1、 0 目 录 序 言 . 2 第 1 章 水泵控制系统概述 . 4 1.1 水泵控制系统的组成（框图及工作原理） . 4 1.2 水泵基本参数 . 6 1.3 技术要求 . 6 1.3.1 控制性能和方式 . 7 1.3.2 数据采集、逻辑运算、记录及显示、打印 . 7 1.3.3 保护功能 . 8 1.3.4 通讯 . 9 1.3.5 有足够的升级冗余 . 9 第 2 章 PLC 的选型 . 10 2.1 PLC 简介 . 10 2.1.1 PLC 基本概念 . 10 2.1.2 PLC 基本结构 . 12 2.1.3 PLC 的工作原理 . 14 2.1.4 PLC 系统的其它设备 . 1
2、5 2.1.5 PLC 的通信联网 . 15 2.1.6 PLC 软件系统及常用编程语言 . 16 2.2 PLC 的选择 . 17 2.2.1 控制系统设计的基本原则 . 17 2.2.2 S7-300 的基本性能 . 17 2.2.3 S7-300 的基本组成 . 18 2.2.4 S7-300 的通讯 . 19 2.2.5 S7-300 的基本结构 . 20 1 第 3 章 水泵 PLC 控制设计 . 21 3.1 控制方案设计 . 21 3.1.1 设计原则及技术标准 . 21 3.1.2 控制系统改造方案 . 21 3.2 控制系统组成 . 23 3.2.1 系统结构 . 23 3.
3、2.2 地面上位机部分 . 26 3.2.3 井下泵房监控站部分 . 26 3.2.4 传感器部分 . 27 3.3 系统功能 . 27 3.3.1 控制功能 . 27 3.3.2 显示及数据记录功能 . 29 3.5 系统技术性能及特点 . 34 第 4 章 检测与保护 . 35 4.1 水仓水位检测 . 35 4.2 排水管路流量检测 . 35 4.3 真空压力检测 . 35 4.4 水泵压力检测 . 35 4.5 保护功能 . 36 4.6 KX15/660（ 380） DZ 矿用电动阀门控制箱 BC- . 37 4.7、电动闸阀 MZ941H-100DN250 . 37 结束语 . 4
4、0 参考文献 . 39 致谢 . 40 2 序 言 高产、优质、安全、节能、省力，减少岗位人员，最终达到降低成本，提高劳动生产率以获取最大利润是今后煤炭企业在竞争中生存的基础，煤矿要发展、要生存，必须走安全、高产、高效、实现矿井自动化之路，通过自动化建设实现减员增效、降低成本，提高劳动生产率，而井下排水自动控制系统是煤矿自动化的一个重要组成部分。 实现井下排 水系统的自动化控制： 第一、可依据水仓水位起停水泵，提高水泵有效利用率，降低成本，节能增效。 第二、可减少看护人员，并可充实设备维护检修队伍，提高维护质量，减少事故发生，变发生事故后的被动检修为主动的定期检修，提高设备的使用率，实现减人增
5、效。 第三、可以保证煤矿的安全生产，改善工作环境，提高劳动生产率。 第四、可有效的保护水泵电机等设备，延长使用寿命，减少事故停机时间，提高排水能力。 第五、可有效的提高突、透水事故的应急处理能力，防止灾害的发生。 随着计算机控制技术及以微处理器为核心的可编程序控制器的普遍应 用，结合矿井排水系统的特点，在确保先进性与可靠性的基础上，采用矿用本质安全型工业控制计算机庞大的软硬件资源，通过各种先进可靠的传感器、保护装置、电动闸阀、电动球阀等设备组成矿井主3 排水自动控制系统。该自动控制系统达到准确及时的掌握各种设备的工作状态、减少排水系统操作人员工作量，降低劳动强度，结合水仓水位变化充分提高煤矿井
6、下主排水系统效率，使水泵排水系统能够安全可靠、节能高效、经济合理的优化运行。对于进一步实现全矿井生产系统的自动化、科学化、网络化管理具有十分重要的意义。 矿井下的涌水由井下各个岩层渗出水组成， 涌水沿各巷道排水沟流入水仓积存。 井下水泵房排水系统是煤炭矿井的关键系统之一。本方案从实际出发，在井下泵房配备一套适合于煤矿井下环境的自动控制系统（简称系统），以实现排水自动化控制。 4 第 1 章 水泵控制系统概述 1.1 水泵控制系统的组成（框图及工作原理） JSJ地面井下监控主机水泵控制系统工业以太网接入DL6井下环网系统DL1DL2地面核心交换机光缆1#KDK8 7#KDK8光缆本安控制计算机环
7、网交换机图 1-1 水泵系统与自动化平台连接5 水泵控制原理图BKM3 SB3KM3KM3FR1KM1KM2KM2FR2SQAKM3SQBFU3ASB1SB2KM1SQCKM2SQB图 1-2 控制回路接线图 电器动作顺序表： 1、当水位在正常水位时，开关 SQB闭合 KM1吸合 M1工作 当 水位到警戒水位时，开关 SQA、 SQB闭合 KM1吸合 M1工作 KM2吸合 M2工作 当水位到乏水位时，开关 SQC打开 KM1断开 M1停止 2、主泵需要检修时，按下 SB3 KM3吸合 SB3自保 KM1断开 M1停止 KM2吸合 M2工作 3、人工手动 操作启动按钮 SB2，停止按钮 SB1
8、6 1.2 水泵基本参数 1、水泵 水泵型号： 水泵数量： 7 台 流量：三趟总管路流量监测（每台总管路一台流量监测） 压力： 6.4MPa 10MPa 2、射流装置 射流装置型号： 射流装置数量： 7 套 射流装置工作压力： -0.1MPa 0.1MPa 3、阀门 电动闸阀数量：每台泵一台电动闸阀，共 7 台 电动球阀数量：每台泵两台电动球阀，共 14 台 1.3 技术要求 系统及设备符合国家相关标准和煤炭行业标准要求。井下硬件设备需具有国家煤 安标志、生产许可证和防爆合格证，满足防爆、防尘、抗高温潮湿和电磁干扰的要求。 7 1.3.1 控制性能和方式 （ 1）系统对电动机和电动闸阀具有远控
9、、就地自动、就地手动三种工作方式。 （ 2）每台水泵可设置“运行”、“备用”、“检修”三种工作方式。 （ 3）系统能够自动判断水泵和排水管路的效率和累计运行时间 ,对效率和累计运行时间超过规定的及时警示和提醒进行更换。 （ 4）在正常自动运行状态下，系统能根据吸水井水位、水位上升速率等检测计算值判断矿井涌水量，自动控制开、关电动闸阀，启、停水泵以及自动判断启、停台数；系统 能根据给定的电力避峰填谷时间段实现节能运行；系统能够根据轮换工作原则，自动实现水泵的轮换运行，避免单台水泵长期运行导致故障。系统通过以上方式以安全高效为基本原则达到自动化节能优化运行。 （ 5）系统要有当矿井发生突、透水等重
10、大事故情况时的应急处理程序，从而实现灾害情况下排水系统的抗灾型有序运行。 1.3.2 数据采集、逻辑运算、记录及显示、打印 （ 1）模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电压（开关改造后实现）、电流（开关改造后实现）、电机定子及轴承温度、吸水管真空度、排水管压力、流量等。数字量检测的数据主 要有：手动、自动控制方式，远程、就地控制方式，水泵启、停状态，水泵故障信号，水泵电机启、停状态，各闸阀的工作状态与启、闭状态等。 8 （ 2）通过数据自动采集连续检测水仓水位，控制水泵的启停和运行台数。 （ 3）可将系统的各种参数状态、故障及开停时间、水泵及管网效率统计等信息记录到历史数据库中，并可分时
11、间段统计查询。 （ 4）系统能够实时动态模拟显示系统的整体运行状态和设备检测值，如水仓水位、水泵流量、排水管状态、电流、电压及电动机、电动闸阀等的各种工况状态；可实时显示系统各设备的故障信息，并按故障级别分别发出相应 报警；系统具有水位、流量、电流、压力等模拟量的实时及历史曲线显示。 （ 5）具备故障记录，历史数据查询、打印等功能。打印分人工打印、自动打印、事故打印等。 1.3.3 保护功能 （ 1）超温保护：对于电动机内部预埋的三相定子及两端轴承的Pt100 电阻信号，系统可直接接受该信号，当温度超过设定值和上升速率超过规定时，应及时报警并退出运行。 （ 2）水泵起动保护：根据水泵起动时流量
12、、压力、真空度等参数自动判断水泵是否正常起动，非正常起动时能及时报警并顺序起动下台水泵。 （ 3）当电机、水泵、电动闸阀、系统故障时，能及时 发出告警信息并在监视后台以声光、闪烁、推画面等显著警示，并显示故障情况，警示工作人员修复。 9 1.3.4 通讯 系统通讯接口采用统一、标准的接口组件（具有以太网接口），通讯协议采用标准、开放的协议，能够与整个矿井综合自动化信息系统无缝连接。 1.3.5 有足够的升级冗余 系统的升级 只是 对 CPU 升级。由于新出的 CPU 和旧的 CPU 版本号不同，会出现不兼容的现象。在 400H 冗余系列，需要升级的居多，因为一主一备，有一个坏了，换新的 CPU，版本不同，同步通讯就不能进行，所以必须对旧的 CPU 升级。升级很简单，拔出存储卡，插 入升级卡就可以升级了。 1.3.5原控制系统存在的问题 在原来的控制系统由于是采用漂浮来控制水泵电机的运行与停止，所以对于水位和储水量的控制不是很精准。 原控制回路里，人为控制的因素比较多，所以加重了人的劳动强度。原控制回路系统中采用的开关设备较多，与电子产品相比，系统的稳定性较差。
