井下排水自动系统设计

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1、井下排水自动系统设计1概述中国8/vie　　1.1井下排水自动化系统的重要性　　排水系统作为矿山生产的八大系统之一是我们矿山企业安全生�a的有力保障。目前国内的矿山井下排水系统的自动化水平还不是很高，制约着矿山生产的安全性和高效性。本文提及的矿井泵房PLC自动化系统能解决这些突出存在的问题。　　2011年来由发改委、电监会联合出台的《电力需求侧管理办法》，对用电企业采取分时计价缴纳电费，其中峰谷用电价差明显。根据不完全统计，井下排水所需要的用电量占矿山在生产中的总电能耗的17.9%-42.8%。因此，面对资源品质不高的矿山企业，井下排水系统的成本效益也逐渐引起了广泛关注。　　

2、传统排水系统选择的井下水泵能耗高，启动频繁，选型的水泵在启动前吸水管路的充水，通常采用是抽真空吸水的方法来实现的。而且大多数都采用老式继电器的控制方法，在实际操作过程中工作人员需要目视信号判断检测后，再启停排水系统。选用此类控制方式线路设计相对比较复杂，设备运行的可靠性也不高，工人操作较繁琐，对设备的磨损和能耗都影响很大，不适应矿山发展的需要。　　本设计选用西门子S7-300系列PLC以及水位、压力、流量等传感器来实现井下自动排水控制，可根据井下水量大小以及“避峰就谷”原则来选择开动水泵的台数，达到节约能源和减少排水成本的目的。为了确保井下排水的安全性和稳定性，设计选择主、备

3、双排水设计，其中排水泵和排水管线均采用“自动轮换”机制，避免了设备磨损和井下环境潮湿等因素对系统的影响，来实现系统所需要的控制功能。　　1.2现场基本情况　　2矿井下排水系统组成概况　　2.1离心式水泵工作原理　　井下排水系统使用的水泵种类繁多，我们设计选用普通的离心排水泵，此类水泵主要由起动设备、电动机、离心式水泵、管路、管路附件及监测仪表等组成。如图1所示。　　2.2离心式水泵的启停过程　　2.2.1离心式水泵的启动过程　　系统先通过水位传感器监测到水仓水位高度，当水位到达设定值时，PLC将发送数字开信号给射流泵电磁阀，通过射流泵为离心泵泵体注水。当水泵入口处的真空变化时

4、，配水设施中的水会注入到离心水泵的腔体中直至注满，当水泵入口处的真空度达到要求后，接通水泵机组中的电动机触点来开启水泵。电机启动后，水泵出口压力会慢慢增加。当达到某一数值后将不再增加，在满足预先设定的压力值后，为水泵开启其出口处的电动阀门，水泵机组于是进行排水。同时，关闭射流泵，停止为其引水。　　2.2.2离心式水泵的停机过程　　水仓在水泵排水的作用下水位逐渐下降，当达到设定水位时，先关闭排水管的闸阀，防止排水管中井水倒流，随即关闭水泵电机，并停止其他排水工作。　　3系统硬件设计　　3.1可编程控制技术　　3.1.1PLC的主要特点　　1）PLC（ProgrammableLo

5、gicController）即可编程逻辑控制器特点　　（1）灵活，通用。　　（2）抗干扰，运行可靠性高。　　（3）编程简单，使用方便。　　（4）接线简单。PLC只需将数字、模拟输入输出设备与其相应端子联接接线，工作量较小。　　（5）功能强大。　　2）PLC的主要功能　　PLC是现今应用面最广的自动化控制设备之一。PLC技术发展非常迅速，其在自动化领域和计算机集成制造过程中都占有极高的地位。如今PLC的系列功能，不仅是替代传统的继电器逻辑功能，还包括了一些复杂的顺序控制和逻辑运算。　　3.1.2PLC的基本工作原理　　PLC运行工作时，内部需要进行系列的验证和运算操作，过程大致

6、分为四种类型：其中公共操作包括以故障诊断、通信处理为主，联系工业现场的数字模拟信号的输入和输出操作，执行各用户已经设定的程序操作，以及对外部设备的中间操作，例如：外部设备的中断请求。控制过程示意图如图2所示。　　3.2PLC控制系统总体设计　　系统由现场检测仪表、触摸装置、可编程控制器及其输入输出模块和执行设备等部分组成，其工作结构连接如图3所示。　　3.2.1控制系统的输入/输出点数统计　　通过粗略统计，该系统需要添加模拟量输入通道需要49路，数字输出34路，数字输入50路，分配情况见表1，表2，表3。　　3.3软件流程图　　从现场实际情况和系统设计功能分析，系统的软件流程

7、图绘制如图4：　　从上图4中可以看到，在系统通电启动后，首先PLC与触摸装置和上位机通讯，然后系统进行现场设备的模拟量数值和数字量分析，开始系统自检与门处理程序。在现场控制柜上的切换旋钮选择远程自动、就地自动和手动三种运行方式来进行相应操作。如果控制旋钮切换到PLC远程自动运行方式，则PLC按程序制定的流程顺序执行。程序将自动完成排水工作以及自动轮换，如遇故障，系统报警并停止。控制旋钮切换至半自动运行方式，那么操作人员此时可以在触摸屏上选择水泵投入工作，PLC则按照水泵的序号自动完成启动，运行和停止。切