毕业设计任务书专业年级 电气自动化 学号 1621103016 学生姓名 王志刚 任务下达日期：2016 年 2 月 28 日毕业设计日期：2016 年2月 28 日 至2016 年 5 月 10日毕业设计题目：基于PLC安源煤矿水泵控制系统设计 毕业设计主要内容和要求：1、熟悉煤矿水泵系统的工作方式和控制要求，了解PLC在工业过程控制的一般方法；2、熟悉S7-200系列PLC的硬件模块，学习并掌握编程监控软件的使用及控制软件的编制； 3、完成煤矿中央泵房系统就地控制系统PLC模块的配置，模块硬件连接图，编制控制程序； 4、翻译近5年的相关英文资料（或论文）一篇，中文字数不少于3000汉字；5、完成毕业设计论文的撰写。指导教师签字： 郑 重 声 明本人所呈交的毕业设计，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业设计的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 摘 要排水设备在煤矿生产建设中是必不可少的大型固定设备。一个煤矿排水泵站，一般来说，由多台排水泵组成，它贯穿整个排水系统起着非常重要的作用。因为积水受环境的影响比较大，所以排水泵的运行数量也要做相对的变化。现在以微处理器为核心的可编程控制器(PLC)已逐步取代了继电器控制，广泛应用于各行各业的自动控制领域。本文结合当前控制技术，设计了自动控制系统在矿井排水系统中的应用。以西门子S7-200系列PLC作为中心控制单元，并扩展了必要的数字量输入模块，模拟输入模块和通信模块。设计了自动和手动控制两种控制模式，可以根据不同情况选择控制方式。自动模式下，实时测量水仓的水位，根据水位的变化和水仓水位变化速度，并充分考虑“避峰就谷”的原则，自动决定开启水泵的时间和台数，保证安全的基础上，尽可能降低电力消耗成本，来实现经济高效的煤矿生产。关键词：井下排水系统； PLC； PID自动控制ABSTRACTPumping 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. With Siemens S7-200 series PLC as central control unit, and expanded the necessary digital quantity input module, analog input module and communication module.Designed for automatic and manual control two kinds of control mode, can choose according to different situation control mode. Automatic mode, the real-time measurement of water warehouse water level, according to the change of water level and water warehouse water level change speed, and give full consideration to the principle of peak to valley, automatically determines the time of open the pump and the Numbers, ensure safety, on the basis of as much as possible, reduce the power consumption cost, to achieve economic efficiency of coal mine production.Key words: Underground drainage system ;PLC ; automatic control目 录1 绪论71.1 煤矿井下排水重要性71.1.1 矿井水的来源71.1.2排水重要性71.2国内外研究状况81.2.1 国内研究状况81.2.2 国外研究状况81.3本课题研究的主要内容91.4小结92煤矿泵房自动控制系统102.1 可编程控制器技术概况102.1.1 可编程控制器的产生和发展102.1.2PLC的系统组成112.1.3PLC的工作原理122.1.4 PLC的功能特点142.2主排水控制系统172.2.1排水系统原理172.2.2系统组成182.3离心式水泵排水系统192.3.1 离心泵排水系统组成部分192.3.2 射流泵的工作原理202.3.3射流泵的特点212.4离心式水泵的启停过程212.4.1 启动过程212.4.2 停机过程222.5小结223主排水自动控制系统的硬件设计233.1主排水自控系统主要设备选型233.1.1主要硬件选型233.1.2 PLC 的选型243.2各模块地址分配293.3排水自动控制系统硬件连接323.4 小结384 自动控制系统的程序设计14.1主程序的编程14.2水位判断34.3 水泵轮换工作44.4 模拟量采集64.5 避峰就谷原则84.6 自动控制104.7小结115 PLC控制系统的可靠性设计125.1 PLC控制系统的干扰因素125.1.1电源引入的干扰125.1.2 I/0信号线引入的干扰125.1.3接地线引入的干扰125.2 PLC控制系统的抗干扰措施135.2.1电源系统的抗干扰措施135.2.2 I/0通道的抗干扰措施135.3 小结13总 结141 绪论1.1 煤矿井下排水重要性1.1.1 矿井水的来源矿井水的形成一般是由于巷道揭露和采空区塌陷波及到水源所致，其水源主要是含水层水、采空区老塘水、地表水、大气降水和断层水。含水层水： 绝大多数的情况下,大气降水和地表水被添加到含水层,然后流入矿井中。含水层早期对矿井影响较小,随着时间的推移,含水层水会长期影响矿山。采空区老塘水：古代和近期的采空区及废弃巷道，由于长期停止排水而使地下水聚集。这种水源含有大量的硫酸根离子，PH值在3左右，有的甚至为1，具有强烈腐蚀性，这种水成为突水水源时，危害性极大。地表水：地表水包括河流、湖泊、池塘、水库等。当地表水体中影响范围内采矿时，在一定的条件下，水会涌进坑道成为矿井充水来源。一般来说，离地表水越接近，矿井涌水量越大，造成的损失越大。 大气降水：地区降水量的大小、降水性质和强度及延续时间也对矿井的充水有很大影响。矿井水量变化与气候息息相关，但是涌水量高峰出现的时间往往有些滞后，而且随深度的增加滞后的时间更长。断层水：是指由不透水岩层,切断了的地下水。由于水不能通过土壤或岩石，如粘土、壤土和致密完整的页岩、火成岩和变质岩。因此存在的隔水层，使两层不接触水。所以在有多层不同的水质、水量的含水层地区，需要分层开采地下水，隔水层厚度和位置必须确定。低于地下水位开采矿产，为了防止地下水含水层中进我的，充满了隔水层必须维护。1.1.2排水重要性在现阶段我国煤矿事故频繁发生，造成伤亡的人数和设备财产损失是巨大的，因此煤矿安全问题日益受到人们的关注。煤矿事故的原因有很多，如顶板、运输、火灾和煤尘爆炸，但通常瓦斯爆炸和水灾是最频繁、最严重的。如果矿井水不能够及时排放，将不可避免地导致水灾，导致设备损坏、人员伤亡，对矿井带来灾难性的后果。因此，设计一个有效的煤矿井下排水系统是必不可少的1.2国内外研究状况1.2.1 国内研究状况国内外学者在研究煤矿井下排水系统控制上已取得了许多成果。国内研究工作者主要是从安全性、可靠性和节能的角度来研究煤矿排水系统。对煤矿中央泵房水泵的自动控制系统的成功改造，为在我国在自动控制排水系统开辟了一个新方法。这也证明了计算机对水泵的控制和矿井监控组成的矿井排水控制系统是一种可行的方法。随后几年，国内研究人员从离心泵、管道、电动机三个方面提出了对地下排水系统进行节能改造。国内某研究所提出了采用PLC自动检测水仓的水位、管道压力、排水流量等数据，根据煤矿用电情况和具体条件建立数学模型，实现水泵避峰就谷操作，节省矿山排水系统在能源上的消耗，因此来降低煤矿生产的成本。1.2.2 国外研究状况矿井排水设备是煤矿生产的主要用电设备之一，因此实现排水系统的节能用电是十分必要的。俄罗斯科学副博士B.B.马祖连科介绍了作为排水设备主要类型的离心泵的能耗估算方法，以及离心泵工况点经修正后的能耗估算方法。并以北乌拉尔铝土矿和斯塔哈诺夫煤炭生产联合公司为例，具体介绍了几种工况点经修正后的离心泵能耗估算情况。由于控制理论和现代检测技术的发展，使得自动排水系统的研究在理论和实践中取得了一些巨大成果。俄罗斯教授波波夫、博士波波夫教授和北乌拉尔铝土矿生产联合公司工程师沙尔塔诺夫，在2000 - 3500 kw异步电动机直接进入电网全电压起动与矿井高扬程水泵双机拖动的的比较，指出了矿井排水高扬程水泵采用双电机拖动具有无可争辩的优越性。井水质量对排水设备的影响、管道的维护和清理也是一个需要长期研究的问题。俄罗斯研究人员利用成本相等的原则，推出了水泵循环使用周期和管道清洗周