年美国通用汽车公司（GM）首先公开招标， 对控制系统提出的具体要求基本为： （1）它的继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单，成本 低； （2）它能把计算机的功能和继电器结合起来。但编程有比计算机 简单易学、操作方便 （3）系统通用性强。 11 其使用及维护非常方便简单 （1）硬件配置方便。PLC的硬件是专门生产厂家按照一定标准的 规格生产的,硬件可以按实际需要配置，到市场上可以方便的买到。 （2）安装方便。内部不需要接线和焊接，只需编写程序就可以 了。使用方便。接点的使用不受次数限制，内部器件可多到使用户不 感到有什么限制。只需考虑输入，输出点个数，这可由各种PLC类型 来控制。 （3）维护方便。PLC配备有很多监控提示信号，能检查出自身所 出故障，并随时显示给操作人员，能动态的监视控制程序的执行情况， 为现场的调试和维护提供了方便，而且接线少，维修时只需要换插入 式模块，维护方便。再次，它的运行稳定可靠。 PLC是专门为工业设计的。在设计和制造过程中采用了多层次抗 干扰和精选元件措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作， 运行的稳定性和可靠性较高。PLC是以集成电路为基本元件的电子设 备，内部处理不依赖于接点，元件的寿命几乎不用考虑。目前PLC的 整机平均无故障工作时间一般在 25 万小时。甚至更高。最后，它的 设计施工周期短。使用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成后， 现场施工和PLC程序设计可以同时进行，周期短，而且程序的调试和 修改都很方便。综上所述，可编程控制器在性能上均有继电器逻辑控 制，与微型计算机，单片机相比。它也是一种用于工业自动化控制的 理想工具。可编程控制器是计算机家族中的一员,是为工业控制应用 而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller),简称PLC,它主要用来代替继电器实 12 现逻辑控制。随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑 控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。但是为 了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆,所以将可编程控 制器简称PLC 2.1.2 PLC 基本结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与 微型计算机相同从结构上分，PLC 分为固定式和组合式(模块式) 两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源 等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按 照一定规则组合配置。 1.中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋 予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存 储器、I/O 以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。 当 PLC 投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态 和数据,并分别存入 I/O 映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户 程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后,最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装 置,如此循环运行,直到停止运行。 2.I/O 模块 13 PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输 出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为开关量输入(DI)，开关量输出 (DO)，模拟量输入(AI)，模拟量输出(AO)等模块。常用的 I/O 分类 如下： 1）开关量：按电压水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按 隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 2）模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA） 、电压 型（0-10V,0-5V, -10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 3）除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、脉冲等 模块。 按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大 数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数 限制。 3.存储器 1）存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 2）存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 4.电源模块 PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时， 有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。电源输入类型有：交流电源 （220VAC 或 110VAC） ，直流电源（常用的为 24VDC） 。 14 5.底板或机架 大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各 模块间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各 模块间的连接，使各模块构成一个整体。 2.1.3 PLC 的工作原理 PLC 投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、 用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫 描周期。在整个运行期间，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执 行上述三个阶段。 1.输入采样阶段 在输入采样阶段,PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数 据,并将它们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转 入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和 数据发生变化,I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。 因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周 期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。 2.用户程序执行和输出刷新阶段 在用户程序执行阶段,PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用 户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边 的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触 点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻 辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈 15 在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规 定的特殊功能指令。 在工业生产过程中有大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件 进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量 离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统 来实现的。 2.1.4 PLC 系统的其它设备 编程设备：编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可 缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC 所 控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器 PLC 一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充 当编程器。也就是我们系统的上位机。 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏 （或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机 （运行组态软件）充当人机界面非常普及。 2.1.5 PLC 的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管 理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著， 甚至有人提出“网络就是控制器”的观点说法。 PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上 16 位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整 体，实现分散集中控制。多数 PLC 具有 RS-232 接口，还有一些内 置有支持各自通信协议的接口。 2.1.6 PLC 软件系统及常用编程语言 PLC 软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包 括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序 语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软 件由 PLC 厂家提供 并已固化在 EPROM 中，不能直接存取和干预。用户程序是用户根 据现场控制要求，用 PLC 的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑 控制）用来实现各种控制。 标准语言梯形图语言是最常用的一种语言，它有以下特点： 1.它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、 串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。 2.梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是 PLC 输 入点接的开关也可以是 PLC 内部继电器的接点或内部寄存器、计数 器等的状态。 3.梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串 联。 4.内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载， 只能做中间结果供 CPU 内部使用。 5.PLC 是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫 描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序 17 中可以当做条件使用 2.2 PLC 的选择 2.2.1 控制系统设计的基本原则 1.最大限度的满足被控对象的控制要求。 2.在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用 和维护方便。保证控制系统安全可靠。 3.考虑到生产的发展和工艺的改进在选择 PLC 容量时应适当留有 余量。 2.2.2 S7-300 的基本性能 SIMATlC S7-300 是一种模块化的小型 PLC 系统,其优越的性能 价格比,使之成为中小规模控制系统理想的选择。 1.多种规格的处理器,系统采用独特的导轨安装; 2.高速的指令处理,可满足快速程序控制要求; 3.浮点数运算,可有效地实现更为复杂的数学运算; 4.CPU 内集 MPI 接口,多种通讯模块能用来连接 AS 一 I 接口、 PROFIBUS 和工业以太网总线系统; 5.具有时间/中断驱动、开环定位和 PlD 等高级控制功能; 6.I/O 模块采用前连接器方式,维修或更换十分方便; 7.系统自行组态,信号或通讯模块不受限制地随意安放; 8.具有满足高速计数、步进电机和伺服定位控制等特殊应用的 18 l/O 模块; 9.STEP7 编程语言具有大量的以 STEP5 为基础的指令集,使程序 的编制简单快捷。 2.2.3 S7-300 的基本组成 1.中央处理单元 (CPU) 各种 CPU 有各种不同的性能，例如，有的 CPU 上集成有输入/输出点，有的 CPU 上集成有 PROFIBUS-DP 通讯接口等。 2.信号模块 (SM) 用于数字量和模拟量输入/输出 3.通讯处理器 (CP) 用于连接网络和点对点连接 4.功能模块 (FM) 用于高速计数，定位操作 (开环或闭环定位) 和闭环控制。 5.负载电源模块 (PS) 用于将 SIMATIC S7-300 连接到 120/230 伏交流电源，或 24/48/60/110 伏直流电源。 6.接口模块 (IM) 用于多机架配置时连接主机架 (CR) 和扩展机架 (ER)。S7-300 通过分布式的主机架 (CR) 和 3 个扩展机架 (ER)，可以操作多达 32 个模块。运行时无需风扇。 7.S7-300 适用于通用领域： 19 高电磁兼容性和强抗振动，冲击性，使其具有最高的工业环境 适应性。 8.S7-300 有两种类型： 标准型 温度范围从 0到 60 环境条件扩展型 温度范围从 -25 到 +60 更强的耐受振动和污染特性。 2.2.4 S7-300 的通讯 这是一个经济而有效的解决方案；方便用户的 STEP7 的用户界 面提供了通讯组态功能，这使得组态非常容易、简单。 SIMATIC S7-300 具有多种不同的通讯接口。多种通讯处理器 用来连接 AS-I 接口、和工业以太网总线系统。串行通讯处理器用 来连接点到点的通讯系统 多点接口 (MPI) 集成在 CPU 中，用于同时连接编程器、PC 机、人机界面系统及其他 SIMATIC S7/M7/C7 等自动化控制系统。 CPU 支持下列通讯类型： 过程通讯 通过总线 (AS-I 或 PROFIBUS ) 对 I/O 模块周期寻址 (过程 映象交换) 数据通讯 在自动控制系统之间或人机界面 (HMI) 和几个自动控制系统 之间，数据通讯会周期地进行或被用户程序或功能块调用。 20 2.2.5 S7-300 的基本结构 1.DIN 标准导轨安装 只需简单地将模块钩在 DIN 标准的安装导轨上，转动到位， 然后用螺栓锁紧。 2.集成的背板总线 背板总线集成在模块上，模块通过总线连接器相连，总线连接 器插在机壳的背后。 3.更换模块简单并且不会弄错 更换模块时，只需松开安装螺钉。很简单地拔下已经接线的前 连接器。在连接器上的编码防止将已接线的连接器插到其他的模块 上。 4.可靠的接线端子 对于信号模块可以使用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子 5.TOP 连接 采用一个带螺钉或夹紧连接的 1 至 3 线系统进行预接线。或 者直接在信号模块上进行接线。 6.确定的安装深度 所有的端子和连接器都在模块上的凹槽内，并有端盖保护，因 此所有的模块都有相同的安装深度。 7.没有槽位的限制 信号模块和通讯处理模块可以不受限制地插到任何一个槽上， 系统自行组态。 21 第 3 章 水泵 PLC 控制设计 3.1 控制方案设计 3.1.1 设计原则及技术标准 电气设备的设计和制造符合以下标准： (1) IEC 标准（国际电工委员会） (2) ISO 标准（国际标准化组织） 。 (3) GB3836.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第 1 部分： 通用要求 (4) GB3836.2-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第 1 部分： 隔爆型“d” (5) GB3836.4-2000 爆炸性气体环境用电气设备第 1 部分：本 质安全型“” (6) GB4942.2 低压电器外壳防护等级 (7) MT209 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要 求 (8) 煤矿安全规程 （2007 版） 3.1.2 控制系统改造方案 目前井下泵房共有水泵主电机 7 台，每台具有不超过 4 路的 22 Pt100 温度信号输出，有 Pt100 在线监测仪表供显示 Pt100 温度用， 该仪表无信号输出； PBG23-6 QBG-180/6000R 、 1000KW 、 1000KW MM QBGZ-250/6QBGZ-250/6QBGZ-250/6 一拖二的软起动器与磁力起动器连接示意图 高爆开关（磁力起动器）8 台（其中一台作为进线电源用） ，型号： QBG-315/6S，生产厂商：常州武进矿用设备厂，该设备不具备电流、 电压信号输出功能；高压软起动器 3 台，其中两台软起动器每台拖动 两台磁力起动器，另一台软起动器拖动三台磁力起动器，软起动器型 23 号：QBG-180/6000R，生产厂商：唐山开诚，该设备不具备电流、电 压信号输出功能； 目前矿上某单位已采购三台矿用隔爆型高压起动电抗器对软起动 器进行改造，每台电抗器对应一台磁力起动器（对应一台电机） ，剩 余三台软起动器中的两台每台对应一台磁力起动器，另一台软起动器 对应两台磁力起动器。 由于电抗器为自动切换不需参与控制，因此电抗器+磁力起动器 方式，由矿上（使用单位）根据实际所需情况提供磁力起动器的控制 接点，由厂家对磁力起动器进行控制。各电器设备间连接由矿上（使 用单位）自己连接完成。 对于软起动器+磁力起动器方式，仍参考利用原有的唐山开诚 PLC 控制系统，由厂家控制接点与 PLC 控制系统中的就地控制箱开/ 停按钮并联进行控制。 若需要主排水泵电机电压、电流监测，由厂家可提供相关模块， 在条件允许的情况下由矿上（使用单位）对高压磁力起动器进行改造 并增加该模块来实现此功能。 3.2 控制系统组成 3.2.1 系统结构 上位机系统安装于地面集控室，向上通过环网及 WinCC 组态软件 自带的 OPC Server 软件接口向综合自动化平台提供实时数据，向下通 24 过环网及 OPC Client 与井下本安监控站进行实时通讯。 井下 KJD30 本安型监控站安装在泵房控制室内，完成控制现场各 传感器信息的采集与处理，通过高性能控制软件设定的自动控制流程 实现自动控制功能。 KDK8 多功能控制驱动器串接在一根总线上与 KJD30 本安监控站 通讯，KDK8 多功能控制驱动器具有手动/自动功能，手动方式下通过 其自身的转换开关实现单台水泵的起/停控制，两台 KDK8 可实现一 台水泵的手动控制，自动方式下接收 KJD30 本安监控站下发的控制命 令实现多台水泵的自动控制。现场的各种返回信号（高爆开关、电动 闸阀等返回点）接入 KDK8 的开入口转换为总线信号送给 KJD30 本 安监控站。 25 KXBC -15/660 、 380、 DZ 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 KC C 2-5 Pt100 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 KC C 2 、 、 、 、 、 、 、 、 1KD K82KD K83KD K8 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 1#、 、 、 、3#、 、 、 、 2#、 、 、 、 系统结构 框图 KCC2 本安型智能 I/O 接口也挂接在总线上，它将现场的各 种模拟量信号或开关量信号转换为总线信号送给 KJD30 本安监控站。 26 3.2.2 地面上位机部分 上位机部分由：一台工控机及 WinCC 组态软件组成，用以实现 水泵控制系统的地面监控与数据上传功能。 该上位机将通过目前准备建设的矿井网络系统将信息上传至全矿 井综合自动化平台，全矿井综合自动化平台对相关信息数据进行整合 分析后在 WEB 网页上发布，使管理人员能够及时掌握系统安全运行 状况。 全矿井网络系统及全矿井软件平台部分建成后可实现泵房监控系 统信号上传，全矿井网络系统必须在一水平泵房内设置网络交换机， 并留有本安型以太网电接口，地面上位机处 50 米内留有矿井网络以 太网电接口。以上涉及到的网络部分由网络系统厂家负责其交换机部 分的接入及调试工作。 3.2.3 井下泵房监控站部分 2 台 KJD30 矿用本安型工业控制计算机、8 台 KDK8 矿用多功能 控制驱动器、多台 KCC2 智能 I/O 接口、KDW15A 电源箱及各种本安 传感器。 各监控站除实现单台/多台水泵的手动/自动控制功能外，同时具 备完善的水位、压力、流量、温度等的监测保护和声光报警功能。 监控站具备本安型以太网接口和国际标准的 OPC 软件接口，可 就近接入井下环网交换机，无需任何设置非常方便的将信息上传至地 面上位机。 27 3.2.4 传感器部分 系统传感器有：KGU9 矿用本安型水位传感器、LCZ-803 型超声 流量传感器、本安压力传感器、本安真空压力传感器。 3.3 系统功能 3.3.1 控制功能 根据水仓水位自动开启、停止水泵的运转，对运行中的各种状态 参数进行实时监控，同时通过接口将数据上传至地面服务器。 1）根据所监测的水位信号，可设定出低水位、高水位和上限水 位信号及危险水位等多个级别的水位信号。低水位时停泵；高水位时 水泵运行；上限水位时备用水泵同时运行；危险水位时起动水泵全部 运行；依次类推。同时根据水位变化计算涌水量，当涌水量增大或突 变时起动水泵运行，以减少突水事故的发生。 2）每台水泵可设置“运行” 、 “备用” 、 “检修”三种工作方式， 该方式可直接通过本安计算机进行设定。 A、水泵系统采用射流泵抽真空上水方式起动： 当水位达到高位将自动打开射流泵入水管路阀门。 同时打开射流泵真空管路阀门，当射流泵入水管路的水进入射流 泵后将变成高压水经射流泵出水管路流出，此高压水会将射流泵真空 管路里的空气带走，射流泵真空管路是与水泵及水泵上水管路相通， 所以经过一定时间后水泵上水管路及水泵内就形成了相对的真空，此 28 时真空压力表输出信号。 系统接收到真空压力表的信号后将自动起动水泵电机，同时关闭 射流泵真空管路及射流泵入水管路阀门，阀门关闭后打开水泵出水管 路电动闸阀进行排水。 若电动闸阀打开后一定时间内水泵压力未达到设定值（一般是因 为水泵或上水管路漏气导致）系统将会自动停止水泵运行并关闭电动 闸阀同时报警。 B、水泵系统停止运行： 当水仓水位达到低位时将先自动关闭排水管路电动闸阀，电动闸 阀关闭到位后（若一定时间内未关到位则按故障方式停止）停止水泵 电机。 C、系统设置低限水