基于S7300PLC的煤矿井下中央泵房控制

山东科技大学学士学位论文摘要摘要本文对煤矿井下中央泵房控制系统的硬件系统设计、软件系统设计以及系统的抗干扰措施进行了详细设计。本系统采用SIEMENS的S7-300 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、振动传感器、温度传感器等），完成系统中要实现的控制方式选择、故障报警等功能。本系统采用水泵及管路的“自动轮换”工作制。采用台达人机界面就地监控系统中设备的参数，并进行现场的就地手动控制，做到有故障及时发现并尽早处理。S7-300 PLC采用RS485通信标准与地面监控中心上位机进行通信，对排水系统实施全面的监控，并能进行远程控制。关键词PLC 传感器 排水系统 自动控制 ABSTRACTIn this paper, the selection and design of drainage equipment, then according to the drainage control requirements, the design of automatic control. The system uses the SIEMENS S7-300 PLC, and combined with a variety of sensors mainly for the water level sensor, pressure sensor, pressure sensor, flow sensor, vibration sensor, temperature sensor, control mode to achieve the system choice, alarm and other functions. This system uses the water pump and pipeline turns working system. A valley principle to determine the number of the opening pump according to avoid peak, in order to achieve the purpose of saving the power. The parameters of the equipment of delta HMI monitoring system of in situ PC end, and local manual control site, do have the fault timely detection and early treatment. S7-300 PLC communication using RS485 communication standard and the ground control center PC, the implementation of a comprehensive monitoring of the drainage system, and is capable of remote control.KeywordsPLC sensor drainage system automatic control山东科技大学学士学位论文目录目录山东科技大学学士学位论文目录1 绪论11.1 课题的研究意义11.2 国内外研究现状11.3 课题主要研究内容22 系统总体设计32.1 课题设计要求分析32.2 课题设计功能分析42.3 硬件和软件功能划分73 系统硬件设计93.1 CPU的选型93.2 传感器的选型设计103.3 开关量输入通道213.4 显示模块的设计233.5 开关量输出通道253.6 通讯模块设计263.7 供电电源273.8 系统排水设备的选型设计284 系统软件设计314.1 系统软件的综述314.2 PLC程序设计314.3 触摸屏显示界面设计385 系统抗干扰设计425.1 常见干扰源425.2 排除干扰的措施436 总结45致谢47参考文献46附录48附录1系统图纸48附录2 外文文献翻译54山东科技大学学士学位论文绪论 1 绪论1.1 课题的研究意义煤矿井下主排水泵房承担了将井下的涌水排到地面的重要任务，为煤矿的安全生产提供必要的保障。针对煤矿生产中的重要机电设备主排水泵房进行自动化控制，对保障煤矿的安全生产具有十分重要意义。在煤矿地下开采的过程中，由于地层中含水的涌出，雨水和江河中水的渗透，水砂充填和水力采煤矿井的井下供水，将要有大量的水昼夜不停地汇集于井下。矿井涌水与采区的水文地质及当地的气象条件有关，涌水量在不同的季节也存在不同。如果不能及时地将这些积水排送到井上，井下的生产可能受到阻碍，井下的安全得不到保障，严重者会造成重大事故。煤矿井下中央泵房控制系统具有控制简单、可靠、经济等优点。所以，基于PLC的井下排水中央泵房的控制系统的研究对煤矿的安全、高效生产具有非常重要的意义。1.2 国内外研究现状矿井中央泵房是矿山企业的机电要害场所，直接影响到矿山企业的安全生产，现在国内矿山企业矿井中央泵房的自动化水平还不是很高，这影响了生产的安全性和高效性，矿井中央泵房自动控制可以有效解决这些问题。井下的水泵功率大、电压高、启动复杂，水泵启动前吸水管路的充水，通常采用抽真空吸水的方法来完成。现在泵房内设备的运行与管理以及水仓水位的观察，普遍采用人工操作方式，操作过程繁琐、劳动强度大、水泵启动时间长、自动化程度低、不适应现代化矿井管理。井下排水是伴随着采矿工程产生的一项系统工程。传统的继电器控制方法，用人工进行检测，这种检测控制方法效率低，劳动强度大，且由于井下环境恶劣，故障率较高。所以靠人工检测的方法已不适应国内外煤炭行业发展的需要，取而代之的是自动化排水系统。由于矿井排水系统属于多变量、非线性、时变的复杂系统，特别是在管道和水泵等环节中，各变量之间又存在着交叉，因此国内外矿井排水系统普遍采用模糊控制的方法进行动态监测和故障诊断。目前，PLC在国内外工业控制中已获得广泛应用，在矿井排水系统中，采用PLC自动监测排水系统的运转状况，自动进行数据采集、自动记录、故障报警、事故分析、多台水泵启动的自动切换等，所得到的动态资料准确性高，控制的可靠性高。1.3 课题主要研究内容针对上述排水系统存在的问题，本文提出了基于Siemens的S7-300 PLC的矿井主排水系统自动化控制系统的设计。自动控制系统的应用，将使得排水系统可靠性增强，整个工作流程通过软件的编程来实现，程序确定后，水泵机组将按给定的程序自动启停水泵、开关阀门，极大的减小工人的劳动强度。PLC将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统传至地面生产调度监控中心主机，管理人员在地面即可掌握井下中央泵房设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下中央泵房的遥测、遥控。70山东科技大学学士学位论文系统总体设计 2 系统总体设计2.1 课题设计要求分析本设计主要实现了如下功能（1） 根据井下水仓水位的高低自动控制3台水泵的运行；（2） 具有过流、过压、短路、流量等保护信号的监测功能；（3） 具有以下三种工作模式自动控制工作模式、就地手动控制工作模式、远程控制模式；（4） 就地显示功能可以实时显示系统工作方式、三台水泵的状态、电源电压、电流、各水泵的振动、电机绕组温度、管网的压力、水仓水位等参数；（5）报警功能 振动超限 电机温度超限 水位超限 过电流 过电压（6）通信功能通过与上位机的通信，实现远程监测中心对排水系统各参数及各设备的运行状态进行远程监测以及远程实时控制。排水系统结构图如图2.1所示。图2.1 排水系统结构图井下排水系统的主要构成器件有水泵、真空泵、排水管以及各种闸阀。2.