煤矿井下皮带巷及回风巷智能排水系统设计

中文题目：煤矿井下皮带巷及回风巷智能排水系统设计外文题目：DESIGNOFCOALMINEBELTROADWAYANDRETURNAIRROADWAYINTELLIGENTDRAINAGESYSTEM毕业设计（论文）共75页（其中：外文文献及译文11页）图纸共1张完成日期2015年6月答辩日期2015年6月摘要因为目前的煤炭井下排水的自动化程度不高,本设计从实际的角度出发,对于目前排水系统的不足,做出有效的提升.对于皮带巷和回风巷中的特殊积水类型,本设计有针对性的处理方法,来解决其特殊的排水问题,本设计的重要目的是为了更加简单,更加快速,更加安全的处理井下的排水问题.提高井下排水的效率并且增加井下工作的安全系数,使井下排水的智能化程度有所提高,实现我们煤矿井下排水智能化.优化了煤炭井下排水的操作,使其操作更加的简单,更加的系统化,杜绝了多余的动作,减少了人工的浪费。在本设计中首先对于煤矿井下的排水系统以及设备进行可简单的描述，而后对于传感器和PLC选型进行了介绍，最后对PLC的软件进行了设计，并且制定了智能排水的基本原则并且通过多种的传感器例如水位传感器、压力传感器、流量传感器以及温度传感器。在本设计中可以实现自动、半自动和手动控制操作方式。并且在本设计中简单的模拟煤矿井下巷道排水情况，而且由于考虑到水泵的故障或者其他的原因导致水泵的停止运作，所以在本设计中增加了水泵轮转功能和水泵的自动转换功能。有根据了避峰就谷原则来控制水泵的排水时间。考虑到设计的实用性和经济性，在本设计中选用了S7-200型系列PLC，S7-200系列PLC结构比较简单，运用比较广泛。并且选用了CPU226，这样对于系统中的数字量输入输出点位，都可以达到要求。而且S7-200比较稳定。关键词：S7-200；PLC；井下排水AbstractBecausetheautomationofcoalminedrainageisnothigh,thedesignfromthepracticalpointofview,thecurrentlackofdrainagesystem,makeeffectiveimprovement.Forthespecialtypeofwatertunnelandreturnairwaybelt,thedesignofatargetedapproach,tosolvethespecialproblemofdrainage,importantpurposethisdesignisforamoresimple,faster,moresecureminedrainageproblems.Toimprovetheefficiencyoftheundergrounddrainageandincreasethesafetyfactorofundergroundwork,theintelligentdegreeoftheundergrounddrainagehasimproved,werealizethecoalminedrainage.Theintelligentoptimizationofcoalminedrainageoperation,maketheoperationmore.Simple,moresystematic,eliminatethesuperfluousaction,reducethewaste.Inthisdesignfirstforcoalminedrainagesystemandequipmentofcanbesimplydescribed,thenthesensorandtheselectionofPLCareintroduced.Atlast,thepapergivesthedesignofthePLCsoftware,andtodevelopthebasicprinciplesofintelligentdrainageandthroughavarietyofsensorssuchaswaterlevelsensor,apressuresensor,aflowsensorandtemperaturesensor.Inthisdesigncanrealizeautomatic,semi-automaticandmanualcontroloperationmode.Andinthedesignofsimplesimulationofcoalmineundergroundroadwaydrainageandduetotakingintoaccountthepumpfailureorotherreasonscausedthepumptostopoperation,sointhedesignofincreasedpumprotarypumpfunctionandautomaticconversionfunction.Accordingtotheprincipleofthevalleytothevalleyprincipletocontrolthepumpdrainagetime.Consideringthepracticalityandeconomyofthedesign,theS7-200seriesPLCischoseninthedesign,andtheS7-200seriesPLCstructureissimple,anditiswidelyused..AndCPU226,sothatthenumberofdigitalinputandoutputpointcanbeachieved.AndS7-200isrelativelystable.Keywords:S7-200;PLC;undergrounddrainage

目录TOC\o"1-3"\h\u277431绪论 135971.1目的 1236671.2目前国内外发展现状 2319671.3设计内容 2181611.3.1煤炭井下回风巷和皮带巷涌水特点 2154002煤矿井下排水系统组成 486862.1水泵房 485212.2水仓 4200652.3水泵机组 4199872.4离心式水泵排水系统工作原理 4162322.4.1滤水器和底阀 4152602.4.2闸阀 5107092.4.3逆止阀 5297902.4.4灌引水漏斗、放气栓和旁通管 5235732.4.5压力表和真空表 5312772.4.6射流泵或真空泵 5242232.4.7离心式水泵的启动与停机过程 6311792.5井下排水存在的问题 61712.6排水系统的总体控制要求 733422.6.1水泵的自动轮换原则 7180022.6.2避峰填谷原则 7314762.6.3排水系统的保护原则 822253排水系统传感器选择 9137573.1涌水点水水位的检测 9246403.1.1液位传感器介绍 9282683.1.2投入式液位传感器 10293693.1.3两种液位传感器的比较 1044993.1.4水位检测装置的选择 11187433.2电机及水泵温度检测 11244193.3水泵压力检测 12144713.3.1HS-956系列薄膜压力变送器 1285303.4水泵流量监测 13298843.4.1流量监测仪器的安装位置 13209483.4.2流量检测传感器 13293023.5水泵负压检测 14284134排水设备的选型设计 1529644.1控制系统硬件设计 15140794.2引水设备 15189684.3自动阀门 16179004.4高压开关柜 1750015控制系统的软件设计 2015625.1PLC的软件设计 20295.2PLC的主要特点 20125755.2.1PLC的特点 21175145.2.2PLC的主要功能 22197805.3PLC基本工作原理 2324225.4PLC地址分配和实现控制功能 24132675.5PLC的选型设计 27118605.5.1存储器容量选择 28201545.5.2响应速度 2819785.6S7--200PLC的基本组成 29287555.7地址分配 3254245.8控制系统软件 36323335.8.1水泵的自动开启、运行、停止故障保护流程图 3783925.8.2水泵和排水管路的轮换工作的实现 37125615.8.3涌水坑水位监测和“避峰就谷”的实现 3895975.8.4不同模式下的水泵控制方式的选择 39294605.9设计要求 40311505.10设计梯形图 4120375.11控制系统的抗干扰措施 50261926结论 528542致谢 5322729参考文献 5430709附录A译文 5530709附录B外文文献 601绪论井下排水系统是煤矿井下主要的系统之一，是负责着井下排水的任务，在井下的开采中，由于地下水的渗透和雨水的渗透，会有大量的水昼夜不停的汇集于井下。井下的涌水量跟季节和当地的地理环境有很大的关系，而且假如施工不当，使得地下水层遭到破坏，会使地下水大量地涌入煤矿井下的巷道中，如果这出现样的情况会是十分危险的。国内煤矿井下目前大部分都是采用传统的人工检测系统，但是这种检测控制方法效率十分的低，并且人工的劳动强度大，可靠性低。不足满足目前煤矿的发展和生产安全需要。本设计主要使用水泵压力传感器、水泵流量传感器、液位传感器以及各种传感设备对水泵的压力、流量电机温度进行监控，智能的进行数据采集，这样使得故障和事故能更早的被发现，使得问题更加快速的进行处理，可靠性更高，使得井下的生产安全系数更高。1.1目的煤炭行业是我国的支柱产业随着煤炭行业高产高效的发展,我国目前的井下排水系统的结构还不够智能,井下的排水系统关系到矿井的生产和安全，一旦矿井排水系统出现了故障,不仅对矿井生产产生了影响,甚至会影响井下工人的生命财产的安全,所以说排水系统担负着十分重要的作用,其可靠性关系到生产安全和人身安全。煤矿井下的排水系统是井下重要系统之一，在目前的井下，平均的排水量是十分大的，所以说排水系统不光要做到智能而且还要考虑到工作性能与设备系统的可行性，做到更加有效的排水并且做到更加经济可靠，但是目前很多矿用水泵仍然普遍使用很传统的设备和系统,这种系统的自动化程度比较低,对于一些突发的情况处理上会有很大的问题,例如处理的时间比较长,反应比较缓慢,有很大的安全隐患,是我们目前有待解决的重要问题。煤矿井下排水泵作为井下排水的重要设备,它运行电压高,功率大,运转情况比较复杂,所以工人对其进行实时监测非常的困难,并且在水泵的启动,涌水点水位变化的检测,泵房内设备的运行情况检查,基本还是采用人工检测模式,操作过程复杂,消耗人工多,目前的井下排水系统的模式简单,硬件设备落后,有时不能进行实时的监控和控制,而且对于水泵电机的温度,电流,电压以及水泵的流量,压力,水位等数据不能实时处理.我国的检测还处于摸索阶段,系统还不够完善.没有很好的水位传感器的产品,传感器产品十分容易受到井下环境的影响,事故因此而发生。1.2目前国内外发展现状在国外，矿井排水系统技术发展的比较迅速，许许多多的井下排水的控制系统都非常的成功，并且在井下的使用十分的广泛。例如德国基于GEMATI2900的煤矿排水监控设备，以及美国在HONEYWELL公司研究的煤矿排水监控系统等。虽然许多的地方和国家在煤炭井下排水的自动化建设上没有太深的研究，但是在井下的排水系统的研究进程上已经走上了高速发展的道路上，在许多的方面很多国家与地方已经实现了在中央的排水控制室中就可以控制和检测煤矿井下的排水网络。对于井下的排水进行实时检测与控制。近年来，在我国的煤矿行业处于一个迅猛发展的时代，在井下排水系统的研究越来越多，在对于系统的实现上也迈出了坚实的步伐。对于我国排水系统的智能化做出了很大的贡献，而且我国的井下排水智能化越来越形成规模，这样我国的井下排水系统控制发面进行了很大的优化。国内对井下排水研究的并不多。我国煤炭储量世界第一，国内有很多的煤矿需要高效率的排水系统，因此我们对智能排水系统的研究意义重大。在煤炭井下排水系统是一个十分重要的系统之一，如果想要在煤炭行业取得进步，在排水的发展上必须十分的重视，因为目前的使用人工检测控制巷道的排水系统已经过时了，如果不进行对于排水的更新和革命，煤炭行业将会走入发展的瓶颈。随着世界智能化的发展，各个行业都迈入了新的时代，那就是信息时代，人们的人均GDP实现的大幅度的提高，生产效率的大幅度提升使得人工操作的效率已经达不到我们现在工作效率的要求。这时新的系统横空出世使得排水的智能化逐步的实现。新的智能系统可以实现对于排水点的水位监测以及水泵的电机的参数监测，使得排水系统的各个方面都实时的处于系统的监测下。实现我们需要的智能化。目前煤矿井下水泵监控采用PLC+变送器实现的，主要检测的对象包括：水泵的电机温度以及电机开启和关闭、涌水点的水位、水泵的流量监控、水泵的电流和电压、水泵内压力的检测1.3设计内容1.3.1煤炭井下回风巷和皮带巷涌水特点煤炭井下回风巷和皮带巷涌水特点主要包括以下几种涌水情况：透水、突水、涌水,这些情况对于井下的工作有巨大影响。在煤炭井下中积水主要分为几种，在采掘工作面中的涌水被称为矿井充水，在巷道中的积水被称为矿井水。矿井充水形式:渗入、滴入、淋入、流入、涌入和溃入等等。当涌入溃入井巷的水量大、来势猛时,称为突水。矿井透水：在煤炭井下的积水存在于工作面中时，积水形式主要是由于积水通过岩层的渗透进入到巷道中，使得巷道中的积水过多导致水充满巷道对于生产和人员的安全造成威胁。矿井突水:大量地下水突然集中涌入井巷的现象。掘进或采矿过程中当巷道揭穿导水断裂、富水溶洞、老窑积水,地下水大量突然涌入矿山井巷的现象。涌水坑水位设计按坑内积水考虑当天排完。排水坑排水大多使用离心式排水泵，一般规定排水泵的排水量为涌水点涌水量的1.5到2倍之间。

2煤矿井下排水系统组成本节对煤矿井下排水系统做了大概性的介绍，井下排水系统大致分为几个部分：水泵房、水仓、排水管道和水泵。2.1水泵房水泵房是设备库，水泵房是装备矿井主要设备的机房，机房内要求具有良好的通风、照明和干燥系统，便于机器维护和维修，使机房时刻处于安全的状态，是排水系统的重要组成部分。2.2水仓水仓由主仓和副仓组成。对于水仓的位置选择，基本的原则是一般选择在巷道或者在井底车场的最低位置，水仓必须与吸水井有可通过通道。水仓的主要作用不仅仅是积水的储存位置而且还是对于积水中的泥沙和各种可沉淀物的沉积位置，水仓同时也具备对于积水的清理作用，也是本设计中水泵排水的终点位置。2.3水泵机组煤矿井下排水的主要设备就是排水泵，没有排水泵排水是不能进行的，在一般的设计中水泵一般有工作水泵和如果工作水泵出现了问题有必要设计一个备用水泵，其中水泵的工作能力应该在20小时内能排出24小时的涌水量，而且备用的水泵应有工作水泵的70%的排水能力。2.4离心式水泵排水系统工作原理以下是简单的介绍所使用的水泵原理，煤矿井下的排水系统一般采用离心水泵，离心式水泵的排水量和排水效率都很高，负责井下主要的排水任务。但是在生产中有可能出现一些排水量不是很大，水位比较浅的位置也会使用潜水泵进行排水工作。2.4.1滤水器和底阀滤水器的作用顾名思义，就是防止积水中的淤泥和砂石通过吸水管吸入进入到水泵中，加快了对于水泵的磨损和消耗，甚至有可能使得水泵的堵塞，使得水泵不能继续工作，而底阀的作用是使得在吸水管的引水不会大量的泄露掉，保证了水泵在停泵状态的安全，并且可以提高排水的效率，减缓腐蚀。而使用的是射流泵或真空泵，来给水泵和吸水泵注水。2.4.2闸阀在靠近水泵排水管上方的排水管路上安装调节闸阀，其作用为：1调节水泵的流量和扬程；2在起动过程中将它完全的关闭，可以降低起动电流。调节闸阀在正常工作和使用中，它受到的阻力比较小，可以十分简单的调节水泵的排水能力，在闸阀安装时没有方向性的限制。但是由于其表面是密封面，对于检修的能力是十分大的考验，并且价格较贵。2.4.3逆止阀在调节闸阀的上方位置安装逆止阀，逆止阀的主要作用是当水泵发生故障时，水泵停止工作，或者在闸阀尚未关闭的时候，水泵停止工作时能实现水流的切断，避免水泵收到积水的大力冲击，使得水泵无法继续工作。2.4.4灌引水漏斗、放气栓和旁通管引水漏斗主要的作用是在水泵的引水过程中，使得水泵中空气排出。当有积水存在于排水管中，这是就可以使用旁通管对水泵进行引水工作，操作的流程，首先要把旁通管中的开关阀门打开，并且旁通管可以对于压力水中的杂物进行冲刷掉，但是与此同时，使用链条或者铁丝将底阀提起。2.4.5压力表和真空表压力表安装位置在排水泵的排水管上，是为了检测水管中的水压大小。在一般的情况下普通的弹簧管压力表就是我们大多使用的压力表，按照压力表的结构可以分为轴向带边和径向无边以及向带边。表的公称直径有5中分为60、100、150、200和250mm。在压力表上显示的数值要比绝对大气压小一个大气压。在吸水管上安装真空表，真空度是通过压力表检测。大体真空表与压力表的种类一样，公称直径也与压力表一样。2.4.6射流泵或真空泵在离心水泵启动之前，首先要使用射流泵或者是真空泵将吸水管和水泵的腔内注满水，而后才能实现水泵的工作。如果水泵在工作之前没有使用射流泵或者真空泵对吸水管进行注水，就会出现“干烧”现象，导致水泵的工作寿命大幅度降低。特别是在排水系统中没有底阀装置，射流泵在每次水泵启动的时候都会工作，水泵注满水后水泵继续启动。在我国的煤矿井下目前还是处于非常简单的操作系统状态，这种非常传统简单的系统主要是以离心式水泵为主要的排水设备，水泵是排水系统主力排水设备，其他的设备是围绕着水泵展开工作的。泵站的启停完全是由工人的自己的工作经验。当涌水点的水位处于高水位时需要排水时，凭借工人的经验来确定是否需要开启排水泵，如果需要开启水泵，工人就会开启射流泵给水泵注水，真空度达到要求时，启动水泵后水泵开始工作，开启闸阀后，水泵开始排水。而后关闭射流泵。停泵过程操作相反。2.4.7离心式水泵的启动与停机过程排水时水泵启动与停机主要是依靠由水坑的水位高低、水泵的温度、压力、以及电流传感器所传送来的参数来决定水泵的开启以及水泵的停机，水泵的停机与启动可以分为远程PLC控制和手动控制，可以根据所使用的条件选择要使用的方式，当涌水点的水位过高时，传感器传送来水位高的信号，控制PLC决定手动自动模式，启动水泵后，实时监测水泵的各种参数，如果出现故障，进行手动或者自动的控制水泵的关闭。2.5井下排水存在的问题（1）工作的效率很低。这种主要依靠人工排水系统，其可靠性并不高，需要工人按照经验和程序一步步地进行操作，对于水坑涌水量的判断，也只能依赖于工人经验。过程控制能力差，如果出现工人的错误判断或者错误的操作，可能会导致事故发生，人员和财产会招到损失。（2）需要人工较多。因为其排水系统大量需要人工的操作。尤其对于水泵的启停，和水泵布置都需要大量的人工，而且对于水泵出现的问题，回报速度慢，以及人工处理不迅速。这些问题都会降低排水系统的稳定性。针对于这些存在的问题，本设计主要着手解决这些问题，本设计是基于PLC控制的煤矿井下排水智能系统。使得排水系统的可靠性增强，依靠所设计的系统软件来实现，程序确定后，水泵机组，可以实现用所设计的程序来控制水泵开启以及关闭，并且把水泵机组的实时信息以及一些重要的安全系数传送到总控制台，管理人员即可在总控制台上来控制煤矿井下排水系统设备的实时参数和实时的工作状态，便可以十分方便的控制水泵，以及水泵机组的调动。减少了人工的多余动作，完成排水的智能化进程。（3）水锤现象水锤现象，也被称为水击现象，当液体的流速突然发生变化的时候，会导致水泵内压力的突然变化，压力的急剧的交替，从而升高和减少水力的冲击现象，如果发生水锤现象，水泵中的最高压力可以达到平时值得2倍。这样大的水力会对水泵造成巨大的冲击，导致设备的破坏。所以说一般的排水管中的积水流速不能大于3米每秒。如果在水泵正常的工作中，发生了水锤现象，那么水泵会发生严重的事故，例如水泵停止运作或者积水流出水泵等严重故障，会造成严重的人员财产损失。所以在水泵排水系统设计中，要非常重视消除水锤现象。为了避免出现水锤现象，一般采取以下措施：1.减少水锤发生可以试安装止回阀。2.可以通过安装一些泄压设备例如水锤消除器和安全阀等，并且在管路中安装压力传感器。在压力会突然变化的区域安装止回阀，这样也可以减少水锤现象的发生。2.6排水系统的总体控制要求2.6.1水泵的自动轮换原则为了防止工作水泵以及管路的故障突发的情况，所以必须要有备用的水泵或者电机进行准备，这时如果电机或者电气设备发生故障，这样会发生事故，更有可能影响煤矿井下的安全和生产的效率，所以我们有必要设计水泵的自动轮换工作功能。本设计设计其系统功能自动的通过传感器传输其运行参数，而后把必要的数据传输到中央控制台，并具有声光报警功能，可以使得人员得知事故的发生地点，同时可以更早的更换故障泵，使备用泵更加迅速的进行更换，以做到故障的早发现、早处理。2.6.2“避峰填谷”原则避峰就谷原则顾名思义，就是在供电的低谷期和一般时期尽可能的让水泵处于工作状态，保证涌水水位处于设定的低水位。而水泵在供电的高峰期尽量处于停泵的状态这样的工作方式就称为避峰就谷原则以便于在供电的高峰期，不会使得涌水点的积水过多，这样就可以增加巷道排水系统的排水效率，以便于排水系统更加的安全，更加的稳定。2.6.3排水系统的保护原则漏水保护：漏水保护是指当水泵开启后安装的真空度压力表显示的真空度未达到设定值时，那么这个水泵非常有可能存在故障，这时启用备用水泵，并派送人员进行检修。流量、压力的保护：在水泵开启以及工作中，通过流量和压力传感器传输的数据不能达到正常的工作值时，这时水泵内的压力没有达到预计的要求，那么水泵就必须要停止启动，并且开启备用水泵。超温保护：如果水泵的电机温度超过了我们设定的正常值得话，立刻停止正在运行的水泵，通过水泵的保护装置对水泵进行关闭水泵的运作，并启动下台水泵。过流保护：顾名思义，当电机或者主回路中的电流信号以及数据传输到PLC处理原件，传送来的数据大于我们设定值得话，启动停机装置并且检修水泵。当水泵发生以上的情况，系统就要通过故障的原因来手动的选择PLC的控制方式应该含有，水泵的自动控制、水泵的半自动控制以及水泵的手动控制，自动控制水泵是由传感器检测水位压力以及有关数据，PLC分析输送来的数据，以此为依据来控制水泵的启停，人工并不参与动作；当水泵的半自动工作方式开启时，由人工进行判断以及人工的选择开启或者关闭几台水泵，这时PLC并不停止进行工作，而是继续输入水泵的参数信息。而当手动模式开启时，水泵的控制完全有手动操控，有操作人员对水泵进行检修，依靠手工进行水泵的启停。这三种工作方式，应该并列存在，相辅相成，组成一套完整、智能、高效的排水系统。

3排水系统传感器选择3.1涌水点水水位的检测3.1.1液位传感器介绍超声波液位传感器超声波液位传感器位于两媒体对该接口利用超声波的反射特性。如果超声脉冲开始接收到的反射波到目前为止这个时间间隔是可以的距离和位置之间的接口计算，利用该方法可以对液位测量。根据发射机的功能和接收传感器，该传感器可分为单传感器和双传感器..单传感器发送和接收超声波的使用相同的传感器，当传感器发送和接收各传感器传感器。介绍了单传感器超声波传感器。超声波传感器原理如图(3-1)图3-1超声波传感器原理Figure3-1Theprinciplediagramoftheultrasonicsensors超声波传感器可以安装在涌水点睡眠的上方，这时超声波传感器的超声波发射器发射超声波，超声波到达涌水点积水表面后，再反弹回到换能器时间为（3-1）则（3-2）式中h—换能器距液面的距离c—超声波在介质中的传播速度。从（3-1）和（3-2）可以推算出超声波传感器的信息接收和回报的时间间隔。就可以求出需要测量的液位。超声波液位传感器具有精度高和使用时间长等特点但若液体中有气泡或液面发生波动便会产生较大的误差。在一般条件下使用它的测量误差只有±0.1%检测液位的范围为10−410m。本设计中采用的是Yjsonic系列的超声波液位计，超声波传感器的工作原理是通过传感器发射的超声波，返回来的模拟量转换成电信号，这样就可以通过我们之前所得到的超声波的时间间隔来推算出超声波传感器和涌水点液位之间的距离，这样就可以推算出涌水点的液位高度。工作特点：为了提高设备的稳定性，我们可以使用SMD技术，功率的自动调整，增益控制。先进的检测技术，丰富的软件功能能应付各种不同环境。为了提高我们设备的测量系统的重复性系数，我们应该使用新型的计算机技术例如新型的波形计算。具有干扰回波的抑制功能，保证测量数据的精确。设计中选用二线制输出型液位计,其参数如下量程：0、3、5、8、10、15、20m精度：0.25%盲区：0.3~0.5m温度：-20℃~+55℃电源：24VDC控制：无输出：4~20mA16位的D/A转换使得电流的输出分辨力有所提高，并且可以输送信息到PLC的CPU中。3.1.2投入式液位传感器首先把传感器的探测头投入到涌水点的积水中，然后通过水位高度造成的压强差来判断水位的高低，投入式液位传感器就是通过这原理制成的。3.1.3两种液位传感器的比较投入式液位传感器的特点在于：=1\*GB3①制造成本相对于超声波液位传感器较为便宜；②量程比较小一般为5到10米，但一般能满足测量水位的要求:；③如果在涌水点的积水中含有一些固体不溶物的话，会对传感器造成影响；④测量工作不被空气中的悬浮成分如粉尘、浓烟等的影响；超声波液位传感器的特点在于:①超声波传播会被空气中粉尘的影响；②超声波液位传感器的可测量的量程比投入式的传感器大；③超声波液位不会像投入式液位传感器比较易受介质的干扰；④制造成本比较高3.1.4水位检测装置的选择由于煤矿井下的排水系统重要的安全设施，而水位传感器是整个排水系统的重要部分。在理论情况下，如果同在一个涌水点的传感器，其中一个传感器发生了故障那么就需要安装一个备用的传感器。但是考虑的实际的情况以及对于成本的控制，本设计不多考虑理论使用，并且考虑成本和维修问题，每一个涌水坑使用一个投入式传感器。3.2电机及水泵温度检测对于水泵温度的监测，采用的是温度传感器，而一般的分为可以接触被测物体的类型和不可以接触被测物体的类型，而可以接触的类型，便是温度测量的基本形式。这种温度传感器具有结构简单，运行可靠，精度较高，稳定性好，价格低，等等优点，并在这种温度传感器的应用最为广泛的。非接触式温度传感器理论上无接触式温度传感器的测量滞后和高温，腐蚀，有毒的功率测量的应用范围，移动物体和液体和固体表面的温度，不影响测得的温度场，但测量精度低，所以，使用不方便。通过比较，宜选择接触式温度传感器来测量温度的。电机的温度和泵选择PT100温度传感器。PT100传感器随温度变化的铂电阻的使用，并给出了一定的功能特征温度,其温度/阻值对应关系为：（1）-200℃<t<0℃时，(3-1)（2）0℃≤t≤850℃时，(3-2)(3-1)式中A=3.90×10-3；B=-5.80×10-7；C=4.27×10-12。PT100温度传感器，通过传感器输入的信号是模拟信号，并且在传感器的使用过程中，是不必要在PLC显示的，主要收集，所以使用时只需要一个PT100温度传感器集成电路，PLC可以识别的是电信号，并不是电阻值，所以需要安装一个直流电源，来算出电阻值。直接对采集到的可变能量输入到PLC的性能，是一个独立的PT100温度传感器，电源24VDC，产生然后通过4-20mA电流电路板的4-20mA电流电压1-5V4-20mA电流功率。它可以是一个系列的电磁仪。Pt100温度传感器的主要技术参数如下测量范围-200℃~+850℃；允许偏差值△℃：A级±（0.15+0.002│t│）；B级±(0.30+0.005│t│）；最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；允通电流≤5mA。此外，PT100温度传感器具有抗振动，稳定性好，精度高，压力高的优点，等等。应用范围：气液两用型，可用于给水系统，液压，气动系统，冷却系统，加热系统，空调系统，自动化工程等。3.3水泵压力检测3.3.1HS-956系列薄膜压力变送器HS-956系列的薄膜压力的变送器是可以直接把压力的模拟信号转换成PLC可以识别的电信号，它可以分为两大部分组成，有意个薄膜压力传感器和一个信号转换器组成的，这样的设备就可以减少设备的安装，并且加快了信号的处理功能，本文中选择的该系列产品性能比较好技术比较先进斌并且在使用的体积占用比较少，而且维修比较方便，价格比较便宜，而且使用的稳定性比较好。HS-956系列薄膜压力变送器的使用特点：1、稳定性比较高，每年优于±0.1%；2、测量误差小，综合误差可小于±0.1%；3、温度范围宽，允许介质温度-40~125℃；4、温度漂移小，典型温漂±0.02%/℃；5、适应恶劣环境、耐温、耐腐、抗振动；6、适应性广：产品体积小、重量轻、无隔离膜片和中介液体；全不锈钢密封结构，不可动部件；可直接、任意安装。因此适应各种工业测量场合及介质。主要技术指标：1、介质：液体、气体或蒸汽；2、输出：两线制4~20mA.DC；3、量程：0.1，0.16，0.2，0.25，0.3，0.4，0.5，0.6，0.8，1，1.6，2，2.5，3，4，5，6MPA；4、电源：24V.DC无负载时可工作在12V.DC,最大电源电压36V.DC；5、负载范围：允许最小负载为零，最大负载RL=50（US-12）Ω。其中US为电源电压；6、过压：量程的120%；7、输出限制：变送器过压时，内部限流器输出电流限制在25mA以下；8、温度范围：敏感元件工作温度：50~125℃，电子部件工作温度-40~85℃；9、温度范围：0~99%相对温度。3.4水泵流量监测3.4.1流量监测仪器的安装位置水泵的流量与水泵出口的闸阀打开程度和排水口的压力将会影响电动机中的电流大小。所以说对于水泵的排水口的积水排出流量大小的监控，对于水泵的使用和我们智能系统的稳定性都有很大意义。本设计把水泵的流量传感器安装在水泵的出口的总管路中。3.4.2流量检测传感器1.电磁流量计的工作原理在一般的工作中使用的次数最多的就是电磁流量计，从1950以后，电磁流量计在我国的使用越来越广泛。电磁流量计和压力的变送器的组成部分大致一样，都是由一个传感器和一个流量信号转换器组成的，这样便可以把传感器接收的流量信号转换成电信号，这样PLC就能对电信号转换为PLC可以输出的信号，电磁流量传感器它是通过自身产生的均匀磁场，这样计算出通过的导电液体的体积，便可以计算出液体的流量，磁场的磁感线方向，电极的正负极连线和管道组成的三条线互相垂直。导电液体通过磁力传感器时这三条线方向便会产生相应的电动势，这样便可以推算出液体的流速。2.电磁流量计的特点（1）在被测物质中没有过于大或者突出的固体可以使用；（2）电磁流量计不易受其他环境因素影响；（3）测量范围宽，流速0.3-15m/s;实际上，其理论上管路中液体的流速范围是：2.46m/s-4.92m/s.结合电磁流量传感器的特点，煤矿井下水泵房采用电磁流量传感器检测水泵出口的流量是简单易行的。3流量计的要求随着工业生产技术的加强和进步，目前对于各种流量传感器的设计和制造都是十分的成熟，所以对于流量传感器的使用范围十分的广泛，可以用于各种环境下，并且可以测量多种液体，电磁流量计的基本参数:4--20mA信号输出型②可抗干扰性强、稳定性比较高、具有整体防爆③测量范围宽流速0.3-15m/s在实际的运用中，一般的排水泵管路中的流速在2.46m/s-4.92m/s。结合电磁流量传感器自身的特点煤矿井下水泵房采用电磁流量传感器检测水泵出口的流量是简单易行的。随着工业生产技术的加强和进步电磁流量计达到抗干扰性强、精度高、稳定性可靠、整体防爆的要求适合在煤矿井，随着流量传感器在自动排水系统的应用将大大提高整个系统的稳定性和安全性。3.5水泵负压检测NS-K型负压传感器采用先进的静电焊接技术形成稳定的参考腔可以用，来测量小于大气压的压力和真空度广泛用于石油、化工、冶金、制药冷冻、真空仪表等自动化行业。4排水设备的选型设计4.1控制系统硬件设计本自动供水系统由传感器检测、电动阀门控制系统、PLC电气控制系统和上位机监控系统四个部分组成。(1)传感器检测主要检测出模拟3个用水坑的水位做为PLC的输入，在上位机进行显示，控制6个水泵的起停。(2)电动阀门控制系统它控制6台排水泵电动阀门的打开与关闭。可以实现自动控制、半自动控制和手动控制。(3)PLC电气控制系统实现6台排水泵和6台真空射流泵的控制启停。4.2引水设备离心式水泵只有在泵壳内充满水的情况下允许启动，通常采用的方法是打开逆止阀旁通道上的截止阀，或注水电磁阀让排水管道中的压力水注入泵体，泵体内的空气从放气旋塞排出。这种方法要求水泵必须装设底阀。在排水过程中，底阀产生一定的水力损失使水泵的电耗增加、效率降低。为了取消底阀、增加吸水高度、便于自动控制，还可采用以下充水装置。一、用真空泵抽真空吸水在多台大泵集中排水的情况下，可设置两台真空泵专为大泵抽真空吸水。一般采用SZ型、SZB型、SZH型水环式真空泵。在本系统中采用的是SZ水环式真空泵。环式真空泵。其工作原理是以水泵中含有一定量的水，当叶片顺时针旋转时，水泵中含有的水被甩到水泵的周边，形成一个以水泵中心圆形水环，实际上叶片在水环内有一定的插入深度。在一般的工作情况下，为了提高效率一般可以同时使用2个真空泵对同一个排水泵抽气，而且可以实现故障轮转工作，真空泵与排水泵进水口相连，管路接头处要保证严密。由于真空泵在工作时会发热，及一部分工作液水环，随气体一起排走所以应不断地向真空泵补充清水。启动真空泵时，由清水水箱经管路6给真空泵补充清水。当真空表的读数达到要求时即可启动大水泵。二、利用射流喷管抽真空吸水在煤矿井下的排水设备一般包括离心水泵、电动机、真空表、压力表、滤水器、底阀、电动闸阀、逆止阀和引水设备,离心水泵只能在水泵腔内充满水后才能吸水。在一般的排水工作过程中，底阀正常工作过程中，会产生不小的水力损失，使耗电量增加，这样会使工作效率降低，如果长时间的持续这样的状态底阀会发生磨损，会发生水泵的漏水现象。于是，如果在管路比较狭小的环境下可以使用射流泵对水泵进行引水。三、真空泵与射流管的比较使用射流管抽真空吸水与使用真空泵一样，也能省去底阀提高水泵的效率及吸水高度，而且它具有结构简单，不占用泵房空间，维修量小等优点。它的主要缺点就是不能解决第一次启动前的充水，因为第一次启动之前，排水管中无存水，喷管无水源，除非向排水管注入足够的水否则必须保留一台水泵带有底阀。4.3自动阀门一、电动闸阀在管路的口径比较大的时候可以采用电动闸阀，一般使用的环境是口径大于50毫米的管路中，闸阀的主要功能是关闭或者启动设备，电动闸阀一般安装在排水泵的排水管路中，闸阀的特点：①开闭所需外力较小。②流体收到的阻力较小。③介质的流向不受限制。同时闸阀也有不足之处：①外形尺寸和开启高度都较大，安装所需空间较大。②在闸阀的开闭过程中，密封面的磨损比较大。③闸阀经过长时间的时候维修比较困难。设计中使用了Z2410/ZTX系列电动闸阀它是由多回转电动执行器与Z41/42闸阀组合在一起。主要技术参数及性能如表4-1所示。表4-1电动闸阀技术参数及性能Table4-1electricgatevalvetechnicalparametersandperformance公称直径mm25~800公称压力（Mpa）1.62.54.06.4连接标准法兰连接按JB/T79.1JB/T79.2标准阀体材料代号ZG230-450ZG1Cr18Ni7TiZG0Cr18Ni12M02Ti密封面材料代号HY适用介质水、蒸汽、油品等硝酸类腐蚀性介质醋酸类腐蚀性介质使用温度≦425≦550≦200二、电动球阀电动球阀在排水系统中的应用正好跟闸阀相对，在一般的排水系统中一般安装在口径比较小的管路中，因为其设计的结构比较的简单，维修起来也比较容易，在不适用闸阀的情况下可以广泛适用。我们选用了Q5100/TZX系列电动O型调节球阀。其使用的范围比较广泛，十分的使用于本次设计。主要技术参数及性能如表4-2所示。表4-2电动闸阀技术参数及性能Table4-2electricgatevalvetechnicalparametersandperformance公称直径1520253240506580100125150200250300350400公称压力1.66.4连接标准法兰连接按JB/T79.2JB/T79.2标准球芯转角90℃阀体材料ZG230~450ZG1Cr18Ni9TiZG9Cr18Ni12M02Ti适用温度-40~180（常温）-40~450（高温）执行机构DKJ-Ⅱ、Ⅲ型PSAUTOMATIONCMBHLNAR-KOSOUnic-Z电动执行机构输入信号0~10mA4~20mA1~5VDC4.4高压开关柜矿用高压开关柜因为不是防爆型电气设备,只能用于无瓦斯和煤尘突出、通风良好无爆炸危险的煤矿井下井底车场、大巷、中央变电所等场所。矿用高压开关柜工作条件为1.煤矿井下环境温度不能超过35℃。2.相对湿度不超过95±3。3.一般放置在倾斜程度不高的场所。本设计选用了GKW-1型矿用高压开关柜,额定电压设定为5KV,额定电流为5~400A。其骨架的结构用的角钢组成，可以防止积水的流入，信号灯安装在高压柜的正面，内部为内部操作室。装有脚踏按钮,操作屏上装有操作手柄、操作机构、辅助开关和端子板。后门和隔离开关之间有机械闭锁装置。隔离开关的操作机构与油开关的操作机构之间也有机械闭锁装置当隔离开关断开时油开关就不能合上，油开关合上时隔离开关就不能打开。保护板下面的小门打开就可以检查电压互感器和高压熔断器。小门与隔离开关之间也有机械闭锁装置，只有隔离开关断开才能打开小门，小门打开隔离开关就不能闭合，以防发生触电事故。高压柜的主要功能就是为了电机保持电力的输出，但是高压柜的启动不能自行开启，需采用串联电抗器或采用Y-D转换降压启动的方法来启动电机。而这个任务要由高压开关柜来完成。由于采用电抗器降压，在启动的开始阶段，由于功率因数低，在电抗器上的压降大。随着转速的增高，启动电流逐渐减小，且功率因数逐渐增高，其结果是使电抗器上的压降减小，电机上的端电压逐渐增高。这样在启动终了短接电抗器时，冲击电流会小些。电抗器降压启动的接线如图4-1所示。这样，当PLC发出一个水泵电机启动的命令给高压开关柜后，高压开关柜就会自动完成水泵电机的平稳启动了。图4-1电抗器降压启动的接线Figure4-1reactorstep-downstartingwiring4.5水泵的选型由于矿水污染严重以及井下的排水环境，应考虑选择MD型的耐磨泵，由于煤矿井下涌水点的流量一般在15~20m³/h，水泵流量在涌水量的1.2倍，可选用MD25-50×5型号卧式离心水泵。水泵的电机型号为,功率为37KW。4.6变频器的选型（4-1）式中：为变频器额定功率；为水泵额定功率。=1.05×37=38.85KW选用MM440变频器

5控制系统的软件设计5.1PLC的软件设计本设计选用的是西门子的S7-200系列，其编程语言是运用的STEP7编程语言，这时目前可运行与各种西门子S7-200系列的微机，将它通过计算机的串行口和一根PC/MPI转接电缆与PLC的MPI口相连,即可进行相互间的通信，在程序设计中可以使用梯形图，和语句表进行编辑，编辑完成的语句，可以直接传送到CPU中，进行对于输入输出的信息进行处理，并进行实时的监控，在软件设计之前，首先进行软件流程图的设计和地址的分配系统由PLC可编程逻辑控制器、触摸屏、检测部分模拟量和开关量其硬件结构如图5-1所示。图5-1PLC硬件结构图Figure5-1PLChardwarestructurediagram5.2PLC的主要特点PLC（ProgrammableLogicController）是一种逻辑控制系统，是一种数字量可运算和可操作的逻辑控制系统，可以把由传感器传送到PLC中的电流变化量转换成PL可控制的数字量，可以进行简单的四则运算，和对继电器的延时控制。运用的范围很广泛，在目前的各种电子工业中随处可见。5.2.1PLC的特点1)使用范围广泛在PLC中控制的大部分装置都是由继电器，是按照PLC外部接线图，连接而成的。如果因为工艺上少许变化需要改变电气控制系统时,原先整个电气控制系统将被全部拆除而重新进行布线、焊接、固定等工作耗费大量人力、物力、和时间。而PLC是通过在存储器中的程序实现控制功能若控制功能需要改变,只需修改程序及少量接线即可。而且同一台PLC还可用于不同控制对象通过改变软件则可实现不同控制的控制要求。因此PLC具有很大的灵活性和通用性,结构形式多样化可以适用于各种不同规模、不同工业控制要求。2)PLC的使用稳定性比较高在一般的工业使用中，系统的稳定性是十分重要的，系统的要能在各种复杂的环境下，也要保持十分高的稳定性，不容易被不良的环境所影响，所以说在复杂的环境下PLC的使用率十分的高，比较其他电子控制系统，其稳定性是十分值得肯定的。3)编程简单、使用方便PLC所使用的语言十分适合读取，非常有直观，十分适合编程和程序的修改，使用起来十分简单。这种面向控制过程、面向问题的编程方式与汇编语言相比虽然增加了解释程序和程序执行时间,但对大多数机电控制设备来说PLC的控制速度还是足够快的。4)接线简单PLC只需将输入设备(如按钮、开关等)与输入端子联接将输出设备(如接触器、电磁阀等)与输出端子联接,接线方式简单易懂、需要连接的工作量少。5)功能性强PLC不仅仅能对输入量进行处理和监控，还可以对电机或者开关进行控制，可控制简单系统又可控制复杂系统。6)体积小，占用空间小PLC的占用空间的极小，可操作性十分强，因而使用环境十分广泛,以及有很强的可靠性和抗干扰能力易于嵌入机械设备内部。因此PLC在机电一体化产品中被广泛应用。5.2.2PLC的主要功能PLC对于目前工业发展和工业自动化的进程有很大的促进性作用，在制造业有着十分重要的地位，不仅仅是简简单单的控制电机的启停和继电器的启停。PLC系统可以实现一下功能：1.可以实现多种控制功能2.数据采集、存储与处理功能3.通信联网功能4.输入/输出接口调理功能5.人机界面功能6.编程、调试功能1)控制功能逻辑控制：PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能可以代替继电器进行开关量控制。定时控制：可以通过设置电子定时器，可以实现系统的延时的功能，或者定时开启关闭功能。计数控制：可以实现数字量的加减功能。顺序控制：在前道工序完成之后就转入下一道工序使一台PLC可作为多部步进控制器使用。2)数据采集、存储与处理功能数学运算功能包括:1.基本算术:简单的四则运算。2.扩展算术:高等的数学计算例如平方根。3.比较数值:大于、小于和等于。4.数据处理:选择、组织、规格化、移动和先入先出。5.模拟数据处理:包括PID、积分和滤波。3)输入/输出接口调理功能具有A/D.D/A转换功能通过I/O模块完成对模拟量的控制。一般为对于电阻或者温度的控制4)人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用以便作决策和调整。实现人机界面功能的手段:从基层的操作者屏幕文字显示到单机的CRT显示与键盘操作和用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。5)编程、调试等可以使用简单的编程设备对PLC系统进行简单的编程，或者调试。5.3PLC基本工作原理PLC系统分为四大部分有故障的诊断和信号的处理以及现场操作，以及现场的输入输出的操作。与其它计算机系统一样PLC的CPU是采用分时操作的原理每一时刻执行一个操作随着时间的延伸一个动作接一个动作进行运行，程序是运用大量的PLC指令来进行组成的，CPU自动有首条指令组成的程序，一直最后一条程序运行完成，PLC重复的进行对于程序的运行，PLC的自检时PLC每次运行前必须要运行的程序。PLC进行清零或复位处理消除各元件状态的随机性检查I/O单元连接是否正确启动监控定时器T0执行一段涉及到各种指令和内存单元的程序,如果所用的时间不超过T0则可证实自身完好否则系统关闭。此后将监控定时器T0复位允许扫描用户程序。1、公共操作公共操作是在每次扫描程序前进行自检若发现故障除了故障灯外,还可判断故障性质一般性故障只报警不停机等待处理严重故障则,停止运行用户程序此时PLC切断一切输出联系。2、数据I/O操作I/O口分为两种操作，其中一个是信号的采样输入，输入的信号由PLC输入到I/O口存储器中，第二种便是输出口，是PLC对于控制的电路的输出信号，在PLC中有I/O口专用的存储器,对应于这种为了I/O口所存在的数据区，我们称之为输入映像存储器。当CPU采样时输入信号,由缓冲区进入映像区这就是数据输入状态刷新,同样道理CPU不能直接驱动负载。处理之后的结果存放在输出存储器区内,每当输出程序执行结束后,才将输出映像区的内容通过锁存器输出到端子上。这步操作称为输出状态刷新。3、执行用户程序操作复位监控定时器T1在程序执行前即开始程序并开始运行。监控定时器T1是系统的监控装置，它可以实时的监测系统的状态是否进行顺利,T1的设定值是执行完用户程序所用的时间的极限值,执行完用户程序后立即使监控定时器T1复位表示程序执行正常。当程序执行过程中因某种干扰使扫描失控或进入死循环时监控定时器T1会发出超时报警信号使程序重新开始执行。如果造成超时的原因并不是由于真正的故障，而是偶然的现象，而后系统便会继续运行，不会受到影响，但是如果超时的原因是因为系统的故障，便会立刻停止程序的运行，并且停止对外控制，并输出故障信号。4、处理外设请求操作每次执行完用户程序后就进入服务外设请求命令的操作外设的请求命令包括操作人员的介入和硬件设备的中断。外设请求一般不会影响系统正常工作,而且可能更有利于系统的控制和管理。如果没有外设请求系统则会自动循环地扫描进行。5.4PLC地址分配和实现控制功能从系统的控制功能上来说，应具备以下七大功能：1、数据自动采集与检测数据自动采集与检测主要分为两类,模拟量数据和数字量数据。模拟量检测的数据主要有涌水坑水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、水泵的流量、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力数字量检测的数据主要有水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动闸阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电动球阀状态。数据自动采集主要由PLC实现，PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测涌水点水位，将水位变化信号进行转换处理，计算出单位时间内不同水位段，水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量控制排水泵的启停。影响水位的因素主要来自两方而:一是水位计故障(如遭受杂物撞击)、二是水位信号受干扰(如水波动较大)。对于前一个因素采用双水位计在水仓中设置两个同样的水位计，PLC同时对两个水位计取样。如果两路信号相差大于0.15m时系统报警，要求值班人员进行检查，而对于信号干扰，则采用软件过滤，只有当信号在某一值附近稳定足够时间，且回差足够小时才作为控制量使用，防止了因干扰而泞致机组误动的情况。在数据采集过程中，模拟量信号的处理是将模拟信号变换成数字信号，A/D转换，其变换速度由采样定律确定。一般情况下，采样频率应为模拟信号中最高频率成分的2倍以上，这样经A/D变换的精度可完全恢复到原来的模拟信号精度。A/D变换的精度取决于A/D变换器的位数。PLC所采用的A/D模块均以积分方式变换，可使输入信号的尖峰噪音和感应噪声平均化，适用于噪音严重的工业场所。2、自动轮换工作因前文已经概括其工作内容，以下总要叙述其如何实现其功能，为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了2台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当某台泵或所属阀门故障、某趟管路漏水时，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产的目的。3、“避峰填谷”所谓“避峰填谷”，是指调度水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段工作，尽量避免在“峰段”启动。前文已提及其具体原则，故不再叙述。运用PLC进行远程调控，尽可能的使更多的水泵在“谷段”和“平段”时间段工作，并且随时观察涌水点的水位，尽可能的安全调控水泵的开启或关闭。4、系统保护功能因前文已经简要的概括其内容便不具体解释。超温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC实现超限报警。流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本台水泵停车，自动转换为启动另一台水泵。电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障，并参与控制。电动闸阀故障：由电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相等故障并参与水泵的联锁控制。5、动态显示（可视功能）动态模拟显示，本文选用了西门子公司生产的ET200M（触摸屏），系统通过图形动态形式，可以实现对于水泵、真空泵电动闸阀和电动球阀的运行状态，采用图形的变化和颜色的变化，以及红色闪烁警报系统进行事故的报警。直观地显示电磁阀和电动阀的开闭位置，并且可以实时的显示水泵的压力值和流量。用图形填充以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位的分段报警，用不同的声音提醒工作人员进行水泵或者水泵管路的修理和维护，使得排水系统时刻处于安全的状态。采用图形、趋势图和数字形式直观地显示管路的瞬时流量及累计流量，对井下用电负荷的监测量、电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、超限报警、自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕下端循环显示最新出现的故障信息，故障显示条数可在触摸屏上设置，以提醒工作人员及时检修避免水泵和电机损坏。6、通讯接口PLC通过通讯接口和通讯协议与触摸屏进行全双工通讯，将水泵机组的工作状态与运行参数传至触摸屏，完成各数据的动态显示，同时操作人员也可利用触摸屏将操作指令传至PLC，控制水泵运行。PLC同时将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统分站传至地面生产调度监控中心主机，与全矿井安全生产监控系统联网，管理人员在地面即可掌握井下巷道排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下巷道排水系统的遥测、遥控并为矿领导提供生产决策信息。触摸屏与监测监控主机均可动态显示巷道排水系统运行的模拟图、运行参数图表记录系统运行和故障数据，并显示故障点以提醒操作人员注意。7、三种工作方式系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。前文已详细说明，便不再说明。5.5PLC的选型设计表5-1模拟量输入通道统计表Table5-1Theanaloginputchannelstatistics模拟量输入通道数采集01#~06#泵真空泵6采集01#~06#泵电机温度6采集01#~06#泵电机电流6总计18表5-2数字量输入点数统计表Table5-2DigitalquantityinputpointsTAB数字量输入点数01#~06#手动水泵启动601#~06#手动水泵停止6采集01#~06#电动阀全开返回6采集01#~06#电动阀全关返回6采集01#~06#电机全开返回6采集01#~06#电机全关返回6采集手动控制信号1采集自动控制信号1采集远程控制信号1采集01#~03#低水位信号3采集01#~03#高水位信号3总计45表5-3数字量输出点数统计表Table5-3DigitaloutputpointsTAB数字量输入点数控制01#~06#电机开6控制01#~06#电机关6控制01#~06#真空阀开6控制01#~06#真空阀关6显示01#~06#水泵的运行状态6显示01#~06#水泵的停止状态6显示电源1显示预警状态1显示01#水位状态1显示02#水位状态1显示03#水位状态1总计41考虑到前面的设计中I/O点数可能有疏漏，并考虑到I/O端的分组情况，以及隔离与接地要求，应在统计后得出的I/O总点数基础上，增加10%到15%的裕量。考虑裕量后的I/O总点数即为I/O点数估计值。选定的PLC机型的I/O能力极限值必须大于I/O点数估计值，并应尽量避免使PLC能力接近饱和，一般应留有30%的裕量。5.5.1存储器容量选择PLC的I/O点数估算值大小在很大程度上反映了PLC系统的功能要求,因此可以在I/O点数估算值的基础上计算对PLC存储器容量的需求。目前,大多用统计经验公式进行存储器容量估算。这种方法是以PLC处理每个信息量所需存储器数的统计平均经验值为依据乘以信息量数再考虑一定的裕量计算得到存储器需要容量。5.5.2响应速度PLC是为了工业自动化而设计的一般控制器，一般普通档次的PLC的响应速度一般能满足正常的应用范围内的需要。如果加强范围使用PLC或者应用中的某些功能或信号有特别的速度要求时，确定PLC的型号就应特别慎重。通过上面的计算。本设计选用了SIMATICS7-200系列中的CPU226是最合适的其中最主要的原因是S7-200系列的成本比较低，性能可靠，稳定性比较高。它的CPU具有强大的功能，中断控制，间接选址。另外S7-200系列可以配置丰富的I/O口和特殊功能模块。S7-200系列CPU226型PLC在功能上完全能够满足本设计的基本要求，所以我们选定S7-200系列CPU226型的CPU，由于在本设计中输入和输出的点位较多，为了适应本设计的条件选用S-201-24型开关电源为PLC的输入输出点提供电压。CPU226型主要特点是I/O口点数为24/16比CPU224要多，比较符合本设计要求。SM223数字量输入输出模块有8个输入接口和8个输出接口。SM235模拟量输入模块有4个模拟量输入接口和一个输出接口。PLC硬件选型如下：CPU226处理器S-201-24电源模块SM223数字量输入输出模块SM235模拟量输入模块RS－485串行通信口5.6S7--200PLC的基本组成为了满足供水系统的控制要求，PLC选用SIEMENS公司的S7-200系列PLC。S7-200系列PLC是SIEMENS公司新推出的一种小型PLC。它以结构紧凑、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格，已经成为当代各种中、小型控制系统中的理想控制器。S7-200PLC包含了一个单独的S7-200CPU和各种可选择的扩展模块，可以十分方便的组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点到几百点。S7-200PLC可以方便地组成PLC—PLC网络，从而完成更大规模的控制任务。1、中央处理单元CPU就和一般的微处理器一样，PLC的主要部分是由中央处理单元所组成的，系统的核心就是CPU。它通过输入装置读入外设的状态，由结果通过输出装置去控制外设，并根据用户程序去处理。一般的可编程控制器多为双微处理器系统。一个为字处理器，多为8位或16位微处理器。另一个是位处理器，也称为布尔处理器，是一些厂家设计制造的专用芯片。字处理器是主处理器，由它处理字节操作指令，控制系统总线、内部计数器、内部定时器，监视扫描时间，统一管理编程接口，同时协调位处理器。及输入输出。位处理器也称从处理器，它的主要作用是处理位操作指令和在机器操作系统的管理下实现PLC编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用，加快了PLC的扫描速度，使PLC能较好的满足实时控制要求。2、输入/输出部件通常I/O单元或I/O模块可以称为输入/输出部件，PLC通过I/O单元与生产的单位有着通讯和联系。通过I/O接口可以检测其的各种由传感器传送来的参数来控制被控对象或被控生产过程，对被控对象进行控制，是以这些现场数据作为PLC的信息依据。同时PLC又通过I/O接口将处理结果送给被控设备或工业生产过程。PLC提供了多种操作电平和驱动能力的I/O单元，有各种各样的I/O单元供用户选用。外部设备传感器和执行机构所需的信号电平是多种多样的，而PLC中CPU处理的信息只能是标准电平，所以I/O单元需实现这种转换。I/O单元的主要类型有，数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出等。a抗干扰能力强，可靠性高的继电器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大降低了系统的可靠性。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分电气和繁杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。b控制系统结构简单、通用性强、应用灵活，并形成系列化生产，品种齐全，外围模块品种也多，可由各种组件灵活组成各种大小和不同要求的控制系统[13]。c编程方便、易于使用。PLC是面向用户的设备，PLC的设计都充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向有关工业控制的简单指令格式。d功能完善、扩展能力强。PLC中含有数量巨大的用于开关量处理的继电器类软元件，可轻松地实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器控制所不能实现的。PLC内部具有许多控制功能，能方便地实现D/A、A/D转换及PID运算，实现过程控制、数字控制等功能。PLC具有通信联网功能，他不仅可以控制一台单独的生产设备、一条生产线，还可以控制一个机群或者许多条生产线。他不但可以进行现场控制，还可以用于远程控制。3、存储器在可编程控制器系统中存储器主要存放系统程序、用户程序及工作数据。系统程序是由PLC的制造厂家在研制系统时确定的，和机器的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信和各种参数设定等功能。系统程序在PLC使用过程中是不变动的，中小型PLC多使用EPROM或PROM来存放，大型PLC多使用熔丝快速ROM存放。系统程序关系到PLC的性能，用户不能访问，修改这一部分存储器的内容。综上所述PLC所用存储器基本上由PROM、EPROM、EEPROM及RAM等组成，存储容量的大小随机器的型号而变化。由于系统程序用户不可改变，因而PLC产品样本或使用说明书中所列存储器容量，系指用户程序和数据存储器而言。4、外部设备1)人机接口人机接口装置可分为操作员接口、加固的“半智能”型CRT接口、“智能”接口。操作员接口用于实现操作人员与PLC控制系统之间的对话，人机接口的最简单和最普通的形式是由安装在控制台上的按钮、转换开关、指示灯、LED数字显示器和声光报警器等元件组成。加固的“半智能”型CRT接口为密封型，可以长期安装在操作台和控制柜的面板上，通过通信接口接收来自PLC的信息并在CRT终端上显示出来。用于PLC控制系统的最高级、最复杂的人机接口是一种“智能”终端，它有自己的微处理器和存储器，能够与操作人员快速地交换信息。并通过通信接口与PLC相连,它可以作为本地通信网络的接口。2)外存储器PLC的CPU模块内的半导体存储器称内存储器，或者简称内存。有时用磁带和磁盘来存储PLC的用户程序。磁带和磁盘称为外存储器。存储在它们里面的信息可以长期保存。如果存放在PLCRAM内的程序丢失，可以重新装入保存在磁带或磁盘中的程序。盒式磁带录音机和磁盘驱动器可能在编程器系统之内，也可能是单独的装置，由编程器或其它智能模块向它们提供接口。在离线开发用户程序可编程装置中，外存储器特别有用。5、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）。5.7地址分配表5-4模拟量地址分配Table5-4Analogaddressassignment绝对地址连接的外部设备功能介绍地址转换I0.0开关SB0手动启动01#泵I0.1开关SB1手动启动02#泵I0.2开关SB2手动启动03#泵I0.3开关SB3手动启动04#泵I0.4开关SB4手动启动05#泵I0.5开关SB5手动启动06#泵I0.6开关SB6手动停止01#泵I0.7开关SB7手动停止02#泵I1.0开关SB8手动停止03#泵I1.1开关SB9手动停止04#泵I1.2开关SB10手动停止05#泵I1.3开关SB11手动停止06#泵I1.401#真空阀开返回采集01#电动阀全开返回I1.501#真空阀关返回采集01#电动阀全关返回I1.602#真空阀开返回采集01#电动阀全开返回I1.702#真空阀关返回采集02#电动阀全关返回I2.003#真空阀开返回采集03#电动阀全开返回I2.103#真空阀关返回采集03#电动阀全关返回I2.204#真空阀开返回采集