畢業(yè)設(shè)計(jì)--煤礦水平自動(dòng)排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract.........................................................................................................1&

2、lt;/p><p>　　第一章 前 言2</p><p>　　1.1 排水在煤炭開采中的作用2</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外煤礦排水的發(fā)展概況及其存在的問(wèn)題2</p><p>　　1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)目的和意義4</p><p>　　1.4 指導(dǎo)思想4</p><p>　　1.5

3、本設(shè)計(jì)要完成的主要任務(wù)4</p><p>　　第二章 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 排水方案的確定5</p><p>　　2.2 管材的選擇及排水系統(tǒng)水力計(jì)算6</p><p>　　2.2.1 管材的選擇6</p><p>　　2.2.2 排水系統(tǒng)的水力計(jì)算7</p><

4、p>　　2.3 水泵選型9</p><p>　　2.3.1 選泵的依據(jù)9</p><p>　　2.3.2 選泵原則9</p><p>　　2.3.3 水泵選型10</p><p>　　2.4 水泵安裝基礎(chǔ)設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.5 水泵房設(shè)置及排水設(shè)備的布置12</p><

5、;p>　　2.5.1 水泵房設(shè)置12</p><p>　　2.5.2 排水設(shè)備的布置12</p><p>　　第三章 主電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1 電氣負(fù)載計(jì)算及啟動(dòng)方案選擇14</p><p>　　3.1.1 電流計(jì)算14</p><p>　　3.1.2 啟動(dòng)方案選擇14</p&

6、gt;<p>　　3.2 電氣元件選型15</p><p>　　3.3 主回路設(shè)計(jì)17</p><p>　　第四章 控制回路設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1 PLC控制回路元件選型及其接線設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1.1 控制部分電氣元件選型18</p><p>　　4.1.2 PL

7、C接線設(shè)計(jì)及I/O分配表18</p><p>　　4.2 可編程序控制器（PLC）選型設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2.1 PLC觸點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)統(tǒng)20</p><p>　　4.2.2 存儲(chǔ)器容量的估算21</p><p>　　4.2.3 控制功能的選擇21</p><p>　　4.2.4 機(jī)型的選擇23&l

8、t;/p><p>　　4.3 水位控制計(jì)的設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.4 PLC編程26</p><p>　　4.5 觸摸屏設(shè)計(jì)26</p><p>　　第五章 結(jié)論31</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)32</p><p>　　致 謝33</p><

9、;p>　　附錄 PLC梯形圖程序35</p><p>　　火鋪煤礦西2區(qū)600水平自動(dòng)排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　煤炭是我國(guó)主要的能源之一，也是應(yīng)用最廣的能源，在化工與火力發(fā)電方面有著重要的地位，在煤礦類型中，有露天煤礦，也有深井煤礦。露天煤礦較深井煤礦更方便

10、開采，也更安全。為了開采安全，在開采過(guò)程中，尤其是深井煤礦，必須排除大量從煤層中涌出來(lái)的水。煤礦的涌水量因受到多方面因素的影響，在分析確定涌水量的情況下，采用什么樣的排水系統(tǒng)、排水方案，怎么利用好自動(dòng)控制的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤礦自動(dòng)排水，減少人員值守時(shí)間，確保煤礦生產(chǎn)安全是煤礦生產(chǎn)的重要工作之一，也是本設(shè)計(jì)的主要目的。</p><p>　　因此，煤礦排水系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用，它主要負(fù)責(zé)排除煤礦礦井中的聚

11、集水，是煤礦安全生產(chǎn)的重要保障。能否及時(shí)有效地將井下聚集水排出，關(guān)系著礦井煤炭的開采，關(guān)系著礦井中施工人員的生命安全。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為：流量為30，揚(yáng)程為90的煤礦排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，及其主電路、控制回路以及水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，調(diào)試方案的設(shè)計(jì)，以及編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。</p><p>　　關(guān)鍵詞：煤礦 排水系統(tǒng) 自動(dòng)控制 設(shè)計(jì)</p><p&g

12、t;　　HUO PU west 2 coal mine district 600 level automatic drainage control system design </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Coal is one of the major energy in our country, also is the

13、 most widely used energy, has important position in chemical industry and thermal power, in the type of coal mine, has the open-pit coal mine, also have a deep well of coal mine. Open-pit coal mine the deep coal mining,

14、more convenient and more safety. For mining safety in drilling process, especially the deep well coal mine, must rule out a large number of pours out of the water from the coal seam. Coal mine water inflow due to affecte

15、d</p><p>　　Therefore, coal mine drainage system has a vital role in the coal mine safety production, it is mainly responsible for eliminate accumulation of water in coal mines, coal mine safety production is

16、 an important guarantee. Can draw off downhole gathered in a timely and effective manner, the relationship between the mining of coal mine, the relationship between the construction personnel life safety in the mine.<

17、/p><p>　　The main content of this design is: the flow of 30, head of 90 coal mine drainage system design, and its main circuit, control circuit and the design of water level control system, debugging scheme of

18、the design, and write a design calculation manual.</p><p>　　Key words: coal mine drainage system automatic control and design</p><p>　　第一章 前 言</p><p>　　排水在煤炭開采中的作用</p>

19、<p>　　煤炭是我國(guó)最主要的能源結(jié)構(gòu)成分，在國(guó)名經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。眾所周知，我們國(guó)家是一個(gè)以煤炭為主要能源的發(fā)展中大國(guó)，對(duì)能源的需求量很大，確保煤炭產(chǎn)量的穩(wěn)定對(duì)我們來(lái)說(shuō)是相當(dāng)?shù)闹匾?。改革開放30多年以來(lái)，我們國(guó)家在科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)方面都取得了迅猛的發(fā)展，各行各業(yè)也發(fā)生了翻天覆地的變化，煤礦給排水也同樣取得了革命性的發(fā)展。然而，煤礦排水是整個(gè)煤炭生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，做好煤礦排水工作，就是為煤炭生產(chǎn)過(guò)程打下安全

20、的基礎(chǔ)。</p><p>　　在所開采的煤礦類型中，有露天煤礦，也有深井煤礦，在開采過(guò)程中，為了開采的安全，尤其是深井煤礦，必須排除大量從煤層中涌出來(lái)的水。在煤礦礦井中由于涌水聚集而存在大量的水，這就嚴(yán)重影響煤炭的正常開采，甚至導(dǎo)致礦井坍塌，所以我們必須利用把這些涌出水匯聚到一個(gè)水倉(cāng)中，利用排水系統(tǒng)將其排出礦井。因此，排水在煤礦開采中有著至關(guān)重要的作用。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外煤礦排水

21、的發(fā)展概況及其存在的問(wèn)題</p><p>　　在國(guó)內(nèi)外煤礦排水系統(tǒng)中，目前大多數(shù)采用繼電器進(jìn)行控制。一方面，這種排水系統(tǒng)可靠性差、自動(dòng)化程度不高、安全系數(shù)低；另一方面，由于排水器械功率較大，頻繁啟動(dòng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大的沖擊，從而影響了煤礦的正常供電；其次，在水泵等啟動(dòng)時(shí)，噪音及震動(dòng)比較大，這就縮短了排水設(shè)備的使用壽命。所以說(shuō)這種排水方式效率低、工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、而且誤操作比較多，是一種傳統(tǒng)而且落后的排水方法。&l

22、t;/p><p>　　自動(dòng)排水系統(tǒng)就克服了這些缺點(diǎn)，能夠節(jié)省大量的人力。它以系統(tǒng)安全、可靠、先進(jìn)為原則，既能利用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)在安全生產(chǎn)指揮調(diào)度中心對(duì)井下排水系統(tǒng)泵房的所有設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和控制，又能做到泵房無(wú)人值守、而設(shè)備卻安全可靠地運(yùn)行。</p><p>　　在這樣的科技與信息時(shí)代，煤礦排水系統(tǒng)的控制精度將會(huì)越來(lái)越高，而工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度也會(huì)越來(lái)越低。煤炭工業(yè)將在大力提高機(jī)械化，自動(dòng)化水平的基

23、礎(chǔ)上充分利用計(jì)算機(jī)及通信等現(xiàn)代信息技術(shù)，加速實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)的信息化，以達(dá)到信息資源共享，提高煤礦管理水平的目的。所以說(shuō)，煤礦排水正在逐步向自動(dòng)化、智能化和信息化邁進(jìn)。</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)目的和意義</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)階段學(xué)習(xí)中一個(gè)至關(guān)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。具體來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)總結(jié)、深化和拓展本科階段學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)的重要過(guò)程；是對(duì)學(xué)習(xí)、研

24、究以及實(shí)踐成果的一次全面總結(jié)；是對(duì)工程實(shí)踐能力與綜合素質(zhì)的培養(yǎng)效果的一次全面檢查；是實(shí)現(xiàn)從學(xué)校的理論學(xué)習(xí)到崗位實(shí)踐工作的過(guò)度環(huán)節(jié)。畢業(yè)設(shè)計(jì)強(qiáng)化了我們對(duì)技能和基本知識(shí)的掌握和理解，培養(yǎng)了我們收集資料、查閱資料、研究和總結(jié)資料的能力，提高了我們比較、分析和論證設(shè)計(jì)方案的能力，理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算能力，提高了計(jì)算機(jī)應(yīng)用繪圖的能力以及編寫控制程序的能力。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，相信在以后的學(xué)習(xí)工作中我能將所學(xué)的理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)一步相結(jié)合。</

25、p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)也是實(shí)現(xiàn)高等教育培養(yǎng)研究型復(fù)合性人才的目標(biāo)，是高等教育必不可少的實(shí)踐環(huán)節(jié)，是實(shí)踐教學(xué)的最后一步也是相當(dāng)重要的一步。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)強(qiáng)化我們對(duì)基本理論知識(shí)和基本實(shí)踐技能的理解與掌握，培養(yǎng)我們查閱資料、和分析研究資料的能力在。在大學(xué)期間，我們主修的是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，由于在進(jìn)行煤礦自動(dòng)排水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，涉及到多種排水方案的選擇。在這個(gè)過(guò)程中，要運(yùn)用到許多新的知識(shí)，比如說(shuō)建筑給排水工程的知識(shí)，

26、ONRON PLC的編輯、觸摸屏的選型和設(shè)計(jì)等，它培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)的能力，更重要的是培養(yǎng)了我們學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力，我們更好地掌握資料的收集和分析、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的選擇和運(yùn)用；掌握給高樓供水工程管網(wǎng)的布置和水力計(jì)算、設(shè)計(jì)方案的選型、圖紙的繪制以及設(shè)計(jì)說(shuō)明書的編制等全過(guò)程。另外對(duì)培養(yǎng)我們獨(dú)立思考問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為今后工作做好技術(shù)儲(chǔ)備，都具有十分重要意義。</p><p>　　紙上得來(lái)終覺淺，絕知

27、此事要躬行，對(duì)任何一套理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，如果不能讓其為社會(huì)生產(chǎn)而服務(wù)，轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力，一切都是紙上談兵，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們認(rèn)識(shí)到將理論知識(shí)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐的重要性。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)給水排水工程，尤其是煤礦排水自動(dòng)控制工程有了更深入的了解和認(rèn)識(shí)</p><p><b>　　指導(dǎo)思想</b></p><p>　　為適應(yīng)高等教育培養(yǎng)運(yùn)用型與研究型的復(fù)合型人才的特點(diǎn)，

28、畢業(yè)設(shè)計(jì)在高等教育的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中是非常重要的。</p><p>　　在煤礦自動(dòng)排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們要本著結(jié)合行業(yè)、深入企業(yè)、貫穿工作崗位的實(shí)際需要，不能紙上談兵，要符合煤礦的生產(chǎn)技術(shù)要求，根據(jù)國(guó)內(nèi)目前的煤礦排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀，擬定符合實(shí)際的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)設(shè)計(jì)，以培養(yǎng)我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，增強(qiáng)對(duì)就業(yè)崗位的適應(yīng)性。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要認(rèn)真設(shè)計(jì)，獨(dú)立完成，遇到不懂的

29、自己查閱資料，或者向指導(dǎo)老師請(qǐng)教。只有在掌握了充分的理論知識(shí)才能完成一個(gè)良好的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)，只有經(jīng)過(guò)每一步準(zhǔn)確的計(jì)算和核定，保證了參數(shù)的準(zhǔn)確性，才能保證設(shè)備的正確設(shè)計(jì)和型號(hào)的正確選擇，進(jìn)而保證系統(tǒng)工作的可靠性，安全性。本設(shè)計(jì)以以上為指導(dǎo)思想。 </p><p>　　1.5 本設(shè)計(jì)要完成的主要任務(wù)</p><p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，主要完成以下任務(wù)。</p><p&

30、gt;　　1.排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括排水方案確定，排水管路計(jì)算及水泵選型，水泵安裝圖設(shè)計(jì)，水泵基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。方案的選擇是設(shè)計(jì)的第一步，在方案選擇時(shí)，由于是在井下，除了要保證整個(gè)系統(tǒng)中排水設(shè)備占用的空間足夠小，還要有足夠的空間方便進(jìn)行維修。要讓維修方便，就必須要保證好機(jī)組間的距離，太大了占用空間，太小了又不方便工人維修，一般間距設(shè)置在之間。</p><p>　　2. 主電路設(shè)計(jì)：電動(dòng)機(jī)選型計(jì)算及啟動(dòng)方案選擇，短路、過(guò)載保護(hù)

31、設(shè)計(jì)計(jì)算。主回路的設(shè)計(jì)，電路的各種保護(hù)功能應(yīng)該齊全，電動(dòng)機(jī)選型合理，功率太小無(wú)法排水，太大則不節(jié)能，功率損失大。 </p><p>　　3. 控制回路設(shè)計(jì)：可編程序控制器選型設(shè)計(jì)，觸摸屏選型，軟件程序設(shè)計(jì)。電器部分的設(shè)計(jì)是這次設(shè)計(jì)的核心部分，要注意電器的正確選型，有三個(gè)變化量：水位高低，涌水量和排水量。為了使系統(tǒng)達(dá)到在最佳節(jié)能方式下工作，必須使涌水量等于排水量。</p><p>　　第二章

32、 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　排水方案的確定</b></p><p>　　煤礦排水系統(tǒng)作為煤炭生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。因此，排水系統(tǒng)的可靠性高低一定程度上決定了整個(gè)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中工作人員的生命安全。在國(guó)家節(jié)能減排政策的要求下，還得綜合考慮整個(gè)煤礦排水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、節(jié)能性和實(shí)用性。一方面，要求設(shè)計(jì)施工人員在選擇排水器材時(shí)要綜合考慮購(gòu)買排水器材的

33、費(fèi)用、使用過(guò)程中的能源消耗費(fèi)用以及管理和維護(hù)器材的成本費(fèi)用，因此在選擇器材時(shí)要選用性價(jià)比較高的排水器材。另一方面必須設(shè)置得有備用水泵和備用水管，只有這樣，才能保證在工作機(jī)組出故障、不能工作甚至在煤礦礦井涌水量超常的情況下能利用備用機(jī)組進(jìn)行排水或檢修。其次還要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中選用功率適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)、性能優(yōu)良的水泵和符合要求的管道。還要按要求降低系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的噪音，保證系統(tǒng)機(jī)組啟停時(shí)無(wú)有害沖擊，管路中閥門的阻尼要小，盡量減少在排水過(guò)程

34、中產(chǎn)生的振動(dòng)。</p><p>　　根據(jù)《煤礦安全規(guī)程(2010)》中第二百七十八條規(guī)定，煤礦中水泵設(shè)置必須有工作、備用和檢修的水泵。工作水泵的能力，應(yīng)能在20h內(nèi)排出礦井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。備用水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的70%。工作和備用水泵的總能力，應(yīng)能在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。檢修水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的25%。水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，可在主泵房?jī)?nèi)預(yù)留安裝一

35、定數(shù)量水泵的位置。</p><p>　　水管設(shè)置必須有工作和備用的水管。工作水管的能力應(yīng)能配合工作水泵在20h內(nèi)排出礦井24h的正常涌水量。工作和備用水管的總能力，應(yīng)能配合工作和備用水泵在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。</p><p>　　而在實(shí)際應(yīng)用中，單臺(tái)水泵的排水量往往達(dá)不到礦區(qū)的要求，以及使用單臺(tái)水泵的可靠性差等原因，因此，需要利用多臺(tái)離心泵并聯(lián)同時(shí)運(yùn)行。水泵在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，即

36、使使用的是同一廠家同一型號(hào)的水泵，也不能完全認(rèn)為單臺(tái)泵性能完全相同，實(shí)際運(yùn)行中負(fù)荷有變化，且管路中的阻力損失不能忽略，這些影響到水泵的運(yùn)行特性。所以掌握水泵實(shí)際并聯(lián)運(yùn)行特性的變化規(guī)律，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。并聯(lián)運(yùn)行后每臺(tái)泵輸送的流量減少，揚(yáng)程卻要升高一些，這是因?yàn)椴⒙?lián)后共用管路流量增大，阻力也相應(yīng)增大，需要相應(yīng)提高揚(yáng)程來(lái)克服阻力損失。因此，并聯(lián)水泵臺(tái)數(shù)過(guò)多并不經(jīng)濟(jì)。</p><p>　　因此，在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，采

37、用一臺(tái)工作水泵，一臺(tái)備用、一臺(tái)檢修水泵，以及其自己的獨(dú)立的排水水管，簡(jiǎn)稱“一用一備一檢修”單泵單管排水系統(tǒng)。水泵排水能力能根據(jù)礦井實(shí)際情況提高和改變，同時(shí)系統(tǒng)的可靠性增加。</p><p>　　管材的選擇及排水系統(tǒng)水力計(jì)算</p><p><b>　　管材的選擇</b></p><p>　　排水水管有兩種，分別為工作水管（即工作水泵使用的水管）

38、和備用水管（即工作水泵使用的水管）。因?yàn)槭褂玫乃眯吞?hào)一致，每臺(tái)水泵的排水流量一致，所以兩者管徑一致。排水過(guò)程中大多數(shù)時(shí)間使用的是工作水管，只有當(dāng)其出現(xiàn)堵塞等故障時(shí)就得利用備用水泵和備用水管，以保證在檢修時(shí)不影響排水系統(tǒng)排水能力。</p><p>　　如果沒(méi)有選擇合適的管材，根本就難以完成這樣的設(shè)計(jì)。目前我國(guó)給排水管管材琳瑯滿目，大體上可分為金屬管和非金屬屬管兩大類。應(yīng)用較多的金屬管分為鋼管和球墨鑄鐵管。其中鋼管

39、有焊接鋼管和無(wú)縫鋼管。焊接鋼管又分為螺旋縫焊和直焊鋼管，其中直焊鋼管較為常見。無(wú)縫鋼管分為冷軋管和熱軋管，冷軋管最大，熱軋管最大。鋼管中還有不銹鋼管，但由于造價(jià)較高，未曾推廣使用。</p><p>　　這些管材中，鑄鐵管承受工作壓力一般為，且耐腐蝕，價(jià)格較便宜，因?yàn)椴馁|(zhì)硬而脆。非金屬管材有混凝土管、鋼筋混凝土管、玻璃鋼管、石棉水泥管、塑料管和復(fù)合塑料管等。混凝土管和鋼筋混凝土管價(jià)格較低，節(jié)省鋼材，耐腐蝕、耐高壓，

40、但重量較大，質(zhì)地脆，裝卸運(yùn)輸較困難，維護(hù)難度大。石棉水泥管和玻璃管易損壞。塑料管有PE管、PVC-U管、ABS管等。PE管衛(wèi)生條件好，柔韌性好，抗沖擊強(qiáng)度高，工作壓力有0.6、0.8、1.0、1.25、1.6的檔次；公稱外徑有；缺點(diǎn)是易燃，受熱易變形。PVC管不導(dǎo)電，不導(dǎo)熱且阻燃，目前主要規(guī)格有十多種；管材公稱壓力有0.63和1.00兩種規(guī)格；管道連接方法有承插式連接、粘結(jié)劑粘結(jié)兩種。ABS工程塑料耐腐蝕性極強(qiáng)，耐沖擊性極好，韌性強(qiáng)；主

41、要規(guī)格有公稱直徑十多種；管道許可壓力為0.6、0.9、1.6三種規(guī)格；使用溫度；管道的連接方法主要是用冷膠溶接法；缺點(diǎn)是不耐高溫，不阻燃。PVC和ABS材料質(zhì)量輕，密度為鋼鐵的左右。無(wú)縫鋼管的機(jī)械強(qiáng)度較最好，可以承受內(nèi)外高壓，公稱壓力一般可達(dá)5Mpa；管材可焊性較好，能適用于復(fù)雜的地形，適用于建筑內(nèi)要求較高的排水管路。鋼管最大的缺點(diǎn)是易腐蝕?，F(xiàn)</p><p>　　結(jié)合水管管材的優(yōu)缺點(diǎn)，以及煤礦排水水管對(duì)管道承受

42、壓力、工藝性、強(qiáng)度和防腐蝕的要求，選用熱軋的無(wú)縫鋼管。</p><p><b>　　排水系統(tǒng)的水力計(jì)算</b></p><p>　　設(shè)計(jì)依據(jù)：流量為，揚(yáng)程為100m。</p><p><b>　?、殴軓酱_定</b></p><p>　　排水系統(tǒng)一般按3臺(tái)設(shè)置水泵，（為1用1備1檢修），集中為1條管道

43、供水，根據(jù)流量公式，即可確定管徑</p><p>　　根據(jù)： 2-1</p><p>　　有： 2-2</p><p>　　已知Q=30m/h，所以=0.0083m/s.</p><p>　　根據(jù)DN25～DN40，u=0.8

44、～1.2m/s，DN50～70，u ≤1.5m/s，DN80及以上的管徑，u ≤1.8m/s.這里取u=1.2m/s，所以有：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=0.094</b></p><p>　　圓整后取d=0.1m,即d=100mm符合要求。</p><p&g

45、t;　?。?）給水管網(wǎng)水頭計(jì)算</p><p>　　根據(jù)水力學(xué)基本原理，管理的沿程水頭損失可以按水力坡降進(jìn)行計(jì)算。公式如下：</p><p>　　2-3 2-4 </p><p><b>　　2-5</b></p>&l

46、t;p>　　式中--------管道沿程損失；</p><p>　　--------水泵富余揚(yáng)程，一般為；</p><p>　　----------管道單位長(zhǎng)度水頭損失，與管道材質(zhì)有關(guān)（）。</p><p><b>　　值查閱有關(guān)手冊(cè)</b></p><p>　　這里取 ，因選取的水管為熱軋的無(wú)縫鋼管，根據(jù)《建筑給

47、排水手冊(cè)》以及擁有的參數(shù)，查得，，，所以</p><p>　　=0.054 </p><p><b>　　=900.054</b></p><p><b>　　=4.86m</b></p><p>　　因計(jì)算時(shí)還要考慮管件當(dāng)量長(zhǎng)度損失,考慮至少

48、用3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭，2個(gè)閘板閥，標(biāo)準(zhǔn)彎頭折算管道長(zhǎng)度為4.3，閘板閥折算管道長(zhǎng)度為0.8，所以計(jì)算時(shí)還應(yīng)加上它們折算管道長(zhǎng)度，總的為，，=14.5。 </p><p><b>　　水泵選型</b></p><p><b>　　選泵的依據(jù)</b></p><p>　　水泵選

49、型，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的工藝流程和排水要求，從以下幾個(gè)方面加以考慮：</p><p>　　(1)、流量是選泵的重要性能數(shù)據(jù)之一，它直接關(guān)系到整個(gè)排水系統(tǒng)的排水能力。     </p><p>　　(2)、水泵的理論揚(yáng)程是選泵的又一重要數(shù)據(jù)，一般要按放大5%—10%余量后得到的揚(yáng)程來(lái)進(jìn)行水泵選型。 (3)、液體性質(zhì)，包括液體介質(zhì)名稱，物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)

50、和其它性質(zhì)，物理性質(zhì)有溫度C，密度D，粘度U，介質(zhì)中固體顆粒直徑和氣體的含量等，這涉及到系統(tǒng)的揚(yáng)程，有效氣蝕余量計(jì)算和合適泵的類型；化學(xué)性質(zhì)，主要指液體介質(zhì)的化學(xué)腐蝕性和毒性，是選用泵材料和選用那一種軸封型式的重要依據(jù)。</p><p>　　(4)、排水系統(tǒng)的管路布置條件。吸入側(cè)的最低液面，排出側(cè)的最高液面等一些數(shù)據(jù)和管道規(guī)格及其長(zhǎng)度、材料、管件規(guī)格、數(shù)量等都要加以考慮，以便進(jìn)行水泵揚(yáng)程計(jì)算和汽蝕余量的校核。&#

51、160; </p><p>　　但是其中最主要的依據(jù)是所需要的流量和揚(yáng)程。</p><p><b>　　選泵原則</b></p><p>　　水泵的選擇應(yīng)該以以下幾個(gè)為原則：</p><p>　　(1)、使所選泵的型式和性能符合裝置流量、揚(yáng)程、壓力、溫度、汽蝕流量、吸程等工藝參數(shù)的要求。</p>

52、<p>　　(2)、機(jī)械方面可靠性高、噪聲低、振動(dòng)小。</p><p>　　(3)、經(jīng)濟(jì)上要綜合考慮到設(shè)備費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)，維修費(fèi)和管理費(fèi)等，力求使成本最低。</p><p>　　綜上所述，水泵的選擇原則就是要滿足在最不利工況的條件下水泵同樣能夠正常工作，并且在考慮各種工況下，盡可能節(jié)約投資，減少能耗。對(duì)水泵臺(tái)數(shù)和型號(hào)進(jìn)行選定，滿足對(duì)水量和水壓的要求。從經(jīng)濟(jì)和管理上對(duì)水泵臺(tái)數(shù)和工作方式

53、進(jìn)行確定，做到投資，維修費(fèi)最低，正常工作能耗最低。</p><p><b>　　水泵選型</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中使用了三臺(tái)水泵，分別為一用一備一檢修，三臺(tái)水泵共用一套排水管路。為了便于采購(gòu)及系統(tǒng)的管理，選取相同型號(hào)的三臺(tái)水泵。</p><p>　　在選取水泵的時(shí)候主要考慮兩個(gè)參數(shù)，即排水流量Q及揚(yáng)程H。設(shè)計(jì)依據(jù)是，。由于存在沿程損

54、失，局部阻尼損失等，所以水泵的揚(yáng)程要比設(shè)計(jì)的揚(yáng)程大。</p><p>　　根據(jù)上面計(jì)算得。立式水泵雖然節(jié)約安裝面積，但由于煤礦礦井安裝空間有限，吊裝困難，所以選擇臥式離心水泵。</p><p>　　綜合上述因數(shù)考慮，參照《給水工程》，選取IS80-50-315型臥式離心水泵。其參數(shù)為：流量，揚(yáng)程。與之匹配的電機(jī)型號(hào)為Y200L2-2，電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)速，額定功率。</p>

55、<p>　　為了自動(dòng)控制方便，這里將水泵進(jìn)行以下分組編號(hào)，如表2-1。</p><p>　　表2-1 水泵分組（自動(dòng)控制排水）動(dòng)作順序表</p><p><b>　　水泵安裝基礎(chǔ)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　目前，廠家都是將水泵和電動(dòng)機(jī)組裝在一個(gè)的鋼制底座上，在安裝時(shí)，只要用地腳螺栓將底座安裝在鋼筋混凝土基礎(chǔ)上，就完成了水泵的

56、安裝?；炷粱A(chǔ)作用是支承并固定機(jī)組，使其運(yùn)行平穩(wěn)，不致發(fā)生劇烈振動(dòng)。因此，不允許混泥土基礎(chǔ)產(chǎn)生沉陷。因此，基礎(chǔ)的剛度強(qiáng)度足夠，除了要能承受機(jī)組的靜荷載外，還要能承受機(jī)械震動(dòng)荷載。</p><p>　　查閱《給水工程》，IS80-50-315型臥式單級(jí)離心泵安裝尺寸如下（單位：mm）：</p><p>　　，，，，，，，，，，。于是得到水泵安裝鋼筋混凝土基礎(chǔ)圖.再根據(jù)水泵型號(hào)和電機(jī)型號(hào)查閱

57、《給水工程》得出配筋表，于是可畫出水泵安裝鋼筋混凝土圖（如圖2-1）及水泵安裝鋼筋混凝土基礎(chǔ)配筋圖（如圖2.2）。</p><p>　　2.1 水泵安裝鋼筋混</p><p>　　2.2 水泵安裝鋼筋混凝土基礎(chǔ)配筋圖</p><p>　　2.5 水泵房設(shè)置及排水設(shè)備的布置</p><p>　　2.5.1 水泵房設(shè)置</p>&l

58、t;p>　　水泵房根據(jù)煤礦礦井實(shí)際情況和機(jī)械電氣設(shè)備布置要求，以及煤礦消防要求。主要有以下幾點(diǎn)要求：</p><p>　?。?）、 根據(jù)《煤礦安全規(guī)程（2010）》第二百七十九條，主要泵房至少設(shè)置有2個(gè)出口，一個(gè)出口用斜巷通到井筒，并應(yīng)高出泵房底板0.7m以上；另一個(gè)出口通到井底車場(chǎng)，在此出口通路內(nèi)，應(yīng)設(shè)置易于關(guān)閉的既能防水又能防火的密閉門。而泵房和水倉(cāng)的連接通道，應(yīng)設(shè)置可靠的控制閘門。</p>

59、<p>　　（2）、在裝有大型機(jī)組的泵站內(nèi)，應(yīng)當(dāng)留出適當(dāng)?shù)拿娣e作為檢修機(jī)組使用，機(jī)組周圍的周圍要預(yù)留有0.7m～1.0m的過(guò)道。</p><p>　　（3）、相鄰機(jī)組的基礎(chǔ)之間應(yīng)有一定寬度放入過(guò)道，以便工作人員通行，電動(dòng)機(jī)容量不大于55KW,凈距應(yīng)不小于0.8m，電動(dòng)機(jī)容量大于55KW時(shí)，凈距不小于1.2m，電動(dòng)機(jī)容量小于20KW時(shí)，過(guò)道寬度可適當(dāng)減小，但在任何情況下，設(shè)備的突出部件之間或突出部件與

60、墻之間應(yīng)不小于0.7m，如電動(dòng)機(jī)容量大于55KW時(shí)，則不得小于1.0m。</p><p>　　(4)、泵站內(nèi)主要通道寬度應(yīng)不小于1.2m。</p><p>　　(5)、水管與水管之間的凈距B值應(yīng)大于0.7m,保證工作人員能較為方便地通過(guò)。</p><p>　　(6)、水泵外形凸出部分與墻壁的凈距D，須滿足管道配件安裝的要求，但是，為了便于就地檢修水泵，D值不宜小于

61、1.0m 。如水泵外形不凸出基礎(chǔ)，D值則表示基礎(chǔ)與墻壁的距離。</p><p>　　、對(duì)于非水平接縫的水泵，在檢修時(shí)，往往要將泵軸和葉輪沿軸線方向取出。因此，在設(shè)計(jì)泵房時(shí)，要考慮在這個(gè)方向上有一定的余地，即水泵離開墻壁或者其他機(jī)組的距離應(yīng)大于泵軸長(zhǎng)度加上0.25m，為了從電動(dòng)機(jī)中取出轉(zhuǎn)子，應(yīng)同樣地留出適當(dāng)?shù)木嚯x。</p><p>　　2.5.2 排水設(shè)備的布置</p><

62、;p>　　在布置水泵房的時(shí)候，水泵機(jī)組的布置和排列是其主要內(nèi)容，它決定著水泵房建筑面積的大小。一方面，各機(jī)組的間距以不妨礙操作和維修的需要為原則。另一方面，各機(jī)組的布置應(yīng)保證運(yùn)行安全，裝卸和管理方便。而且，管道總長(zhǎng)度最短、接頭配件最少最小、水頭損失最小并應(yīng)考慮泵站有擴(kuò)建的余地。根據(jù)上述要求，在保證水泵房水泵工作可靠性的前提下，力求運(yùn)行安全和管理方便，綜上兩點(diǎn)可畫出泵房布置圖(如圖2.3)。</p><p>

63、　　圖 2.3 水泵房設(shè)備布置圖</p><p><b>　　第三章 主電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電氣負(fù)載計(jì)算及啟動(dòng)方案選擇</p><p><b>　　電流計(jì)算</b></p><p>　　1、水泵電機(jī)型號(hào)為Y200L2-2，已知：轉(zhuǎn)速；額定電壓;額定功率；功率因數(shù)。</p>

64、;<p><b>　　根據(jù)功率計(jì)算公式</b></p><p><b>　　3-1</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　3-2</b></p><p><b>　　啟動(dòng)方案選擇</b&g

65、t;</p><p>　　IS80-50-315離心泵所用的電動(dòng)機(jī)的功率為37KW,額定電流約為66A，電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流一般為額定電流的5-7倍，以6倍記，則。啟動(dòng)電流較大，直接啟動(dòng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，可能導(dǎo)致同一電網(wǎng)中其他正在工作的大功率電器因電壓供應(yīng)不足而停機(jī)。</p><p>　　為了有效地減少啟動(dòng)電流，采用星—三角降壓?jiǎn)?dòng)，此時(shí)啟動(dòng)電流為直接啟動(dòng)的，所以降壓?jiǎn)?dòng)電流。顯然，啟

66、動(dòng)電流下降明顯，對(duì)電網(wǎng)的沖擊程度大為減少。減小啟動(dòng)電流，能有效避免對(duì)電網(wǎng)的沖擊。在水泵啟動(dòng)前應(yīng)當(dāng)先關(guān)閉出口閥門，待水泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常后再將其開啟；在水泵停止前又必須關(guān)閉出口閥門，再停止水泵，以免水泵發(fā)生反轉(zhuǎn)而被損壞。</p><p><b>　　電氣元件選型</b></p><p>　　根據(jù)電機(jī)的額定電流，查閱《電工手冊(cè)》，主要電器元件選型如下：</p>&l

67、t;p><b>　　1、電線選擇</b></p><p>　　電線電纜無(wú)論是在輸電系統(tǒng)還是在用電系統(tǒng)中都承擔(dān)著電力的傳輸與分配，在電力系統(tǒng)里面，電線選擇至關(guān)重要，它關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的用電安全，選擇不當(dāng)會(huì)造成絕緣皮的燒損而漏電，甚至造成火災(zāi)更嚴(yán)重的事故。在我國(guó)現(xiàn)目前常用的電線電纜是銅線和鋁線，如果按導(dǎo)體電阻看，鈮和錫的電阻最小，是常用的超導(dǎo)材料，其次就是銀的電阻最小。</p>

68、<p>　　在選擇電線時(shí)，一般應(yīng)考慮發(fā)熱，電壓損失，經(jīng)濟(jì)電流密度，機(jī)械強(qiáng)度等選擇條件。</p><p>　　同時(shí)還要考慮導(dǎo)線的工作環(huán)境。一般情況下，低壓動(dòng)力線因其負(fù)荷電流較大，故一般先按發(fā)熱條件選擇截面，然后驗(yàn)算其電壓損失和機(jī)械強(qiáng)度；低壓照明線因其對(duì)電壓水平要求較高，可先按允許電壓損失條件選擇截面，再驗(yàn)算發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度；對(duì)高壓線路，則先按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇截面，然后驗(yàn)算其發(fā)熱條件和允許電壓損失；而高

69、壓架空線路，還應(yīng)驗(yàn)算其機(jī)械強(qiáng)度。然而因?yàn)槊旱V排水系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，并且環(huán)境潮濕，雖然鋁導(dǎo)線不易生銹，電阻小，質(zhì)軟不易折斷，造價(jià)便宜，但是鋁導(dǎo)線的耐高溫能力低，長(zhǎng)時(shí)間在高溫條件下使用就會(huì)燒壞，因而會(huì)縮短使用壽命。而銅導(dǎo)線就改善了鋁導(dǎo)線的缺點(diǎn)，但是造價(jià)比鋁導(dǎo)線貴。</p><p>　　一般銅導(dǎo)線載流量導(dǎo)線的安全載流量是根據(jù)所允許的線芯最高溫度、冷卻條件、敷設(shè)條件來(lái)確定的。 一般銅導(dǎo)線的安全載流量為5~8A/，鋁導(dǎo)線

70、的安全載流量為3~5A/。</p><p>　　主線電路同時(shí)供應(yīng)三臺(tái)37KW三相繞線式異步電機(jī)和一臺(tái)PLC、一臺(tái)觸摸屏等。主線路電流約為280A，所以采用鋁芯線，其載流量大概300A左右。水泵電機(jī)分路上，每臺(tái)電機(jī)電流在67A左右，選擇的銅芯線，能通過(guò)在130A左右的電流，在降壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程時(shí)產(chǎn)生的電流通過(guò)也沒(méi)有問(wèn)題。</p><p><b>　　2、交流接觸器</b>&l

71、t;/p><p>　　交流接觸器常用來(lái)接通和斷開電動(dòng)機(jī)和其他設(shè)備的主電路，每小時(shí)可以開閉千余次，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。主要由電磁鐵和觸點(diǎn)兩部分組成，它是利用電磁鐵的吸引力而動(dòng)作的。接觸器主要技術(shù)參數(shù)除額定電流、電壓之外還有使用類別、機(jī)械壽命、操作壽命和電壽命。</p><p>　　根據(jù)用途，接觸器的觸點(diǎn)分主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)兩種。輔助觸點(diǎn)通過(guò)的電流較小，常接在電動(dòng)機(jī)得控制回路中；主觸點(diǎn)能通過(guò)的較大電流

72、，接在電動(dòng)機(jī)的主回路中。如CJ10-20型交流接觸器有三個(gè)動(dòng)合主觸點(diǎn)，四個(gè)輔助觸點(diǎn)（兩個(gè)動(dòng)合，兩個(gè)動(dòng)斷）。</p><p>　　在選用接觸器時(shí)，應(yīng)注意它的額定電流，線圈電壓及觸點(diǎn)數(shù)量等。CJ10系列接觸器的主觸點(diǎn)額定電流有5,10,20,40,60,100,150A等數(shù)種；線圈額定電壓通常是220V或380V，也有36V和72V的。</p><p>　　CJ10系列交流接觸器是一般任務(wù)型接

73、觸器，主要使用于交流電動(dòng)機(jī)得啟停和控制。</p><p>　　水泵電機(jī)的接觸器KM1-9，由于電機(jī)啟動(dòng)電流較大，為66.7A左右，選用CJ系列額定電流為100A的交流接觸器，技術(shù)參數(shù)如下：控制電機(jī)最大功率50KW，額定電壓，額定電流。主觸頭數(shù)目為3，輔助觸頭數(shù)目為2常分2常合。電壽命60萬(wàn)次，機(jī)械壽命300萬(wàn)次。</p><p><b>　　3、自動(dòng)空氣短路器</b>

74、</p><p>　　斷路器具有過(guò)載、短路和欠電壓保護(hù)的功能，有油浸式斷路器、真空式斷路器和空氣式斷路器三大類，在低壓電路中空氣式斷路器目前是應(yīng)用最多的。空氣式斷路器結(jié)構(gòu)型式可分為框架式和塑料式外殼，框架式分?jǐn)嗄芰^高，常用于主電路或大容量電路中，塑料式結(jié)構(gòu)緊湊，便于獨(dú)立安裝。</p><p>　　4、主電路斷路器QF：根據(jù)總得電路額定電流和電壓，選用框架式斷路器，型號(hào)為框架式自動(dòng)空氣開關(guān)

75、，適用于，額定工作電壓為，額定電流，過(guò)電流脫扣范圍200-400A。</p><p>　　異步電機(jī)分支回路分電路斷路器QF1-3 ：根據(jù)電機(jī)額定電流；額定電壓，選用塑料外殼式空氣開關(guān)，型號(hào)DZ10-100，適用于，額定工作電壓為，額定電流，過(guò)電流脫扣范圍60-100A。</p><p>　　5、熱繼電器： 熱繼電器是用來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī)使之免受長(zhǎng)期過(guò)載的危害，它是利用電流的熱效應(yīng)而工作的。通常用

76、的熱繼電器有JR20，JR15和引進(jìn)的JRS等系列。它的主要技術(shù)數(shù)據(jù)是整定電流，整定電流與電動(dòng)機(jī)的額定電流基本上一致。</p><p>　　一般情況按照電動(dòng)機(jī)額定電流選用熱繼電器，依據(jù)電機(jī)的實(shí)際負(fù)載情況，選取熱繼電器整定值為電機(jī)額定電流的0.95-1.05倍，水泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定電流，熱繼電器電流整定值在62.83-69.45A之間。因此選用，熱元件額定電流為85A?？潭戎锌烧{(diào)范圍為53~85A。</p>

77、;<p><b>　　主回路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)的主電路設(shè)計(jì)要保證整個(gè)排水系統(tǒng)能正常運(yùn)行，以保障煤礦的正常生產(chǎn)安全。每臺(tái)電機(jī)設(shè)置自己的空氣自動(dòng)短路器，又叫空氣開關(guān)。當(dāng)排水系統(tǒng)發(fā)生意外故障時(shí)，電路能夠自動(dòng)切斷電源，保證排水設(shè)備的安全。為了保證在電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載運(yùn)行而發(fā)生意外，還要設(shè)置熱繼電器等。參照《電工手冊(cè)》，畫出了水泵電機(jī)電氣主回路圖（如圖3.1）。<

78、/p><p>　　圖3.1 水泵電機(jī)電氣回路圖</p><p>　　第四章 控制回路設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC控制回路元件選型及其接線設(shè)計(jì)</p><p>　　控制部分電氣元件選型</p><p>　　PLC控制回路的電器元件選型如下：</p><p>　?、?斷路器：PLC分支回路斷路器QF

79、6-7 ：選用塑料外殼式空氣開關(guān)，型號(hào)DZ5-10，適用于，額定工作電壓為，額定電流，過(guò)電流脫扣范圍0.5-10A。</p><p>　?、?壓力繼電器：壓力繼電器是利用液體的壓力來(lái)啟閉電氣觸點(diǎn)的液壓電氣轉(zhuǎn)換元件。當(dāng)系統(tǒng)壓力值達(dá)到壓力繼電器調(diào)定值時(shí)，就會(huì)發(fā)出電信號(hào)，起安全保護(hù)作用等。壓力繼電器的靜壓。根據(jù)靜壓值，查《電工手冊(cè)》，選用型壓力繼電器，工作壓力為0.065~1.2Mpa。</p><

80、p>　?、?水位信號(hào)器：水位信號(hào)器用于檢測(cè)水池和水塔的水位，當(dāng)水位到達(dá)上下限時(shí)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，提供給控制器。干簧式水位信號(hào)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，應(yīng)用廣泛。選用干簧信號(hào)器主要考慮水質(zhì)、水溫和控制幅度。供水系統(tǒng)的水質(zhì)為清水，不會(huì)有漂浮物，水位控制范圍為500~2550mm，查《電工手冊(cè)》，選用GSK型干簧繼電器，適用于清水，控制幅度為0~5.5m。</p><p>　　④ 指示燈：指示燈用于PLC輸出端的信號(hào)顯

81、示，電壓為24V。選用AD1-22/11型信號(hào)指示燈，顏色選用紅色和綠色。</p><p>　　⑤ 變壓器：變壓器T1 用于給指示燈提供24V的交流電源。變壓器的選型參數(shù)有容量、原電壓和變壓后后電壓。查閱電工手冊(cè)，T1選用DCB10—200VA/220V/24V</p><p>　　PLC接線設(shè)計(jì)及I/O分配表</p><p>　　根據(jù)輸入輸出通道的端子排列，設(shè)計(jì)P

82、LC接線圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 PLC接線圖</p><p>　　根據(jù)PLC接線圖得到I/O分配表，如表4.1.</p><p>　　表4.1 I/O分配表</p><p>　　可編程序控制器（PLC）選型設(shè)計(jì)</p><p>　　工藝流程的特點(diǎn)及應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的重要依據(jù)。PLC及有關(guān)

83、設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則來(lái)選型，所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)，并且成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制的要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于減少編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)當(dāng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍，確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確

84、定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　PLC觸點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)統(tǒng)</b></p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常先根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加15%～20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。最后在實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整

85、。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，從I/O分配表（表4.1）可知，輸入點(diǎn)數(shù)為19，輸出點(diǎn)數(shù)為17，共36個(gè)觸點(diǎn)。則可選PLC點(diǎn)數(shù)為</p><p><b>　　存儲(chǔ)器容量的估算</b></p><p>　　存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，所以程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)

86、計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。  存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)有固定的計(jì)算公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同的估算公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。</p><p

87、>　　本設(shè)計(jì)中，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)都不含有模擬信號(hào)，自由數(shù)字信號(hào)，內(nèi)存容量估算值為66×15＝1140位，即72字，在加上25%的余量，共計(jì)90字，容量要求較小，一般的機(jī)型都能滿足此容量要求。</p><p><b>　　控制功能的選擇</b></p><p>　　控制功能包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等功能。</

88、p><p>　　1、運(yùn)算功能   簡(jiǎn)單PLC的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通PLC的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級(jí)運(yùn)算功能。設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運(yùn)算功能。大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測(cè)和控制時(shí)，才

89、使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算等。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算。    2、控制功能    控制功能包括PID控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。例如采用PID控

90、制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。   3、通信功能   大中型PLC系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，PLC主要承擔(dān)簡(jiǎn)單邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)功能，同時(shí)還具備與觸摸屏的通訊功能、離線編程

91、功能。</p><p><b>　　機(jī)型的選擇</b></p><p><b>　　1、 PLC的類型</b></p><p>　　PLC按結(jié)構(gòu)可分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境可分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)可分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)來(lái)選

92、型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。2、輸入輸出模塊的選擇</p><p>　　輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常

93、繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，根據(jù)應(yīng)用要求，選用繼電器輸出模塊，輸入模塊選擇低壓直流輸入模塊。</p><p>　　3、電源的選擇 PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)

94、計(jì)選用220VAC電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，可采用斷路器進(jìn)行隔離和保護(hù)。</p><p><b>　　4、經(jīng)濟(jì)性的考慮 </b></p><p>　　選擇PLC時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮性能價(jià)格比。考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操

95、作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行仔細(xì)比較和權(quán)衡，最終選出較為滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較高的性價(jià)比。</p><p>　　PLC種類繁多，主要生產(chǎn)廠商有西門子、三菱、施

96、耐德、AB、臺(tái)達(dá)、歐姆龍、array、基恩士、多呢 、富士，安川，松下等，其功能、容量、控制規(guī)模、外觀等方面差異巨大。PLC的I/O總點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)的叫小型機(jī)，357~2048點(diǎn)的為中型機(jī)，超過(guò)2048點(diǎn)的為大型機(jī)。</p><p>　　OMRON公司推出的C系列可編程控制器分為袖珍型、小型、中心和大型四個(gè)檔次。根據(jù)估算的I/O總點(diǎn)數(shù)，選用OMRON公司C系列可編程控制器小型機(jī)。C系列小型機(jī)按處理器檔次分為普及

97、型、P型機(jī)和H型機(jī)。普及型價(jià)格低廉、功能簡(jiǎn)單。P系列機(jī)為普及型的加強(qiáng)版，增加了許多功能。H型處理器比P型更好、處理速度更快，但價(jià)格更高。自動(dòng)供水系統(tǒng)的控制為簡(jiǎn)單的順序控制，標(biāo)準(zhǔn)版得CP1L機(jī)型既能滿足控制要求，該機(jī)型根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)可分為L(zhǎng)型的10點(diǎn)、14點(diǎn)、20點(diǎn)三種機(jī)型和M型30點(diǎn)、40點(diǎn)、60點(diǎn)三種機(jī)型。根據(jù)估算的輸入輸出點(diǎn)數(shù)36點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)選用型號(hào)為CP1L-M60DR-A的OMRON PLC，該機(jī)型采用AC電源，22點(diǎn)直流輸入，1

98、8點(diǎn)繼電器輸出.，內(nèi)存容量為10K字，配備兩個(gè)型號(hào)為RS-232C和RS-422A的串行端口。同時(shí)，配備CP1W-20EDR2擴(kuò)展單元（最多能增加3塊擴(kuò)展單元）</p><p><b>　　水位控制計(jì)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　水位控制器也叫液位控制器，是指通過(guò)機(jī)械式或電子式的方法來(lái)進(jìn)行高低水位的控制，可以控制電磁閥、水泵等，成為水位自動(dòng)控制器或水位報(bào)警器，從

99、而來(lái)實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化或者全自動(dòng)化，方法有多種，根據(jù)選用不同的產(chǎn)品而不同。</p><p>　　由于煤礦排水系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，其礦井下的水質(zhì)很差，水中含有大量的煤渣和木屑等雜物，這就要求該系統(tǒng)中的水位控制器具有一的抗污能力，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)選用通過(guò)浮球開關(guān)來(lái)控制水位的水位控制器。</p><p>　　浮球液位控制器適用于對(duì)各種容器內(nèi)液體的液體控制，當(dāng)液位到達(dá)上、下切換值時(shí)，控制器觸點(diǎn)

100、發(fā)出通斷開關(guān)式信號(hào)。 產(chǎn)品系列分防爆或非防爆兩大類，防爆型能用于易燃和易爆介質(zhì)為1.2級(jí)及A、B、C組承壓容器的液位控制。 控制器不適用于對(duì)黃銅、不銹鋼等材料有較強(qiáng)腐蝕作用以及含有導(dǎo)磁雜質(zhì)的介質(zhì)。這種通過(guò)浮球開關(guān)來(lái)控制，其基本上有兩種方式：一種是浮球開關(guān)帶著一個(gè)大的金屬球，浸在水中時(shí)浮力大，可以控制兩個(gè)水位，比如水滿了，浮球因?yàn)楦×Χ仙?，帶?dòng)球閥運(yùn)動(dòng)，使閥門關(guān)閉，停止進(jìn)水，當(dāng)水少了，浮球下降，閥門打開，又再進(jìn)水，如此循環(huán)。這種方式較多

101、應(yīng)用在煮開水器和衛(wèi)生間的沖水器上。還有一種是帶干簧管的微型浮球開關(guān)，由外面的帶有磁性小浮球使桿里面的干簧管閉合，從而控制水位，多數(shù)應(yīng)用在清水的水位控制，但易受污物影響，不適用在污水上。第二種是電纜式浮球開關(guān)，該裝置通過(guò)一彈性電線與水泵連接，可用于水塔、水池水位高低的自動(dòng)控制和缺水保護(hù)，平衡錘或彈性電線的某一固定點(diǎn)到浮筒間的電線長(zhǎng)度，決定水位的高低。這種水位開關(guān)價(jià)成本較低，因此價(jià)格也相對(duì)便宜，與第一種控制方式相比較，它具有一定耐污能力，更

102、適合用于工作在惡劣環(huán)境中的給排水系統(tǒng)</p><p><b>　　PLC編程</b></p><p>　　PLC控制程序設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)以下功能：</p><p>　　備用選擇功能和自動(dòng)解除功能。</p><p>　　三臺(tái)機(jī)組可以任意選擇一臺(tái)作為備用機(jī)組，也能在水泵未運(yùn)行時(shí)隨意切換備用機(jī)組。當(dāng)某臺(tái)機(jī)組在運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障，備用機(jī)

103、組能及時(shí)解除備用，立即投入運(yùn)行。</p><p><b>　　手動(dòng)啟停的功能。</b></p><p>　　需要人工操作的場(chǎng)合，選擇人工控制檔，通過(guò)按鈕，任意啟停某臺(tái)機(jī)組。</p><p><b>　　3、降壓?jiǎn)?dòng)功能。</b></p><p>　　水泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)需要采用Y-△降壓?jiǎn)?dòng)，控制交

104、流接觸器閉合順序和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)降壓?jiǎn)?dòng)的功能。</p><p><b>　　順序啟動(dòng)功能</b></p><p>　　水泵自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)設(shè)置相鄰機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間間隔，設(shè)計(jì)順序啟動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)順序啟動(dòng)。</p><p><b>　　水位顯示功能。</b></p><p>　　在水池和水塔中安裝水位計(jì)，當(dāng)水

105、位達(dá)到上下水位極限時(shí)，水位計(jì)向PLC發(fā)出信號(hào)，PLC點(diǎn)亮指示燈，顯示水位高低。</p><p><b>　　自動(dòng)控制功能。</b></p><p>　　設(shè)置自動(dòng)檔，當(dāng)無(wú)人監(jiān)管泵房時(shí)，機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)水塔中水已滿或者水池中無(wú)水可抽時(shí)，機(jī)組停止運(yùn)行。當(dāng)水塔水位不足時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)組向水塔補(bǔ)水。</p><p>　　根據(jù)程序功能要求，設(shè)計(jì)了PLC程序，

106、見附錄B。</p><p><b>　　觸摸屏設(shè)計(jì)</b></p><p>　　選用良好的觸摸屏是人機(jī)界面設(shè)計(jì)的第一步。EVIEW人機(jī)界面產(chǎn)品是中國(guó)最早最專業(yè)的工業(yè)級(jí)人機(jī)界面品牌，自從進(jìn)入中國(guó)大陸市場(chǎng)以來(lái)，以其卓越的性能和合理的價(jià)格得到了市場(chǎng)的最大認(rèn)可，產(chǎn)品銷量及市場(chǎng)占有率居同行業(yè)之首，EVIEW品牌曾被業(yè)界權(quán)威媒體工控網(wǎng)評(píng)為“工控TOP10”第一名、美國(guó)Contro

107、l Engineering雜志評(píng)選的“中國(guó)最有影響的人機(jī)界面品牌第一名、年度“最佳人機(jī)界面產(chǎn)品”獎(jiǎng)。EVIEWEVIEW人機(jī)界面型號(hào)有多種，以MT5620T為例具體介紹觸摸屏組態(tài)設(shè)計(jì)，其與PLC接線如圖4.2。</p><p>　　圖4.2 PLC與MT5620T接線</p><p>　　觸摸屏內(nèi)部畫面設(shè)計(jì)如圖4.3-圖4.6。</p><p>　　圖4.3 開機(jī)

108、畫面</p><p>　　圖4.4 控制畫面1</p><p>　　圖4.5 控制系統(tǒng)畫面</p><p>　　圖4.6 排水系統(tǒng)畫面</p><p><b>　　第五章 結(jié)論</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用于工程實(shí)踐，“紙上得來(lái)終覺淺，絕知此

109、事要躬行”，深刻地告訴了我們，要讓理論在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)檢驗(yàn)，讓理論在實(shí)踐中得到升華。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，鍛煉了我們?cè)诠こ虒?shí)踐中學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,在近四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，是我大學(xué)期間最認(rèn)真的一次學(xué)習(xí)，我苦過(guò)，累過(guò)，但是可以學(xué)到很多很多的東西，我學(xué)到很多新知識(shí)的同時(shí)也鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)。</p><p>　　近四個(gè)月緊張而有序的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將畫上句號(hào)。在這段設(shè)計(jì)過(guò)程中，讓我從新理解了“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理

110、”的唯一標(biāo)準(zhǔn)這一真理，同時(shí)也是檢驗(yàn)我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一種可靠方式。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我認(rèn)識(shí)到自己的不足，明白了自己實(shí)踐太少，而對(duì)工程上的很多相關(guān)知識(shí)我們又不理解，結(jié)果成了“紙上談兵”；由于知識(shí)面的狹窄，所以在應(yīng)用過(guò)程中局限性太強(qiáng)，所以我們需要不斷學(xué)習(xí)、擴(kuò)展我們的知識(shí)面。我們知識(shí)零散脫節(jié)，不會(huì)將所掌握的知識(shí)進(jìn)行有機(jī)整合成新的知識(shí)為自己所用。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，才深知“書到用時(shí)方恨少”的道理。</p><p>　　世