机电一体化毕业设计（论文）-矿山井下泵房的PLC控制.doc

山东英才学院毕业设计题 目： 矿山井下泵房的PLC控制 专 业： 机电一体化专业 姓 名： 指导教师： 二O一O年十一月 四 日目录摘要3关键词3Abstract4Keywords5第一章 概述51.1 煤矿水泵自动控制系统的发展及现有缺陷51.2煤矿综合自动化系统实现的主要目标5第二章 泵控系统设计与分析72.1系统硬件72.1.1 井下设备72.1.2 地面设备72.2软件系统82.3控制系统功能设计82.4 控制系统可靠性设计9第三章 水位监测系统103.1超声波液位传感器103.2投入式液位传感器123.3水泵的工作环节及控制过程133.3.1工作环节133.3.2 控制过程13第四章 自动排水监控系统设计154.1井下排水系统的组成154.2井下水泵自动排水总体分析154.2.1系统的检测环节164.2.2系统的控制方式174.2.3工作方式与工作环节174.3水泵控制的控制原则19第五章 基于PLC的应用分析225.1系统的I/O分配表225.2PLC的接线图245.3 PLC编程245.3.1 以下为部分PLC程序片段255.4结语26参考文献27鸣谢27摘要煤炭行业是我国的支柱产业。几年来煤炭工业的发展证明,建设以自动化、信息化为标志的新型现代化矿井已成为煤炭企业提高矿井安全程度,实现高产高效,增强核心竞争力的必然途径。矿山在生产过程中，会有一定的涌水量产生，因此，排水设备是矿山建设和生产中不可缺少的固定设备。它的主要任务是即时迅速的排除井下的涌水，以保证矿井的正常生产和安全。矿山排水系统承担着排出井下全部涌水的重要任务，是保证矿井安全生产的关键环节，其设备的可靠运行关系到整个矿井的安全。另一方面，排水系统能否达到经济合理运行，直接影响矿井的安全和经济效益。我国矿山泵房排水系统大部分还处于手动及半自动运行状态，这种运行状态存在很多弊端。针对这些弊端文章介绍了以PLC为控制核心的泵房自动化控制系统、工作原理、功能实现系统，实现了矿井排水量的自动控制和水泵、电机等设备的安全监测系统，使中央泵房实现远程监控、无人值守，提高了矿井排水系统的工作效率和安全性。关键词：PLC，排水系统，控制系统，传感器，监控系统AbstractThe coal industry is the pillar industry. The development of the coal industry over the years has proved that building to automation, information into the new logo has become a modern coal enterprise to improve mine safety mine, to achieve high efficiency, and enhance core competitiveness of the inevitable way. Mine in the production process, there will be some inflow generated, so drainage is mine construction and production of essential capital equipment. Its main task is to immediately rule out the underground water gushing rapidly in order to ensure normal production and mine safety. Discharge of mine drainage system to undertake the important task of mine all the gushing water, is to ensure that key aspects of mine safety, reliable operation of its equipment related to the safety of the mine. On the other hand, the drainage system can achieve economical operation, a direct impact on mine safety and economic benefits. Most of mine drainage pumping station is still in the manual and semi-running state, there are many disadvantages of this operation status. This article introduces these drawbacks to the core of the pumping station for the control of PLC automatic control system, working principle, function realization system to achieve automatic control of the mine discharge and water pumps, motors and other equipment of the safety monitoring system so that the Central Pumping Station, remote monitoring, unattended, the mine drainage system to improve the efficiency and safety. Keywords: PLC, drainage systems, control systems, sensors, control systems第一章 概述1.1 煤矿水泵自动控制系统的发展及现有缺陷煤矿水泵自动控制系统是根据煤矿矿井的实际情况，在原来的设施基础上进行自动化改造，以使设备在无人干涉的情况下自动运行和自我诊断的一套系统。通过工业计算机的决策控制，对设备的运行状态、运行过程进行自动检测、自动控制，使设备达到最佳工作状态，从而达到有效地节约能源、降低劳动强度、降低运行成本和延长设备使用寿命等目的。系统综合了工业控制技术和现代软件技术，保证了系统的稳定性和可靠性，并可与全煤矿自动化系统进行联网，作为全煤矿自动化系统的一个子系统。排水设备一般功率大，耗电量多，传统排水只能靠人工手动控制泵的起停，无法利用排水设备与仓容，科学、合理的调度排水量与排水时间。因而传统的矿井排水方式普遍存在能耗大、效率低、生产成本高的缺点。在煤矿开采过程中会连续不断地涌出矿井水，为保证煤矿生产安全，必须及时将涌出的矿井水快速地排放到地面，煤矿主排水系统能否正常运行直接关系到矿井的安全生产。矿井排水系统一般由水仓、吸水井、多台排水泵（包括其抽真空引水装置）、闸阀、配水阀以及多路排水管路组成，这些设备具有电机功率大、电压高、启动复杂、故障多发等特点。目前，矿井排水系统普遍采用人工操作，人员劳动强度大、电机启停时间长、水泵运行效率低等诸多问题，如何实现煤矿井下排水泵的自动控制和无人值守，并满足煤矿生产调度综合自动化的要求，便成为当前急需解决的问题。1.2煤矿综合自动化系统实现的主要目标煤矿综合自动化系统作为煤矿自动化总平台,实现了在地面对煤矿井上下诸多设备的可靠控制。(1)采用光纤组建了煤矿井下工业以太网并形成环网,全矿井下胶带、轨道、供电、排水、通风、矿井提升、选煤等自动控制子系统均以现场总线等形式就近接入工业以太环网1,同时,采用OPC及组态软件等技术接入软件平台,形成全矿井自动控制信息传输及处理的总集成平台,基于该平台实现了在地面集控中心对井下胶带、供电、排水、轨道、通风、压风、提升、选煤等设备的远程开停控制和在线监测,井下诸多环节和岗位实现了无人值守,大大减少了井下现场人员,提高了矿井安全水平。(2)煤矿安全监控、人员定位等监测监控系统在地面接入煤矿自动化平台,实现了矿井自动化信息、安全生产监测信息的集成、共享和Web发布等功能,实现了对井下所有掘进头、工作面的瓦斯自动检测和超限自动断电、告警,实现了对井下所有重要地点的风速、温度、风门、局扇开停的自动监测,实现了对井下人员分布情况的在线监测和统计。(3)建立了矿井自动化监控中心,具有大屏幕显示功能,控制功能,数据统计汇总功能,网络功能等,操作员站之间具备相互冗余功能。(4)建立了矿井工业电视监视系统,将井下和地面各主要地点摄像机的信号传输到地面视频服务器,在集控中心显示和切换图像,为地面远程控制提供了必备的监视手段。(5)建立了矿井移动通信系统,实现了井下现场与集控中心的清晰通话,为地面远程控制提供了畅通的联络手段。(6)完成了煤矿综合自动化系统与煤矿管理网络安全对接,将煤矿井下现场的自动化信息、安全监测信息、井下视频与管理信息系统联通,通过Web等方式实现了各类信息在全公司的资源共享。第二章 泵控系统设计与分析2.1系统硬件本系统的硬件由井下和地面两部分组成。井下主要包括PLC控制箱、操作台、电动阀和各种监测传感器。地面设备包括通信站和控制计算机。井下和地面设备的通信介质用光缆。2.1.1 井下设备1）矿用PLC控制箱 需一采区矿房设置矿用PLC控制箱一台，其主要任务是：通过可编程控制器的输入模块采集各监测传感器的信号，按程序要求自动控制五台水泵的启停：通过通信接口把信息传送给地面控制计算机；根据地面计算机和操作台的命令控制水泵的启停。2）操作台 在泵房设本操作台一台。操作台主要用于系统工作方式选择和就地水泵的启停。操作台上可以选择四种操作方式中的一种。1）自动方式，PLC通过对输入参数的判断，自动控制每台水泵的启停；2）手动方式，即按照操作顺序，通过操作台上的按钮和开关，人工依次启动各个设备；3）传统方式，为满足操作习惯，本系统保留原系统的操作方式；4）远方控制方式，此时允许地面计算机对水泵实施控制。在操作台和地面计算机操作界面分别设置急停按钮。3）矿用光端机 在井下和地面设置一对光端机，以便用光缆连接地面和井下通信接口。2.1.2 地面设备地面设备包括通信站和控制计算机。通信站主要由光信号接收转换器、西门子中继器、电源模块等组成。计算机选用IBM商用机，光信号接收转换器选用CVR/T单模光端机。2.2软件系统1）PLC程序 井下PLC监控系统是基于STEP7软件编写的，采用模块化结构编程，包括监测模块、数据模块、控制模块、显示模块、通信模块等。这种编程方法是系统运行安全可靠，修改方便易于扩展。2）上位机程序 上位机采用组态软件WINCC进行开发，该应用软件为用户提供了厂级的可视化过程、数据获取和监视控制功能。采用面向目标的开发方法，可以快速容易的按照操作人员的设计处理、显示生产过程的数据。采用客户/服务器体系结构，能够提供数据在网络上的全面集成和共享，为企业管理系统提供数据，提高监控系统的性能。使用WINCC组态软件还可以根据矿生产系统及工艺流程的变化，由用户制作和修改监控画面，也可以随时修改界面上设备的颜色、形状、尺寸、和位置。 系统采用动画图形对设备进行描述，当设备是停止状态时，代表该设备的图形是静态的，当设备是运行状态时，系统就会以动画的形式对设备进行模拟、效果形象逼真、富有动感；图中也可以以不同的颜色表示设备的不同运行状态，不填色表示设备未投入运行；红的表示设备故障；所有的流程采用不同的线条进行描述，当系统要发生一些重大变化时伴随多媒体语音预报或警告。2.3控制系统功能设计（1） 系统具有灵活多样的控制方式。就地控制：操作员通过就地箱上的按钮及指示灯完成对执行机构的直接控制，主要用于设备检修维护；井下集控：操作员通过触摸屏实现对水泵的半自动控制，控制命令由触摸屏下发至PLC，后者完成整个控制过程；远程集控：操作员在地面远程上位机，通过鼠标点击控制控件，实现对于井下水泵机组的远程控制；全自动控制：该控制方式下，用户无需操作，PLC根据水位等参控信息合理调度水泵机组，完成排水。还可根据水仓水位、用电峰谷等参数选择合理的控制方案，自动控制水泵机组的投入和退出。 （2） 实现设备的远程监测监控，可以通过图、表、曲线等方式进行数据显示及分析处理。 （3） 根据水位、供电峰谷时段划分等情况，合理调度水泵，节省运行费用。（4） 系统可实现在故障出现时自动采取停机等保护措施，并提示故障类型，保护类型包括温度保护、流量保护等多种类型。 （5） 系统故障时能提供声光报警，报警记录可查询。 （6） 系统留有网络接口和分站扩展功能。2.4 控制系统可靠性设计排水系统是否能可靠运行直接影响着煤矿生产和人员安全，为提高控制系统的可靠性，针对传统控制系统的不足，系统从设备本身、传感器、通信网络等各方面设计了可靠性保障措施。 （1） 设备可靠运转保障 设备可靠运转是安全排水的前提，针对现场实际情况，该系统开发了排水系统控制软件的辅助管理模块，对设备进行统一的管理。依据设备运行情况，监控软件的设备辅助管理模块读取相应数据后进行逻辑处理，给出维护意见，从管理上来弥补设备本身在可靠性上的不足。 （2） 传感器可靠性保障 排水系统采用了多种传感器，传感器的可靠性直接影响着系统的整体可靠性。不同的传感器对系统的影响也不尽相同，根据影响范围的不同，系统将传感器分为全局型和局部型。其中全局型传感器为液位传感器，它的可靠性关系到整个系统安全排水的实现，其余传感器主要反映单台泵的运转工况，属于局部型。系统中的全局型传感器采用冗余设计，而对于局部型传感器则采取自诊断方式确定其故障类型并报警，提示工作人员进行维护或者更换。（3） 通信可靠性保障 控制PLC与上位机之间的通信故障判别采用校验码与状态位相结合的方式，其中校验码判断数据传输的正确性，状态位判断传输通道的通畅性，如果状态位不正常时表明通信通道中断，启用备用通讯网络。第三章 水位监测系统为了保证井下安全生产，系统可靠运行，水位信号是水泵自动化控制的一个非常重要的参数，水位传感器的可靠性和准确性直接影响整个控制系统的工作可靠性，为此选用超声波液位传感器，它具有精度高、非接触式、非机械型、维护方便、安装容易、标定简单等优点，可根据控制的要求将水位信号的上限和下限分别设置为四个级别，超高、高、中、低。水位传感器将水仓中的水位信息传送至控制中PLC的模拟量输入模块，PLC检测到水位信息后与预先设置的开启水位进行比较，当达到开启一台水泵的水位时就发出开泵指令。3.1超声波液位传感器超声波液位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。如果从发射超声波脉冲开始，到接受到反射波为止的这个时间间隔为已知，就可以求出分界面的位置，利用这种方法可以对液位进行测量。根据发射和接受换能器的功能，传感器又可分为单换能器和双换能器。单换能器的传感器发射和接收超声波使用同一个换能器，而双换能器的传感器发射和接受各使用一个换能器。下面就单换能器的超声波传感器加以介绍。超声波发射和接收换能器可以安装在液面的上方，让超声波在空气中传播，如图3.1所示。 图3.1 超声波液位计安装示意图对于单换能器来说，超声波从发射器到液面，又从液面反射到换能器的时间为： （式3-1）则 （式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。从以上公式中可以看出，只要测得超声波脉冲从发射到接收的时间间隔，便可以求得待测的液位。超声波液位传感器具有精度高和使用寿命长的特点，但若液体中有气泡或液面发生波动，便会产生较大的误差。在一般使用条件下，它的测量误差为，检测液位的范围为m。本设计中采用的是Yjsonic系列的超声波液位计，在测量中脉冲超声波由传感器（换能器）发出，声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。工作特点：采用SMD技术，提高仪器的可靠性，自动功率调整，增益控制、温度补偿。先进的检测技术，丰富的软件功能适应各种复杂环境。采用新型的波形计算技术，提高仪表的测量精度。具有干扰回波的抑制功能，保证测量数据的真实。16位D/A转换，提高电流输出的精度和分辨率。传感器采用四氟乙烯材料，可用于各种腐蚀性场合，多种输出方式：可编程继电器输出、高精度420mA电流输出、RS-485数字通信输出等方式可供选择（图3.2）。图3.2 超声波液位计选型设计中选用二线制输出型液位计，其参数如下：量程： 03、5、8、10、15、20m精度： 0.25% 盲区： 0.30.5m温度： -20+55电源： 24VDC控制： 无输出： 420mA 二线制防护等级： IP65显示方式： 4位LCD3.2投入式液位传感器投入式液位传感器是将传感器的探头投入液体中。利用处于一定深度时液体会产生一定的压强这个基本原理制成的。其示意图如图3.3所示。图3.3水位计示意图具体的来说是:传感头根据水中的压力与空气中的压力差，传感头把水位的高度变换成压力差，再把压力差转换成微弱的电信号，该微弱的电信号经放大器放大后送A/D变换器，单片机采集数字信号经运算处理后，输出的水位高度用数码管来显示，同时输出对应的输出信号。其内部的功能模块图如图3.4。图3.4 传感器功能模块图3.3水泵的工作环节及控制过程3.3.1工作环节水泵的工作大致可概括为四个环节：（1）水位自动监控水位自动监控环节的任务是对水池的水位实时监测，以便根据水位的高低自动发出启、停水泵命令。本系统选用投入式水位传感器来监测水位信号，以模拟量形式输送给PLC，PLC根据水位信号和程序控制水泵的启停。（2）抽真空水泵只有在其叶轮完全淹没于水中的情况下，泵体内部才能造成必要的真空度实现正常排水。若真空度不够，甭体内有空气存在，将会造成不上水和转动部件“干烧”等故障。龙东矿西一采区排水泵采用射流泵抽真空，由真空表监测真空度。（3）电动闸阀电动机的自动操纵为减小启动功率，水泵操作规程规定离心式水泵一定要关闭出水闸阀启动，当水泵停止时，为避免水锤事故，必须先关闭闸阀，缓慢减小流速，最后停泵。启动过程为：打开射流泵和抽真空控制阀-进行抽真空-真空度达到要求后-启动水泵电机-水泵电机电流降至正常值，且水泵出口压力达到设定值-打开闸阀，进行排水-关闭射流泵和抽真空控制阀。停泵过程：关闭电动闸阀，再停水泵电机。（4）设备运行参数监测在水泵启动或运行过程中，要实时监测到设备运行的有关参数，本系统监测的主要参数为：入口真空度、进水管流量、出口压力、电机电流、电机温度等。当参数不正常时，要及时停泵，转为启动另一台水泵。3.3.2 控制过程自动排水系统通过信号检测、PLC控制、执行机构动作完成水泵站起动、停止以及水泵房在线监测（如图3.5）。 启泵过程：（1）水位传感器测得相对高水位或准备开泵，把信号传给控制器（PLC）；（2）控制器输出信号启动射流泵和真空电磁阀，对水泵抽真空；（3）真空传感器监测真空度达到要求，送信号给PLC控制器；（4）控制器输出控制信号，启动电机；（5）电机启动，返回信号；（6）水泵电机电流降至正常值且水泵出口压力值达到要求，返回信号（7）启动闸阀，进行排水，并返回信号；（8）关闭抽真空设备。停泵过程（1）液位传感器返回低水位； （2）控制器输出信号，驱动闸阀关闭；（3）关闭水泵机组。水舱水位情况控制器水泵自动抽 真空设备电机开关自动闸阀水泵电机开启闸阀排水图3.5过程控制图第四章 自动排水监控系统设计泵站在运行、检修过程中，需要及时排出泵房内各种积水，其中一部分可自流排出泵房外，大部分则汇集到集水井，然后由排水泵排出泵房。为了保证泵房不致受淹或受潮，需要对排水实现自动控制，其基本要求包括：（1）排水泵能自动启停，保证集水井水位在规定范围内；（2）当集水井水位在规定的最低水位时，排水泵能自动停转；（3）当工作排水泵故障，或来水量增大、集水井水位升至备用排水泵启动水位时，备用排水泵能自动投入；（4）排水泵之间能互为备用运转，当备用排水泵投入时，能发出警报信号。4.1井下排水系统的组成井下排水系统一般采用离心式水泵，一些小型煤矿或潜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、启动设备、仪表、管路及管路附件等组成。一、离心式水泵离心泵的基本结构由六部分组成，叶轮，齿轮泵体，齿轮泵轴，密封圈，填料函 。4.2井下水泵自动排水总体分析 典型的井下水泵自动排水生产过程如图4.1所示：首先，煤矿中央泵房井下主排水泵自动化控制系统，整个自动控制系统由数据自动采集传感器、自动轮换工作、自动控制及故障记录报警和通讯接口等4个部分组成。PLC控制程序采用模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。该程序结构具有清晰、简洁、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作，延长了水泵的使用的寿命。液位传感器流量传感器压力传感器其它 检 测 电 路 主控电路电源 图4.14.2.1系统的检测环节 井下自动排水系统的目的是要实现井下水泵房的无人化操作，能够实时监测、自动运行，提高安全性、可靠性和运行效率，增强抗灾能力。并能够优化调度水泵运行情况。节能降耗，降低生产成本。排水系统在工作过程中要对系统参数进行实时检测，以保证系统正常工作。在出现故障时要及时报警。参数检测包括压力、流量、电机温度、系统漏电保护等。这些参数信号通过相应的传感器获取后，转化为电信号（电流或电压）输入到测试电路，经处理后，在输入PLC进行存储运算。在井下排水系统中，由于井下环境的特殊要求，根据煤矿安全标准，输入电信号与主控电路之间还要有隔离电路和电源转化电路，将输入的非本安电信号转化为本安信号。4.2.2系统的控制方式系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式：自动时，由PLC检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与；半自动工作方式时由工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作；手动检修方式为故障检修和手动试车时使用，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行，不影响其它泵组正常运行。PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮，设备检修时，可防止其他人员误操作，以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。4.2.3工作方式与工作环节 双位逻辑控制是排水泵站最基本的工作方式，通过水井液面变化，运用高低水位与水泵运行现状态一定的逻辑运算关系，控制水泵下一步的运行状态。在实际工作中，水泵房还要根据各种运行参数（如涌水量大小、水泵状况等）、现场环境以及意外事故等，对水泵站进一步控制，或改变控制方法。在离心式水泵排水系统中还要增加许多工作环节。这就使排水系统的工作方式更为复杂。利用现代工业控制器，如工控机、可编程控制器、单片机等，结合各种检测传感器，可以构成完整的电气控制系统，来控制水泵站各执行机构按一定的规程完成水位检测、水泵启动、停止极其过程控制等工作。并且可以进行数据传输、处理等工作。工作方式：本监控系统有自动、半自动及手动三种工作方式。其中自动工作方式由超声波液位传感器连续检测水仓水位，根据水仓的水位变化，自动开、停水泵及其阀门。正常情况下，按双位逻辑控制和“轮班工作制”各台水泵能自动轮换工作；水位变化过大时，自动投入必要数量的水泵运行，此方式下可实现无人值守；半自动方式是操作工人根据水仓显示水位，人工手动开、停水泵和确保开泵台数，电机及其阀门的开、停由PLC自动执行；手动方式是维修工人可操作任一水泵电机、自动闸阀、电磁阀的开关，解除相互闭锁关系，如图4.2所示。矿井监控系统电动机开关PLC控制电路低压电器开关水位传感器流量传感器电磁阀电源电磁阀电源1#泵站控制柜5#泵站控制柜自动闸阀开关射流泵控制阀电接点真空表电接点压力表自动闸阀开关射流泵控制阀电接点真空表电接点压力表图4.2 监控系统工作方式 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测量水仓水位，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。电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况。超限报警，以避免水泵和电机损坏。PLC的数字量输入模块将各种开关量信号采集到PLC中作为逻辑处理的条件和依据，控制水泵的启停。4.3水泵控制的控制原则一、水泵的自动开启流程图图4.3给出了其中一台泵的自动开启故障保护流程图。其余四台泵的与此基本相同。通过确定开泵数量的程序以及水泵轮换工作模块，我们可以确定开几号水泵。对于这其中的一台泵便满足了开泵条件，进入了此泵组的自动开启阶段。当PLC接收到启动某台水泵的指令后，就会按照图4.3所示的水泵的启动流程图进行水泵的自动启动控制。首先是启动抽真空系统将水泵体内的空气排除，让其充满水，这时，抽真空管路上的负压表（真空表）就会达到要求值，当PLC检测到负压表的读数满足启动要求时，就会发指令给高压开关柜，启动水泵电机，并关掉抽真空设备。这时位于水泵上方主排水管路上的压力传感器承受的压力越来越大，当达到要求值时，PLC发指令开启电动闸阀，开始排水。图4.3水泵自动开启流程图从流程图中可以看出，系统中设有抽真空超时、闸阀开超时、压力异常等故障报警系统。如果出现异常，对于实时CPU以及I/O模块内部的错误，自动控制系统会自动跳入故障处理程序块中进行相应的处理；如果是外部回路接线错误或传感器失效等故障系统会自动声光报警，并停泵，禁止该泵投入自动循环运行中。二、水泵开启时，首先检测水仓水位。当水位超过低水位（满足开泵条件），开启一台水泵，当系统第一次运行，开启一号泵，以后按照运行时间的多少，选择运行时间最少的泵开启，如果说选水泵为检修状态，则开启下一序号的水泵。当开启一台水泵运行一段时间后，发现水位仍然上涨，则顺序开启下一序号的水泵。当水位下降到低水位限以下时，则停止一台运行时间最长的水泵。对于具备开启条件的水泵，在开启前首先启动射流真空系统，检测真空度，真空度达到后即可开启。当水位超过警戒水位时（出现涌流），水泵除检修泵外全部开启。当水泵出现故障时，及时停泵、检修。根据矿方的实际需求，可根据避峰填谷的需求进行相应的调整。H1停泵水位H2单泵启动水位H3双泵启动水位H4三泵启动水位图4.4水位限制该无人值守系统以水仓水位作为水泵的启停的基本条件，在此条件满足的前提下，然后再根据均匀磨损的原则、电价避峰填谷的原则实现水泵的启停。该原理为：首先设定四个水位限制（如图：H1、H2、H3、H4，当水位达到报警水位时，首先对电网负荷进行检测，若处于用电谷段或平段时，可以立即启动；若处于用电峰段，则暂缓启动。当水位继续上升至超限水位时，则不论电网负荷如何，必须立即启动水泵。若水位继续上升到超限水位时，则表明一台水泵的排水量已不足以排除矿井出水，以矿井的最大排水能力来排出矿井涌水。不论投入几台水泵，水位必须下降到底限水位方可停泵。即当PLC读取的水仓水位值为H1时，表示水仓水位低于底限水位，水泵机组将不投入运行；水位值H2，并且时间为电价谷段或者平段时间，一台水泵机组投入运行，如果为峰段时间，则等待水位上涨到H3时再投入一台水泵机组运行。当一台机组处于运行状态时水位仍然上涨到H1，则继续投入一台机组运行，如果水位仍然上涨，则陆续投入所有水泵。机组运行至水位下降到H1时，水泵机组退出运行。程序流程图如图4.5:与高压柜通信NO根据泵号调用相应的程序当前水位大于H3吗根据均匀磨损求开泵的泵号系统自检及门处理模拟量及I/O处理程序处于自动运行状态吗处于高峰时间段吗当前水位大于H4吗4当前水位小于H2吗调用停泵程序当前水位大于H2吗当前水位大于H3吗当前水位小于H1吗处于手动运行状态吗依据指示进行相应处理NOYESYESYESYESYESYESYESNONONONOYES根据泵号调用相应的程序NONO调用停泵程序开始图4.5系统软件流程图从图中可以看出，系统开始启动后，首先进行与高压开关柜的通讯，然后进行模拟量以及I/O处理程序，系统自检与门处理程序。然后判断系统处于自动运行、手动运行、半自动运行三种运行方式中的哪一种，然后根据判断得到的结果进行相应的操作。根据控制板上的旋转开关的位置判断出系统的运行方式后，如处于PLC自动运行方式，则PLC根据程序流程顺序执行，自动完成水泵的启动，轮换工作，故障报警，停止。而手动方式下，PLC不参与任何操作控制，全部由人工通过控制按钮来控制整个系统的运行。第五章 基于PLC的应用分析 PLC采用循环扫描的工作方式，这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向各输出点发出相应的控制信号，任一时刻它只能执行一条指令，这就是说PLC是以“串行”方式工作的，它能有效的避免继电接触器控制系统中易出现的触点竞争和时序失配的问题。 PLC执行用户程序是从梯形图左母线开始由上至下，由左向右逐个扫描每个阶级的每个元素，进行运算，此时CPU只是与映像区进行数据交换，读取输入数据，送出输出信号。当CPU执行到END指令时，表示程序段结束。5.1系统的I/O分配表表5.1 I/O分配表输入输出名称I/O名称I/O1#泵启动按钮I0.0开启1#泵Q0.02#泵启动按钮I0.1开启2#泵Q0.13#泵启动按钮I0.2开启3#泵Q0.24#泵启动按钮I0.3开启4#泵Q0.35#泵启动按钮I0.4开启5#泵Q0.4下下限水位H1I1.1指示灯1Q0.5下限水位H2I1.2指示灯2Q0.6上限水位H3I1.3指示灯3Q0.7上上限水位H4I1.4指示灯4Q1.01#泵故障I2.0指示灯5Q1.12#泵故障I2.1报警Q1.23#泵故障I2.24#泵故障I2.35#泵故障I2.4报警I2.5手动启动按钮I0.5自动启动按钮I0.6停止按钮I0.75.2PLC的接线图 表2 PLC接线图5.3 PLC编程【3】特点.西门子系列PLC有3种编程语言：梯形图（LAD）、功能块图（FBD）、语句表（STL）。通常梯形图（LAD）程序、功能块图（FBD）程序、语句表（STL）程序可有条件的方便地转换。梯形图（LAD）编程语言是与电气控制电路图相呼应的图形语言。它沿用了继电器、触点、串并联等术语和类似的图形符号，并简化了符号，还增加了一些功能性的指令。梯形图（LAD）在PLC中用的非常普遍，融逻辑操作、控制于一体，面向对象的、实时的、图形化的编程语言，备有将复杂的顺序控制变为程序包的方便指令，以减轻可编程控制器的编程负担与节省输入输出点数。梯形图信号流向清楚、简单、直观、易懂，很适合电气工程人员使用。因此，本工程结合实际应用要求采用梯形图（LAD）编程语言。S7-226 PLC数据存储卡中存储有通过上位机软件西门子V4.0 Step7 microwin SP3编制的PLC程序82条。5.3.1 以下为部分PLC程序片段：5.4结语煤矿综合自动化系统在地面远程控制井下设备,实现现场无人值守,不仅减人提效,也是煤矿“无人为安”思想的体现,对煤矿安全生产的发展具有重大意义。基于可编程控制技术的煤矿井下排水自动控制系统是利用当前优秀的工业控制技术精心研究与开发而制成的，它具有许多传统控制系统无法比拟的优点，PLC控制系统得到了广泛的应用和具有广大的发展前景，但是PLC系统在井下排水自动控制系统中的应用还存在着一些问题需要，这需要我们做进一步的研究和实践，并最终解决问题。参考文献:1陆铮,汪丛笑.工业以太网在全矿井综合自动化系统中的应用J.工矿自动化,2006(3):31-33.2储璐.浅谈煤矿综合自动化系统架构及实施J.山东煤炭科技,2008(6):132-133.3张敏,于宝申.煤矿综合自动化监控系统设计及应用J.煤炭技术,2008,27(2):37-39.4黄益庄.变电所综合自动化系统M.北京:中国电力出版社,2000. 5丁恩杰，马方清监控系统与现场总线M中国矿业大学出版社，20036张国盛，林安栋矿井监测监控系统的发展历史及趋势J煤炭技术，2009，28（2）7李利青，等PLC在矿井主排水系统自动化平台及远程监控系统的应用J煤，2008，17（10）鸣谢感谢老师的帮助和支持，在论文编写的过程中，李老师一直给我提出最好的建议，老师渊博的专业学识、敏锐的学术眼光、深邃的学术思想无不让人钦佩。您无论多忙都会抽出时间帮我指导论文，我在这里说一声：“老师，辛苦了。” 望老师给予批评指正！