煤礦井下排水系統(tǒng)控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、煤礦井下排水系統(tǒng)控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 姓 名: *學(xué) 號(hào): * 學(xué) 院: * 專 業(yè): 自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目:煤礦井下排水系統(tǒng)控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 題: 指導(dǎo)教師: *職 稱: 高工 2012 年6 月 徐州中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文任務(wù)書任務(wù)下達(dá)日期: 畢業(yè)論文日期:畢業(yè)設(shè)計(jì)題目:煤礦井下排水系統(tǒng)控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目:畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求:掌握煤礦井下排水系統(tǒng)的工作原理和過程,設(shè)計(jì)水泵控制的實(shí)現(xiàn)方法。完成排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制,實(shí)現(xiàn)“避峰填谷”功能。使用可編程控制器(PLC)、水位測(cè)量單元、壓力檢測(cè)單元、流量監(jiān)測(cè)單元等多種手段,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,最終達(dá)到無(wú)人值守的目的。指導(dǎo)

2、教師簽字:鄭 重 聲 明 本人所呈交的畢業(yè)論文,是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知,除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本畢業(yè)論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體,均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本論文屬于原創(chuàng)。本畢業(yè)論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。 本人簽名:日期:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)(基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握;獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力;研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法;取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn);工作態(tài)度及工作量;總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī);存在問題;是否同意答辯等):成 績(jī):指導(dǎo)教師簽字: 年月

3、日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)(選題的意義;基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握;綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力;工作量的大小;取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn);寫作的規(guī)范程度;總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī);存在問題;是否同意答辯等):成 績(jī):評(píng)閱教師簽字: 年月日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文答辯及綜合成績(jī)答 辯 情 況提 出 問 題回答問 題正確基本正確有一般性錯(cuò)誤有原則性錯(cuò)誤沒有回答答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī): 答辯委員會(huì)主任簽字: 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī): 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人: 年 月 日摘 要 煤礦井下排水設(shè)備對(duì)保證礦井正常生產(chǎn)起著非常重要的作用。目前國(guó)內(nèi)各礦井的排水系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)的繼電器控制

4、方法,用人工進(jìn)行監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)方法控制線路復(fù)雜,設(shè)備運(yùn)行的可靠性低,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,不適應(yīng)煤炭發(fā)展的需要。本文設(shè)計(jì)的排水系統(tǒng)采用PLC控制與PC監(jiān)視相結(jié)合的方式,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)繼電器控制的缺陷與不足,提高了工作可靠性和穩(wěn)定性。 在本設(shè)計(jì)中首先對(duì)煤礦排水系統(tǒng)進(jìn)行概述,然后根據(jù)排水控制的要求,進(jìn)行自動(dòng)控制方面的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用西門子的S7-300系列PLC,并結(jié)合各種傳感器(主要為水位傳感器、負(fù)壓傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等),完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)的控制功能。有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)三種操作方式可供選擇。為了防止工作水泵及管路磨損過于嚴(yán)重、備用泵及其電氣設(shè)備或備用管路長(zhǎng)期不用而導(dǎo)致電機(jī)和電氣設(shè)備受潮或有其

5、他故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn),本系統(tǒng)采用水泵及管路的“自動(dòng)輪換”工作機(jī)制。又根據(jù)“避峰就谷”的原則確定開啟水泵臺(tái)數(shù),以達(dá)到節(jié)省用電的目的。關(guān)鍵詞:煤礦; 排水系統(tǒng); 集中控制; PLCABSTRACT The drainage under coal mine well is very important equipment for ensuring normal production of coal mine well. At present, most drainage systems of all domestic coal mine well adopt conventional means of

6、 relay controlling, inspected artificially. This kind means of inspection and control cant meet the requirement of coal development for its complicated control circuit, low reliability of equipment running and great working intension. The drainage system designed in this text combined control by PLC

7、 with stakeout by PC, so that it made up a variety of limitation and shortage of conventional means of relay controlling and improved running reliability and stability.This system has characteristics of long operating life-span and convenient maintenance.According to actual conditions of some coal m

8、ine well, at first outlines the mine drainage system, then designed autocontrol part based on drainage control request. This system adopts S7-300 PLC series produced by SIEMENS,with many sensorsmainly incloding water line sensors,minus pressume sensors,pressme sensors,flux sensors to complete autoco

9、ntrol function demanded in this system design. With automatic, semiautomatic and manual working modes to choose. In order to prevent running water pumps and pipelines from wearing too badly and prevent electromotive and electric equipments of standby water pumps and pipelines from being affected wit

10、h damp or their trouble not being found in time, water pumps and pipelines of this system are controlled to run in turn automatically. The number of running water pumps is confirmed by the principle of avoiding apex and filling vale in order to economize electricity.Keywords: coal mine; drainage sys

11、tem; centralized control; PLC目 錄1 緒論11.1煤礦井下水的形成及排水的重要性11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及主要問題21.2.1課題研究現(xiàn)狀21.2.2主要問題31.3本課題研究的主要內(nèi)容41.4本章小結(jié)52 煤礦井下排水系統(tǒng)組成概況62.1離心式水泵工作原理62.2射流泵和真空泵的介紹82.2.1真空泵工作原理92.2.2射流泵工作原理112.3離心式水泵的啟停過程112.3.1離心式水泵的啟動(dòng)過程112.3.2離心式水泵的停機(jī)過程122.4多臺(tái)水泵的井下排水系統(tǒng)組成及功能實(shí)現(xiàn)122.5本章小結(jié)133 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)143.1可編程控制技術(shù)143.1.1 PLC的主要

12、特點(diǎn)143.1.2 PLC的基本工作原理173.1.3 PLC實(shí)現(xiàn)控制功能193.2 PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)213.2.1控制系統(tǒng)的輸入/輸出參數(shù)統(tǒng)計(jì)223.2.2 PLC系統(tǒng)選型243.3本章小結(jié)254 傳感器選型264.1液位傳感器介紹274.1.1超聲波液位傳感器274.1.2投入式液位傳感器284.1.3液位檢測(cè)裝置的選擇294.2電機(jī)及水泵溫度檢測(cè)304.3水泵壓力檢測(cè)314.4水泵流量檢測(cè)324.4.1流量檢測(cè)儀器的安裝位置324.4.2電磁流量計(jì)工作原理及其特點(diǎn)344.5水泵負(fù)壓檢測(cè)374.6本章小結(jié)375 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)385.1軟件流程圖385.1.1自動(dòng)輪換工作405.

13、1.2避峰填谷405.3水泵的自動(dòng)開啟、運(yùn)行、停止故障保護(hù)流程圖435.4部分程序465.5本章小結(jié)486 總結(jié)與展望496.1總結(jié)496.2展望49參考文獻(xiàn)51英文原文53中文譯文61致謝67 1 緒論1.1煤礦井下水的形成及排水的重要性 在礦井生產(chǎn)過程中,經(jīng)常有各種水源的水涌入礦井,稱之為礦水。大量的礦水威脅到礦井生產(chǎn)的正常運(yùn)行,突發(fā)時(shí)甚至?xí)斐晒ぷ魅藛T的傷亡。 產(chǎn)生礦井涌水的兩個(gè)必備條件是礦井水源和涌水通道。 1.礦井涌水的水源 礦井涌水的水源有地表水和地下水兩大類。 1地表水源。地表水源主要指大氣降水和地表水。 1)大氣降水。大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給水源。降水量對(duì)礦井涌水的影響,對(duì)于

14、分布于河谷洼地,并且煤層上部有透水層、溶洞、裂隙或塌陷的淺井較為顯著,其影響具有明顯的季節(jié)性。雨季礦井涌水量增大,旱季則相反。 2)地表水。河流、湖泊、水庫(kù)和塌陷地積水等地表水,可以通過井筒、塌陷裂隙、斷層、裂隙、溶洞和鉆孔等直接進(jìn)入井下,也可以作為地下水的補(bǔ)給水源,使地下水經(jīng)過與井巷連通的通道進(jìn)入井巷,造成水災(zāi)。 (2)地下水源。地下水是礦井水最經(jīng)常、最主要的水源,而大氣降水和地表水也是一般先補(bǔ)給地下水,然后再流入礦井。所以研究地下水的水量分布、補(bǔ)給條件、動(dòng)態(tài)變化規(guī)律等,對(duì)分析礦井涌水極為重要。 根據(jù)地下水的賦存狀態(tài)和賦存位置的不同,可將礦井水分為以下幾種: 1)含水層水。地層中的沙層、砂巖

15、和灰?guī)r層等,往往含有豐富的地下水。當(dāng)掘進(jìn)巷道揭露含水層或回采工作面放頂后所形成的冒落裂隙與這些含水層相通時(shí),含水層水就涌入礦井。含水層水一般都具有很高的壓力,特別是當(dāng)它與地面水源相通時(shí),對(duì)礦井安全生產(chǎn)的影響較大。 2)斷層水。斷層帶及斷層附近巖石破碎,裂隙發(fā)育,常形成構(gòu)造賦水帶。特別是當(dāng)導(dǎo)水?dāng)鄬优c強(qiáng)含水層或積水體相通時(shí),如發(fā)生斷層突水,就會(huì)形成水災(zāi)。 3)老空積水。井下采空區(qū)或煤層露頭附近的古井、小窖常有積水,如果開采時(shí)與之相通,就會(huì)發(fā)生突水事故。 另外,還有生產(chǎn)用水。煤礦生產(chǎn)過程中,如水采、除塵、煤體注水、防火注漿、水砂充填等,都要大量用水,如管理不善、排水不暢也可能引起水災(zāi)事故。 2.礦井

16、涌水通道 礦井涌水通道可分為人為形成的通道和天然形成的通道兩種。 1 人為形成的通道有: 1)頂板冒落裂隙帶?頂板冒落形成導(dǎo)水裂隙。 2)地表巖溶塌陷帶?礦區(qū)開采后地表下沉,地表水和大氣降水通過塌陷坑直接進(jìn)入井下。 3)封孔質(zhì)量差的鉆孔?打孔后封孔不嚴(yán),鉆孔成為各類含水層的涌水通道。 (2)天然形成的涌水通道有: 1)孔隙、裂隙?各種巖層中的節(jié)理、層理成為涌水通道。 2)巖溶?巖石中的溶洞、孔洞成為涌水通道。 3)斷層破碎帶?通過斷層與含水層相連,斷層破碎帶成為涌水通道。 井下排水系統(tǒng)的任務(wù)就是把通過各種途徑流入礦井的積水排送到地表。在煤礦地下開采過程中,由于地層中含水的涌出,雨水和江河水的滲

17、透,水砂充填和水利采煤礦井的井下供水,將更有大量的水晝夜不停地匯集于井下。如果不能及時(shí)地將這些積水排送到井上,井下的生產(chǎn)可能受到阻礙,井下的安全得不到保障,嚴(yán)重者會(huì)造成重大事故。 煤礦大量的井下水在會(huì)對(duì)工作人員和設(shè)備的安全造成很大的威脅,如不采取及時(shí)有效地治理措施,會(huì)造成嚴(yán)重后果,輕者淹井停產(chǎn),重者礦毀人亡。因此礦井主排水系統(tǒng)是保證礦井安全的關(guān)鍵設(shè)備之一,在煤礦安全生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及主要問題1.2.1課題研究現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在煤礦井下排水系統(tǒng)控制的研究中取得了很多成就。就國(guó)內(nèi)的研究工作來(lái)看,大多是從煤礦井下排水系統(tǒng)的安全可靠性、節(jié)能的角度進(jìn)行研究。 首先是

18、煤礦對(duì)中央泵房水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的成功改造,為我國(guó)井下排水系統(tǒng)自動(dòng)控制開辟了一條新的途徑。這也驗(yàn)證了以計(jì)算機(jī)進(jìn)行單臺(tái)水泵的“水泵控制系統(tǒng)”改造和以礦井監(jiān)控為主的“礦井監(jiān)控系統(tǒng)”組成的“礦井排水自動(dòng)控制系統(tǒng)”是一種可行的方法。 隨后幾年,根據(jù)煤礦井下排水系統(tǒng)消耗電能大的特點(diǎn),國(guó)內(nèi)研究人員分別從離心式水泵,排水管路,電動(dòng)機(jī)三個(gè)方面提出了對(duì)井下排水系統(tǒng)的節(jié)能改造。由于各類礦井情況差別大,能源消耗尤其是電能消耗大,所以在節(jié)能技術(shù)方面的研究對(duì)煤礦效益,以致可持續(xù)發(fā)展有著很大的意義。 國(guó)內(nèi)某計(jì)研究院提出采用PLC自動(dòng)檢測(cè)水倉(cāng)水位、管道壓力、流量等數(shù)據(jù),根據(jù)水倉(cāng)水位高低和參考礦井用電情況,建立數(shù)學(xué)模型,達(dá)到了

19、水泵運(yùn)行的避峰就谷的效果,有效地節(jié)省了礦井在排水系統(tǒng)上的能耗,縮減了煤礦的生產(chǎn)成本。 隨著全國(guó)普及用電分時(shí)段計(jì)費(fèi)后,國(guó)內(nèi)專家就煤礦用電問題提出了分時(shí)用電以降低煤礦井下排水的成本。本觀點(diǎn)避開水泵、管道和用電效率等因素,單從用電時(shí)段來(lái)考慮,強(qiáng)調(diào)煤礦井下排水應(yīng)避開用電高峰,盡量在用電低谷把井下的水排凈,稱為煤礦排水的“避峰填谷”技術(shù)。 國(guó)外的研究大多從管道的長(zhǎng)期的維護(hù)和清理,井水質(zhì)量對(duì)排水設(shè)備的影響等更加細(xì)微更加長(zhǎng)遠(yuǎn)的方面來(lái)研究。 俄羅斯研究人員根據(jù)費(fèi)用相等的原理,推導(dǎo)出水泵最佳使用周期和管道清理周期的兩種形式相似的計(jì)算公式,為水泵使用和管道清理從科學(xué)的角度進(jìn)行闡述,提高了整個(gè)排水系統(tǒng)的安全性能。

20、酸性礦井排水及有害元素的影響對(duì)井下排水系統(tǒng)也是一項(xiàng)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。它不僅關(guān)乎到整個(gè)排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行,更影響井下設(shè)備和工作人員的安全。因此研究酸性礦井排水和有害元素的危害的新工藝已是國(guó)外礦井排水下大力度解決的科研難題。英國(guó)、德國(guó)、加拿大、西班牙等國(guó)根據(jù)本國(guó)礦井的具體存在的環(huán)境問題,特別是酸性礦井排水進(jìn)行了大量的研究。并公開發(fā)表了數(shù)百篇學(xué)術(shù)論文和幾部論文集和專著。對(duì)世界礦井排水中的環(huán)境研究作出了巨大的貢獻(xiàn)。1.2.2主要問題 礦井中央泵房是礦山企業(yè)的機(jī)電要害場(chǎng)所,直接影響到礦山企業(yè)的安全生產(chǎn),現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的礦山企業(yè)礦井中央泵房的自動(dòng)化水平還不是很高,這影響了生產(chǎn)的安全生和高效性,礦井中央泵房無(wú)人值守自動(dòng)

21、化系統(tǒng)可以有效解決這些問題。 井下的水泵電壓高、功率大、啟動(dòng)復(fù)雜,水泵啟動(dòng)前吸水管路的充水,通常采用抽真空吸水的方法來(lái)完成。現(xiàn)泵房?jī)?nèi)設(shè)備的運(yùn)行與管理以及水倉(cāng)水位的觀察,普遍采用人工操作方式,操作過程繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、水泵啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、自動(dòng)化程度低、不適應(yīng)現(xiàn)代化礦井管理。 隨著我國(guó)頒布分時(shí)繳納電費(fèi)的辦法后,煤礦排水的經(jīng)濟(jì)效益也尤為突出。根據(jù)統(tǒng)計(jì),每開采1噸煤就要排出2-7噸礦井水,有時(shí)甚至要排出30-40噸礦井水。井下排水設(shè)備所配備電機(jī)的功率,小的幾千瓦到幾十千瓦,大的幾百千瓦到上千千瓦、在我國(guó)煤炭行業(yè)中,井下排水用電量占原煤生產(chǎn)總耗電量的18%-41%,一般為20%左右。因此,煤礦排水系統(tǒng)的節(jié)約

22、用電也開始引起人們的注意。 1.3本課題研究的主要內(nèi)容 1.水泵的啟?？刂茩C(jī)制 煤礦井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)是以單個(gè)水泵的自動(dòng)運(yùn)作為基礎(chǔ)的,每個(gè)水泵在啟動(dòng)前, PLC模塊先啟動(dòng)抽真空系統(tǒng),檢測(cè)真空度。如果沒有達(dá)到所需的真空度則繼續(xù)等待并適時(shí)檢測(cè),當(dāng)達(dá)到所需的真空度,則啟動(dòng)水泵。然后檢測(cè)水泵出水口壓力,如果壓力參數(shù)沒有達(dá)到要求,則繼續(xù)等待,并適時(shí)檢測(cè),當(dāng)壓力參數(shù)滿足要求,則打開水泵出水口電動(dòng)閘閥同時(shí)停止抽真空系統(tǒng)。水泵運(yùn)行過程中, PLC模塊又適時(shí)檢測(cè)水倉(cāng)液位,當(dāng)水位低于液位下限值時(shí)則關(guān)閉水泵電動(dòng)閘閥。確保閘閥關(guān)閉到位,水泵關(guān)閉完畢。 2.水泵自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作 每臺(tái)水泵有兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器,分別存放運(yùn)行時(shí)間

23、和運(yùn)行次數(shù)。每次啟動(dòng)水泵,自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間最短的無(wú)故障水泵。當(dāng)兩臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間相近且最少時(shí),則啟動(dòng)運(yùn)行次數(shù)較少的水泵。自動(dòng)累加水泵的排水時(shí)間和排水次數(shù)。 3.“避峰填谷”機(jī)制 設(shè)定3個(gè)水位限值: H1水位下限 , H2報(bào)警水位 , H3超限水位 , 當(dāng)前水位設(shè)為H。當(dāng)H達(dá)到H2時(shí),首先對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測(cè),若處于用電谷段,即啟動(dòng)水泵;若處于用電峰段,則暫緩啟動(dòng)水泵;當(dāng)水位繼續(xù)上升至H3時(shí),則不論電網(wǎng)負(fù)荷如何, 必須立即啟動(dòng)水泵;不論投入幾臺(tái)水泵,水位必須下降到H1時(shí)方可停泵。1.4本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)述了煤礦井下水的形成和排水的重要性,目前該領(lǐng)域存在的問題,并介紹了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,最后對(duì)本課題所

24、要做的主要內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概括。 2 煤礦井下排水系統(tǒng)組成概況2.1離心式水泵工作原理 井下排水系統(tǒng)一般采用離心式水泵,一些小型煤礦或淺水井臨時(shí)排水系統(tǒng)也采用潛水泵。離心式水泵排水系統(tǒng)主要由離心式水泵、電動(dòng)機(jī)、起動(dòng)設(shè)備、儀表、管路及管路附件等組成。如圖2-1所示。1.起動(dòng)設(shè)備 2.電動(dòng)機(jī)3.水泵 4.抽水管 5.濾水器 6.負(fù)壓表 7.壓力表8.閘閥9.逆止閥10.射流泵 11.排水閥 12.靜壓水管 13.射流泵電磁閥 圖2-1 離心式水泵工作系統(tǒng) 1.濾水器和底閥 濾水器安裝在吸水管的下端,插入吸水井下面,不得低于0.5m 。其作用是防止井底沉積的煤泥和雜物吸入泵內(nèi),導(dǎo)致水泵被堵塞或被磨損

25、。在濾水器內(nèi)裝有舌型底閥,其作用是使灌入水泵和吸水管中的引水,以及停泵后的存水不致漏掉。但是現(xiàn)在的排水系統(tǒng)中,為了提高排水效率,減小水泵腐蝕,一般不用底閥,而用射流泵或真空泵為水泵和吸水管注水。 2.閘閥(如圖2-2)是指啟閉體閥板由閥桿帶動(dòng)閥座密封面作升降運(yùn)動(dòng)的閥門,可接通或截?cái)嗔黧w的通道。當(dāng)閥門部分開啟時(shí),在閘板背面產(chǎn)生渦流,易引起閘板的侵蝕和震動(dòng),也易損壞閥座密封面,修理困難。閘閥通常適用于不需要經(jīng)常啟閉,而且保持閘板全開或全閉的工況。不適用于作為調(diào)節(jié)或節(jié)流使用。 圖2-2閘閥結(jié)構(gòu)圖 調(diào)節(jié)閘閥安裝在靠近水泵排水管上方的排水管路上,位于逆止閥的下方。其功用為: (1)調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程;

26、 (2)起動(dòng)時(shí)將它完全關(guān)閉,以降低起動(dòng)電流。 調(diào)節(jié)閘閥的優(yōu)點(diǎn)是流動(dòng)阻力和關(guān)閉壓力較小,安裝時(shí)無(wú)方向性,能夠方便地來(lái)調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程等。其缺點(diǎn)是密封面容易擦傷,檢修較為困難,高度尺寸較大,在安裝位置受到限制時(shí),安裝不便,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,價(jià)格較高。 放水閘閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥上方的排水管路的放水管上,其作用為檢修排水管路時(shí)放水用。 3.逆止閥 逆止閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥的上方,其作用是當(dāng)水泵突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)如突然停電時(shí),或者在未關(guān)閉調(diào)節(jié)閘閥的情況下停泵時(shí),能自動(dòng)關(guān)閉,切斷水流,使水泵不致受到水力沖擊而遭到損壞。 4.灌引水漏斗、放氣栓和旁通管 灌引水漏斗是在水泵初次起動(dòng)時(shí),向水泵和吸水管中灌引水用。在向水泵和吸

27、水管中灌引水時(shí),要通過放氣栓又叫氣嘴將水泵和吸水管中的空氣放掉。 當(dāng)排水管中有存水時(shí),也可通過旁通管向水泵和吸水管中灌引水,此時(shí)要將旁通管上的閥門打開。此外,還可通過旁通管,利用排水管中的壓力水的反沖作用,沖掉積存于水泵流通部分和附著于濾水器上的雜物,但此時(shí)須通過連接在底閥上的鐵絲或鏈條將底閥提起。 5.壓力表 壓力表安裝在水泵的排水接管上,為檢測(cè)排水管中水壓大小用。常用的壓力表為普通彈簧管壓力表,根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可分為徑向無(wú)邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。表殼的公稱直徑有60,100,150,200和250mm五種。壓力表所測(cè)出的壓力叫做表壓力或相對(duì)壓力,它比絕對(duì)壓力小1個(gè)大氣壓。 6.真空表 真

28、空表安裝在水泵的吸水接管上,為檢測(cè)吸水管的真空度用。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征也可分為徑向無(wú)邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。表殼的公稱直徑和壓力表一樣,也分為60,100,150,200和250mm五種。真空表測(cè)量范圍為0-0.1 MPa一個(gè)大氣壓。 2.2射流泵和真空泵的介紹 離心式水泵在起動(dòng)前必須將吸水管和泵腔內(nèi)注滿水才能進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài),否則水泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將無(wú)法吸水,形成“干燒”,嚴(yán)重影響水泵的使用壽命。在無(wú)底閥的排水系統(tǒng)中,水泵每次起動(dòng)都要灌水,這一工作由抽真空設(shè)備完成,一般使用射流泵或真空泵。它們的工作原理不同,但都能在系統(tǒng)中使水泵工作腔達(dá)到一定的真空度,保證系統(tǒng)正常工作。 水泵房排水設(shè)備一般安置在水井液面

29、以上,所以水泵啟動(dòng)前的灌水一般采用吸入式。為了減小井水吸入阻力,提高泵站運(yùn)行效率,吸水管路不宜設(shè)置底閥。無(wú)底閥吸入式灌水,要采用撞門的引水設(shè)備,對(duì)水泵排水腔和吸水管路進(jìn)行抽真空,使水泵運(yùn)行前充滿水。引水設(shè)備一般為真空泵或射流泵。真空泵和射流泵中所用到的閥門都是球閥。 球閥(如圖2-3)是由旋塞閥演變而來(lái)。它具有相同的啟閉動(dòng)作,不同的是閥芯旋轉(zhuǎn)體不是塞子而是球體。當(dāng)球旋轉(zhuǎn)90度時(shí),在進(jìn)、出口處應(yīng)全部呈現(xiàn)球面,從而截?cái)嗔鲃?dòng)。球閥在管路中主要用來(lái)做切斷、分配和改變介質(zhì)的流動(dòng)方向。 圖2-3 球閥結(jié)構(gòu)圖2.2.1真空泵工作原理 真空泵是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。真空泵可以定

30、義為:利用機(jī)械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法對(duì)被抽容器進(jìn)行抽氣而獲得真空的器件或設(shè)備。隨著真空應(yīng)用的發(fā)展,真空泵的種類已發(fā)展了很多種,其抽速?gòu)拿棵肓泓c(diǎn)幾升到每秒幾十萬(wàn)、數(shù)百萬(wàn)升。極限壓力極限真空從粗真空到10-12Pa以上的超高真空范圍。 由于真空應(yīng)用部門所涉及的工作壓力的范圍很寬,因此任何一種類型的真空泵都不可能完全適用于所有的工作壓力范圍,只能根據(jù)不同的工作壓力范圍和不同的工作要求,使用不同類型的真空泵。為了使用方便和各種真空工藝過程的需要,有時(shí)將各種真空泵按其性能要求組合起來(lái),以機(jī)組型式應(yīng)用。 凡是利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)以獲得真空的泵,稱為機(jī)械真空泵。機(jī)械真空泵按其工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分述如

31、下: 1.變?nèi)菡婵毡?它是利用泵腔容積的周期變化來(lái)完成吸氣和排氣以達(dá)到抽氣目的的真空泵。氣體在排出泵腔前被壓縮。這種泵分為往復(fù)式及旋轉(zhuǎn)式兩種。 (1)往復(fù)式真空泵 利用泵腔內(nèi)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng),將氣體吸入、壓縮并排出。又稱為活塞式空泵。 (2)旋轉(zhuǎn)式真空泵 利用泵腔內(nèi)轉(zhuǎn)子部件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將氣體吸入、壓縮并排出。它大致有如下幾種分類: 1油封式真空泵 它是利用真空泵油密封泵內(nèi)各運(yùn)動(dòng)部件之間的間隙,減少泵內(nèi)有害空間的一種旋轉(zhuǎn)變?nèi)菡婵毡?。這種泵通常帶有氣鎮(zhèn)裝置。它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑閥式真空泵、余擺線真空泵等。 2液環(huán)真空泵 將帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)。當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí),把工作液體拋向泵殼

32、形成與泵殼同心的液環(huán),液環(huán)同轉(zhuǎn)子葉片形成了容積周期變化的幾個(gè)小的旋轉(zhuǎn)變?nèi)菸艢馇?。工作液體通常為水或油,所以亦稱為水環(huán)式真空泵或油環(huán)式真空泵。 3干式真空泵 它是一種泵內(nèi)不用油類或液體密封的變?nèi)菡婵毡?。由于干式真空泵泵腔?nèi)不需要工作液體,因此,適用于半導(dǎo)體行業(yè)、化學(xué)工業(yè)、制藥工業(yè)及食品行業(yè)等需要無(wú)油清潔真空環(huán)境的工藝場(chǎng)合。 4羅茨真空泵泵內(nèi)裝有兩個(gè)相反方向同步旋轉(zhuǎn)的雙葉形或多葉形的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子同泵殼內(nèi)壁之間均保持一定的間隙。 5)動(dòng)量傳輸泵 它依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流,把動(dòng)量傳輸給氣體或氣體分子,使氣體連續(xù)不斷地從泵的入口傳輸?shù)匠隹凇?2.分子真空泵 它是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子把動(dòng)量傳輸

33、給氣體分子,使之獲得定向速度,從而被壓縮、被驅(qū)向排氣口后為前級(jí)抽走的一種真空泵。這種泵具體可分為: (1牽引分子泵氣體分子與高速運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子相碰撞而獲得動(dòng)量,被驅(qū)送到泵的出口。 (2渦輪分子泵 靠高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉片和靜止的定葉片相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)抽氣的。這種泵通常在分子流狀態(tài)下工作。 (3復(fù)合分子泵它是由渦輪式和牽引式兩種分子泵串聯(lián)組合起來(lái)的一種復(fù)合型的分子真空泵。 真空泵運(yùn)行效率高,水泵啟動(dòng)快,但需要提供專門的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。射流泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,根據(jù)礦井的地下環(huán)境和條件,射流泵的應(yīng)用更為普遍。2.2.2射流泵工作原理 射流泵的工作原理是水射流時(shí)的“虹吸現(xiàn)象”。水力射流泵裝置的泵送是通過兩種運(yùn)動(dòng)流體的

34、能量轉(zhuǎn)換來(lái)達(dá)到的。地面泵提供的高壓動(dòng)力流體通過噴嘴把其位能壓力轉(zhuǎn)換成高速流體的動(dòng)能噴射流體將其周圍的井液從匯集室吸入喉道而充分混合,同時(shí)動(dòng)力液把動(dòng)量傳給井液而增大井液能量,在喉道末端,兩種完全混合的流體仍具有很高的流速 動(dòng)能,此時(shí),它們進(jìn)人一擴(kuò)散管通過流速降低而把 部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓能,流體獲得的這一壓力足以把自己從井下返出地面,其結(jié)構(gòu)原理如圖2-4。 1.進(jìn)水口 2.噴嘴; 3. 擴(kuò)散管; 4.混合管; 圖2-4射流泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2.3離心式水泵的啟停過程2.3.1離心式水泵的啟動(dòng)過程 首先監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位,當(dāng)水倉(cāng)水位到達(dá)設(shè)定的高水位時(shí),接通控制射流泵的電磁閥的線圈,開啟射流泵,為離心式水泵進(jìn)行注

35、水。在射流泵的作用下,水泵入口處的真空度會(huì)增加,配水井中的水會(huì)在大氣壓的作用下注入離心泵的腔體直至注滿,當(dāng)水泵入口處的真空度達(dá)到要求后(水泵入口處的真空度增加到一定的數(shù)值時(shí)不在會(huì)繼續(xù)增加),接通水泵機(jī)組中的電動(dòng)機(jī)觸點(diǎn)來(lái)開啟水泵。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中,水泵出口處的壓力會(huì)逐漸增加。最后會(huì)達(dá)到某一數(shù)值(通常為該離心式水泵的堵轉(zhuǎn)水頭)而不再增加,達(dá)到預(yù)先設(shè)定的壓力值后,為該水泵開啟其出口處的電動(dòng)閘閥,使得這個(gè)水泵機(jī)組進(jìn)行排水。同時(shí),關(guān)閉射流泵,停止為其引水。2.3.2離心式水泵的停機(jī)過程 水位在水泵的作用下逐漸下降,直到達(dá)到需要關(guān)閉水泵的水平,即水位下降到安全水位以下,這時(shí)要先關(guān)閉排水管的電動(dòng)閘閥,再關(guān)

36、閉逆止閥,防止排水管中井水倒流,隨后關(guān)閉水泵電機(jī),使其停止工作。2.4多臺(tái)水泵的井下排水系統(tǒng)組成及功能實(shí)現(xiàn) 為了防止因備用泵及其電氣設(shè)備或備用管路長(zhǎng)期不用.而使電機(jī)和電氣設(shè)備受潮或其他故障未經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障或排水管路需要維修的情況需投入備用泵和備用管路時(shí),而不能及時(shí)投入以至影響礦井安全,本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)了3臺(tái)泵和2條管路的井下排水系統(tǒng),如圖2-5。 圖2-5 煤礦井下排水系統(tǒng)圖 系統(tǒng)工作原理如下:以離心泵10#和排水管1作為常用工作系統(tǒng),離心泵20#,離心泵30#和排水管2作為備用的輪換系統(tǒng)。先不考慮避峰填谷機(jī)制的運(yùn)用,當(dāng)排水系統(tǒng)需要排水時(shí),即假定水位h2時(shí),射流泵先將水泵注滿水

37、抽真空,即打開射流泵的注水閥和排氣閥,進(jìn)行水泵的抽真空,當(dāng)水泵出水口壓力到達(dá)預(yù)定值時(shí),開啟閘閥11#,并關(guān)閉排氣閥和注水閥,停止射流泵工作。當(dāng)排水管路出口的壓力到達(dá)預(yù)定值時(shí),開啟排水閥14#,進(jìn)行排水。井水排完時(shí),即井下水位低于h1時(shí),先關(guān)閉排水閥14#,在關(guān)閉逆止閥11#,防止水井倒流打壞水泵,最后關(guān)閉水泵電機(jī)停止工作。 系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)三個(gè)主要功能:1.水泵和管道的輪循工作,2.水泵的自動(dòng)啟停,3.避峰填谷機(jī)制,本文將著重闡述避峰填谷機(jī)制在煤礦井下排水系統(tǒng)的運(yùn)用。2.5本章小結(jié) 本章詳細(xì)敘述了離心式水泵排水系統(tǒng)的組成、工作原理,球閥和閘閥的區(qū)別和特點(diǎn),射流泵和真空泵的區(qū)別以及各自的工作原理,離

38、心式水泵的啟動(dòng)和停機(jī)過程,整個(gè)排水系統(tǒng)的工作流程以及實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)介。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1可編程控制技術(shù)3.1.1 PLC的主要特點(diǎn) PLC( Programmable Logic Controller),即可編程邏輯控制器,定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序,執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 1.PLC的特點(diǎn) (1)靈活、通用 在繼電器控制系統(tǒng)中,使用的控制裝置是大量的繼電器,整個(gè)系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計(jì)好的電氣控制圖,由人工通過布線、焊接、固

39、定等手段組裝完成的,其過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如果因?yàn)楣に嚿仙僭S變化,需要改變電氣控制系統(tǒng)時(shí),原先整個(gè)電氣控制系統(tǒng)將被全部拆除,而重新進(jìn)行布線、焊接、固定等工作,耗費(fèi)大量人力、物力、和時(shí)間。而PLC是通過在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能,若控制功能需要改變,只需修改程序及少量接線即可。而且,同一臺(tái)PLC還可用于不同控制對(duì)象,通過改變軟件則可實(shí)現(xiàn)不同控制的控制要求。因此,PLC具有很大的靈活性和通用性,結(jié)構(gòu)形式多樣化,可以適用于各種不同規(guī)模、不同工業(yè)控制要求。 (2)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 可靠性是工業(yè)控制器件的重要指標(biāo)。因此,要求在各種惡劣工作環(huán)境和條件如電磁干擾、灰塵等下可靠工作,將故障率降至最低。PLC

40、具有很高的可靠性和抗干擾能力,不會(huì)出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象,故被稱為“專為適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。 (3)編程簡(jiǎn)單、使用方便 PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語(yǔ)言”編程,容易掌握。目前,PLC大多采用梯形圖語(yǔ)言編程方式,它既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感,又考慮到電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和應(yīng)用實(shí)際,電氣技術(shù)人員易于編程,程序修改靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式,與匯編語(yǔ)言相比,雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時(shí)間,但對(duì)大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來(lái)說,PLC的控制速度還是足夠快的。此外,PLC的I/O接口可直接與控制現(xiàn)場(chǎng)的用戶設(shè)備聯(lián)接。如繼電

41、器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接,具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。 (4)接線簡(jiǎn)單 PLC只需將輸入設(shè)備如按鈕、開關(guān)等與輸入端子聯(lián)接,將輸出設(shè)備如接觸器、電磁閥等與輸出端子聯(lián)接。接線極其簡(jiǎn)單、工作量極少。 (5)功能強(qiáng) PLC不僅具有條件控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)等控制功能,而且還能完成A/D. D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。因此,PLC既可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制,又可對(duì)模擬量進(jìn)行控制?？煽刂埔慌_(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線,也可控制一個(gè)機(jī)群、多條生產(chǎn)線?？捎糜诂F(xiàn)場(chǎng)控制,也可用于遠(yuǎn)距離控制?？煽刂坪?jiǎn)單系統(tǒng),又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。 (6)體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn)

42、。由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī),其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用,以及有很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力,易于嵌入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部。因此,PLC在機(jī)電一體化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。 2.PLC的主要功能 PLC是應(yīng)用面很廣,發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動(dòng)化裝置,在工廠自動(dòng)化FA和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS內(nèi)占重要地位。今天的PLC功能,遠(yuǎn)不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。 PLC系統(tǒng)一般由以下基本功能構(gòu)成: .多種控制功能 .數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功 .通信聯(lián)網(wǎng)功能 .輸入/輸出接口調(diào)理功能 .人機(jī)界面功能 .編程、調(diào)試功能 (1)控制功能 邏輯控制:PLC具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運(yùn)算功能,可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)量

43、控制。 定時(shí)控制:它為用戶提供了若干個(gè)電子定時(shí)器,用戶可自行設(shè)定:接通延時(shí)、關(guān)斷延時(shí)和定時(shí)脈沖等方式。 計(jì)數(shù)控制:用脈沖控制可以實(shí)現(xiàn)加、減計(jì)數(shù)模式,可以連接碼盤進(jìn)行位置檢測(cè)。 順序控制:在前道工序完成之后,就轉(zhuǎn)入下一道工序,使一臺(tái)PLC可作為多部步進(jìn)控制器使用。 (2)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能 數(shù)學(xué)運(yùn)算功能包括: 1)基本算術(shù):加、減、乘、除。 2)擴(kuò)展算術(shù):平方根、三角函數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算。 3)比較:大于、小于和等于。 數(shù)據(jù)處理:選擇、組織、規(guī)格化、移動(dòng)和先入先出。 模擬數(shù)據(jù)處理:PID、積分和濾波。 (3)輸入/輸出接口調(diào)理功能 具有A/D. D/A轉(zhuǎn)換功能,通過I/O模塊完成對(duì)模擬量的控制和

44、調(diào)節(jié)精度,可以根據(jù)用戶要求選擇。具有溫度測(cè)量接口,直接連接各種電阻或電偶。 (4)通信、聯(lián)網(wǎng)功能 現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),有RS232或RS485接口,可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制,多臺(tái)PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信,外部器件與一臺(tái)或多臺(tái)可編程控制器的信號(hào)處理單元之間,實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換,如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。 通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。 在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí),可由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò),以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)端和遠(yuǎn)程端也可以采用PLC作現(xiàn)場(chǎng)機(jī)。 (5)人機(jī)界

45、面功能 提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過程工作必需的信息;允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用,以便作決策和調(diào)整。實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面功能的手段:從基層的操作者屏幕文字顯示,到單機(jī)的CRT顯示與鍵盤操作和用通信處理器、專用處理器、個(gè)人計(jì)算機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。 (6)編程、調(diào)試等 使用復(fù)雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏,進(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)視、試驗(yàn)和記錄,并通過打印機(jī)打印出程序文件。3.1.2 PLC的基本工作原理 PLC運(yùn)行時(shí),內(nèi)部要進(jìn)行一系列操作,大致可分為四大類:以故障診斷、通信處理為主的公共操作,聯(lián)系工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)輸入和輸出操作,執(zhí)行用戶程序的操作,以及服務(wù)于

46、外部設(shè)備的操作(如果外部設(shè)備有中斷請(qǐng)求)。其過程示意圖如圖3-1所示。 與其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣,PLC的CPU是采用分時(shí)操作的原理,每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作,隨著時(shí)間的延伸一個(gè)動(dòng)作接一個(gè)動(dòng)作順序地進(jìn)行。這種分時(shí)操作進(jìn)程稱為CPU對(duì)程序的掃描。PLC的用戶程序由若干條指令組成,指令在存儲(chǔ)器中按序號(hào)順序排列。CPU從第一條指令開始,順序逐條地執(zhí)行用戶程序,直到用戶程序結(jié)束。然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述的掃描循環(huán)的。 PLC接通電源后,在進(jìn)行循環(huán)掃描之前,PLC首先確定自身的完好性,這是起始操作的主要工作。PLC進(jìn)行清零或復(fù)位處理,消除各元件狀態(tài)的隨機(jī)性;檢查I/O

47、單元連接是否正確;啟動(dòng)監(jiān)控定時(shí)器T0,執(zhí)行一段涉及到各種指令和內(nèi)存單元的程序,如果所用的時(shí)間不超過T0,則可證實(shí)自身完好,否則系統(tǒng)關(guān)閉。此后,將監(jiān)控定時(shí)器T0復(fù)位,允許掃描用戶程序。 PLC的基本工作過程為:3-1 PLC工作原理示意圖 1、公共操作 公共操作是在每次掃描程序前進(jìn)行自檢,若發(fā)現(xiàn)故障,除了故障燈外,還可判斷故障性質(zhì):一般性故障,只報(bào)警不停機(jī),等待處理;嚴(yán)重故障,則停止運(yùn)行用戶程序,此時(shí)PLC切斷一切輸出聯(lián)系。 2、數(shù)據(jù)I/O操作 數(shù)據(jù)I/O操作也稱為I/O狀態(tài)刷新。它包括兩種操作:一個(gè)是采樣輸入信號(hào),即刷新輸入狀態(tài)表的內(nèi)容;二是送出處理結(jié)果,即用輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路。在P

48、LC的存儲(chǔ)器中,有一個(gè)專門存放I/O的數(shù)據(jù)區(qū),其中對(duì)應(yīng)于輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū),我們稱之為輸入映像存儲(chǔ)器。當(dāng)CPU采樣時(shí)輸入信號(hào)由緩沖區(qū)進(jìn)入映像區(qū),這就是數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)刷新;同樣道理,CPU不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。當(dāng)前處理的結(jié)果放在輸出映像存儲(chǔ)器區(qū)內(nèi),在程序執(zhí)行結(jié)束后,才將輸出映像區(qū)的內(nèi)容通過鎖存器輸出到端子上。這步操作稱為輸出狀態(tài)刷新。 3、執(zhí)行用戶程序操作 在程序執(zhí)行前復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器T1,即執(zhí)行程序并開始計(jì)時(shí)。監(jiān)控定時(shí)器T1就是通常所說的“看門狗”,它是用來(lái)監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常的,正常時(shí),執(zhí)行完用戶程序所用的時(shí)間不會(huì)超過T1的設(shè)定值,執(zhí)行完用戶程序后立即使“看門狗”復(fù)位,表示程序執(zhí)行正常。當(dāng)程序執(zhí)行過程

49、中因某種干擾使掃描失控或進(jìn)入死循環(huán)時(shí),“看門狗”會(huì)發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào),使程序重新開始執(zhí)行。如果是偶然因素造成超時(shí),重新掃描程序不會(huì)再遇到“偶然干擾”,系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行;若由于不可恢復(fù)的確定性故障,則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地停止執(zhí)行用戶程序、切斷外部負(fù)荷、發(fā)出故障信號(hào),等待處理。 4、處理外設(shè)請(qǐng)求操作 每次執(zhí)行完用戶程序后,就進(jìn)入服務(wù)外設(shè)請(qǐng)求命令的操作,外設(shè)的請(qǐng)求命令包括操作人員的介入和硬件設(shè)備的中斷。外設(shè)請(qǐng)求一般不會(huì)影響系統(tǒng)正常工作,而且可能更有利于系統(tǒng)的控制和管理。如果沒有外設(shè)請(qǐng)求,系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)循環(huán)地掃描進(jìn)行。3.1.3 PLC實(shí)現(xiàn)控制功能從系統(tǒng)的控制功能上來(lái)說,應(yīng)具備以下五大功能:1.數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢

50、測(cè) 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)主要分為兩類:模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)。模擬量檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要有:水倉(cāng)水位、電機(jī)工作電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、3臺(tái)水泵的流量、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力;數(shù)字量檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要有:工作系統(tǒng)的操作方式選擇、電動(dòng)閘閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、電動(dòng)球閥狀態(tài)。? 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集主要由PLC實(shí)現(xiàn),PLC模擬量輸入模塊通過傳感器連續(xù)檢測(cè)水倉(cāng)水位,將水位變化信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理,計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)不同水位段水位的上升速率,從而判斷礦井的涌水量,控制排水泵的啟停。影響水位的因素主要來(lái)自兩方而:一是水位計(jì)故障如遭受雜物撞擊,二是水位信號(hào)受干擾如水波動(dòng)較大。對(duì)于前一個(gè)因素采用雙水位計(jì),在水倉(cāng)中設(shè)置兩個(gè)同樣的水位計(jì),PLC同時(shí)對(duì)兩個(gè)水位計(jì)取樣。如果兩路信號(hào)相差大于0.15m時(shí)系統(tǒng)報(bào)警,要求值班人員進(jìn)行檢查;而對(duì)于信號(hào)干擾,則采用軟件過濾,只有當(dāng)信號(hào)在某一值附近穩(wěn)定足夠時(shí)間,且回差足夠小時(shí)才作為控制量使用,防止了因