毕业设计（论文）-煤矿井下排水系统控制的系统设计

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1、四川科技职工大学姓名：学号：学院：专业：机电工程系设计题目：煤矿井下排水系统控制的系统设计专题：指导教师：职称：2013年6月2日4摘要煤矿井下排水设备对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。目前国内各矿井的排水系统多采用传统的继电器控制方法，用人工进行监测。传统方法控制线路复杂，设备运行的可靠性低，工人劳动强度大，不适应煤炭发展的需要。本文设计的排水系统采用PLC控制与PC监视相结合的方式，弥补了传统继电器控制的缺陷与不足，提高了工作可靠性和稳定性。在本设计中首先对煤矿排水系统进行概述，然后根据排水控制的要求，进行自动控制方面的设计。本系

2、统采用西门子的S7-300系列PLC，并结合各种传感器（主要为水位传感器、负压传感器、压力传感器、流量传感器等），完成系统设计中要实现的控制功能。有自动、半自动和手动三种操作方式可供选择。为了防止工作水泵及管路磨损过于严重、备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而导致电机和电气设备受潮或有其他故障不能及时发现，本系统采用水泵及管路的“自动轮换”工作机制。又根据“避峰就谷”的原则确定开启水泵台数，以达到节省用电的目的。关键词：煤矿；排水系统；集中控制;PLC4目录1绪论11.1煤矿井下水的形成及排水的重要性11.2国内外研究现状及主要问题21

3、.2.1课题研究现状21.2.2主要问题31.3本课题研究的主要内容41.4本章小结52煤矿井下排水系统组成概况62.1离心式水泵工作原理62.2射流泵和真空泵的介绍82.2.1真空泵工作原理92.2.2射流泵工作原理112.3离心式水泵的启停过程112.3.1离心式水泵的启动过程112.3.2离心式水泵的停机过程122.4多台水泵的井下排水系统组成及功能实现122.5本章小结133系统硬件设计143.1可编程控制技术143.1.1PLC的主要特点143.1.2PLC的基本工作原理173.1.3PLC实现控制功能193.2PLC控制系统总

4、体设计213.2.1控制系统的输入/输出参数统计223.2.2PLC系统选型243.3本章小结254传感器选型264.1液位传感器介绍274.1.1超声波液位传感器274.1.2投入式液位传感器284.1.3液位检测装置的选择294.2电机及水泵温度检测3044.3水泵压力检测314.4水泵流量检测324.4.1流量检测仪器的安装位置324.4.2电磁流量计工作原理及其特点344.5水泵负压检测374.6本章小结375控制系统的软件设计385.1软件流程图385.1.1自动轮换工作405.1.2避峰填谷405.3水泵的自动开启、运行、停止

5、故障保护流程图435.4部分程序465.5本章小结486总结与展望496.1总结496.2展望49参考文献51英文原文53中文译文61致谢674四川科技职工大学1绪论1.1煤矿井下水的形成及排水的重要性在矿井生产过程中，经常有各种水源的水涌入矿井，称之为矿水。大量的矿水威胁到矿井生产的正常运行，突发时甚至会造成工作人员的伤亡。产生矿井涌水的两个必备条件是矿井水源和涌水通道。1.矿井涌水的水源矿井涌水的水源有地表水和地下水两大类。(1)地表水源。地表水源主要指大气降水和地表水。1）大气降水。大气降水是地下水的主要补给水源。降水量对矿井涌水的

6、影响，对于分布于河谷洼地，并且煤层上部有透水层、溶洞、裂隙或塌陷的浅井较为显著，其影响具有明显的季节性。雨季矿井涌水量增大，旱季则相反。2）地表水。河流、湖泊、水库和塌陷地积水等地表水，可以通过井筒、塌陷裂隙、断层、裂隙、溶洞和钻孔等直接进入井下，也可以作为地下水的补给水源，使地下水经过与井巷连通的通道进入井巷，造成水灾。（2）地下水源。地下水是矿井水最经常、最主要的水源，而大气降水和地表水也是一般先补给地下水，然后再流入矿井。所以研究地下水的水量分布、补给条件、动态变化规律等，对分析矿井涌水极为重要。根据地下水的赋存状态和赋存位置的不同

7、，可将矿井水分为以下几种：1）含水层水。地层中的沙层、砂岩和灰岩层等，往往含有丰富的地下水。当掘进巷道揭露含水层或回采工作面放顶后所形成的冒落裂隙与这些含水层相通时，含水层水就涌入矿井。含水层水一般都具有很高的压力，特别是当它与地面水源相通时，对矿井安全生产的影响较大。2）断层水。断层带及断层附近岩石破碎，裂隙发育，常形成构造赋水带。特别是当导水断层与强含水层或积水体相通时，如发生断层突水，就会形成水灾。3）老空积水。井下采空区或煤层露头附近的古井、小窖常有积水，如果开采时与之相通，就会发生突水事故。71四川科技职工大学另外，还有生产用水

8、。煤矿生产过程中，如水采、除尘、煤体注水、防火注浆、水砂充填等，都要大量用水，如管理不善、排水不畅也可能引起水灾事故。2.矿井涌水通道矿井涌水通道可分为人为形成的通道和天然形成的通道两种。(1