基于PLC的抽水泵控制

毕业设计（论文）（成教）题目：基于PLC的抽水泵控制系统设计院(系)：机电工程学院专业：机械制造与自动化姓名：学号：72指导教师：二〇一四年一月二十日毕业设计（论文）任务书毕业设计(论文)进度计划表日期工作内容执行情况指导教师签字2013.11.28-2013.12.20查找资料，选题2013.12.22-2014.1.31完成论文的初稿2014.2.1-2014.3.15完成论文二稿的写作2014.3.16-2014.4.5完成论文的终稿及格式修改2014.4.6-2014.4.20定稿，打印论文，做好评阅的准备2014.4.21-2014.4.25论文评阅教师对进度计划实施情况总评签名年月日本表作评定学生平时成绩的依据之一。

毕业设计(论文)中期检查记录表学生填写毕业设计(论文)题目:基于PLC的抽水泵控制系统设计学生姓名:学号：08专业：机械制造与自动化指导教师姓名:职称:检查教师填写毕业设计(论文)题目工作量饱满一般不够毕业设计(论文)题目难度大适中不够毕业设计(论文)题目涉及知识点丰富比较丰富较少毕业设计(论文)题目价值很有价值一般价值不大学生是否按计划进度独立完成工作任务学生毕业设计(论文)工作进度填写情况指导次数学生工作态度认真一般较差其他检查内容：存在问题及采取措施:检查教师签字:年月日院（系）意见(加盖公章):年月日摘要基于PLC的矿井排水监控系统现场控制部分是为了煤矿安全和正常生产而进行的各种有关参数或状态的集中监测，并对有关环节加以控制，是保护、采掘、运输、通风、排水等主要生产环节安全运行的重要设施。

本文主要介绍了一种基于西门子S7-300PLC的矿井下排水泵自动控制系统的设计方法和思路。

西门子S7-300型PLC 给出了矿井下排水系统的传感器及执行机构的配置方案、通信网络结构和系统功能设计，实现了对水泵进行自动控制，水位监测、自动启停水泵、故障自诊断等功能；同时也实现了水泵运行的合理调度，提高了设备利用率，达到了节能增效的效果，并能与上位机通讯，实现远程控制和在线监测，提高了煤矿自动化水平和安全性。

关键词：矿井排水监控系统远程控制PLC西门子S7-300AbstractBased on field control part of the mine drainage control system PLC is the centralized monitoring for coal mine safety and normal production of various parameters or state,and to control the process,is an important facility for main production link protection,mining, transportation,ventilation,drainage and other safety running.This paper mainly introduces the design method and the idea of an automatic control system of coal mine drainage pump Siemens S7-300based on PLC.Siemens type S7-300PLC gives the function structure of communication network and system configuration,sensor and actuator coal mine drainage system design,realizes the automatic control of the water pump,water level monitoring, automatic start and stop the pump,fault self diagnosis function;but also to achieve a reasonable scheduling of pump operation,improves the utilization rate of equipment to achieve energy saving,efficiency,and can communicate with PC,remote control and online monitoring,improve the automation level and the safety of coal mine.KEY WORDS：PLC remote monitoring system of mine water drainage Siemens S7-300目录第一章煤矿井下排水泵自动控制系统的工作原理及组成 (1)第一节概述 (1)第二节工作原理 (1)第三节系统组成 (2)第二章控制系统的设计 (5)第一节控制网络的设计 (5)第二节控制系统功能设计 (5)第三节控制系统可靠性设计 (7)第四节控制系统程序设计 (7)第三章PLC井下排水自动控制系统 (11)第一节PLC井下排水自动控制系统的技术 (11)第二节PLC井下排水自动控制系统分层 (11)第三节影响PLC控制系统稳定的干扰因素 (12)第四节PLC控制系统的抗干扰措施 (13)第四章结论 (14)致谢 (15)参考文献 (16)附录 (17)第一章煤矿井下排水泵自动控制系统的工作原理及组成第一节概述随着计算机控制技术的迅速发展，以微处理器为核心的可编程序控制器（PLC）控制已逐步取代继电器控制，普遍应用于各行各业的自动化控制领域。

当然煤炭行业也不例外，但是目前许多矿井下主排水系统还采用人工控制，水泵的开停及选择切换均需人工完成，完全依赖于工人的技术、经验和责任心，也预测不了水位的增长速度，做不到根据水位和其他参数在用电的峰谷期自动开停水泵，这将严重影响煤矿自动化管理水平和经济效益，同时也容易由于人为因素造成各种安全隐患。

在煤矿矿井建设和生产过程中，随时都有各种来源的水涌入矿井，为保证煤矿的生产安全，必须及时将涌出的矿井水快速地排放到地面，矿井排水设备不仅要排除各时期涌入矿井的水，而且在遭到突然涌水的袭击有可能淹没矿井的情况下，还要抢险排水，因此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。

因此，矿井排水设备是煤矿建设和生产中不可缺少的，排水泵的安全可靠运行对保证矿井安全生产起着非常重要的作用。

目前，矿井排水系统普遍采用人工操作，存在着人员劳动强度大、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。

针对当前煤矿排水系统的实际情况，本文提出一种实现煤矿井下自动排水系统的设计方案，并对其工作原理和结构做一扼要介绍。

第二节工作原理煤矿井下排水泵自动控制系统通过检测水仓水位和其它参数，控制水泵轮流工作与适时启动备用泵及停止急停等，合理调度水泵正常运行。

系统通过触摸屏以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、电机温度、轴承温度、排水管流量等参数，并通过通讯模块与综合监测监控主机实现数据交换。

该系统具有运行可靠、操作方便、自动化程度高等特点，并可节省水泵的运行费用。

（1）控制方式上看：PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。

（2）工作方式看：PLC串行工作，不受制约。

（3）控制速度上看：PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而五抖动一说。

（4）定时、计数看：PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽，有记忆功能。

（5）可靠、维护看：PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。

第三节系统组成整个自动控制系统由数据自动采集、自动轮换工作、自动控制、动态显示及故障记录报警和通讯接口等5个部分组成。

（1）数据自动采集与检测数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。

模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、3趟排水管流量；数字量检测的数据主要有：水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电磁阀状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力。

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检测水仓水位，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，控制排水泵的启停。

在数据采集过程中，模拟量信号的处理是将模拟信号变换成数字信号（A/D转换），其变换速度由采样定律确定。

一般情况下，采样频率应为模拟信号中最高频率成分的2倍以上，这样经A/D变换的精度可完全恢复到原来的模拟信号精度。

A/D变换的精度取决于A/D变换器的位数。

如5V电压要求以5mV精度变换时，精度为5mV/5V=0.1%,即1/1000十进制的1000用二进制表示时要求为10位,而本系统所采用的A/D模块分辨率为16bit,其精度在±0.05%以上，该精度等级足以满足控制系统要求。

同时，PLC所采用的A/D模块均以积分方式变换，可使输入信号的尖峰噪音和感应噪声平均化，适用于噪音严重的工业场所。

（2）自动轮换工作为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了5台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当某台泵或所属阀门故障、某趟管路漏水时，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产的目的。

（3）自动控制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运行一个非常重要的参数，因此，系统设置了两套水位传感器，模拟量和开关量传感器，两套传感器均设于水仓的排水配水仓内，PLC将接受到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率和下降速率，从而判断矿井的涌水量，同时检测井下供电电流值，计算用电负荷率，根据矿井涌水量和用电负荷，控制在用电低峰和一天中电价最低时开启水泵，用电高峰和电价高时停止水泵运行，以达到避峰填谷及节能的目的。