论文题目：基于组态和PLC的矿用排水控制系统设计
摘要：煤炭被称为工业的“粮食”,在我国经济腾飞中扮演了重要角色。随着经济的发展,煤炭的需求量也在日益增加。因此,需要对煤炭开采时容易发生的安全事故进行防范。矿井透水是煤炭开采过程中比较常见的现象,但是它带来的影响也不可小觑。煤炭开采的过程中,伴随着地层含水的不断涌入,矿井内积聚的水流会不断增加,如果不能及时排出的话,除了淹没损坏机电设备使企业遭受财产损失外,严重的话会直接淹没巷道,给井下的工作人员造成生命安全威胁。现大部分煤矿井下排水系统都采用射流泵或真空泵引水启动离心泵的排水方式,都需要人为的控制排水泵的启停,技术相对落后、自动化程度较低,无法达到排水系统无人值守的状态。针对以上不足,结合对金鸡滩煤矿的中央水泵房排水系统的自动化改造,本文提出一种基于组态和PLC的矿用排水控制系统,该控制系统中PLC为控制核心,采用水箱引水启动离心泵的排水方式,组态软件运行监控来代替原有的手动操作系统。对矿用排水控制系统的工作原理、系统的各组成部分和主要相关技术基础进行简单的介绍。先从硬件上进行选型和设计,矿用多级耐磨离心泵和三相异步防爆电机等执行设备的选型,控制系统所需用到的各类型传感器选型、PLC的I/O点分配及选型、再对可编程控制箱的电气机芯所需主要电气元器件进行选型,然后根据设计出的电气图纸指导这些硬件的线路连接。再根据金鸡滩煤矿井下中央水泵房的实际参数设计水箱。先根据流体力学伯努利方程设计出水箱的体积,再参照国家标准规格尺寸表对水箱的关键部件进行设计,再用CAD画出水箱正面和侧面、内视图,并对水箱的结构设计进行说明,其中创新之处增设了检修孔和内部过滤装置。最后用三维建模软件SOLID WORKS画出水箱的三维图。从软件上进行PLC程序的设计,选用STEP 7-Micro/WIN SMART Version V2.5编程软进行程序的编写,并对控制系统中时钟读取、模拟量采集、故障保护、参数设置、水位自动比较、时间自动比较、左右闸阀控制、运行输出、手动控制模式、自动控制模式、联机远程控制模式等子程序模块进行介绍。运用MCGS组态软件设计上位机的监控画面,在菜单选择界面有保护参数设定、时段工作设定、工作模式设定三个选项,按下保护参数设定进入对正压、负压、电流、流量、水泵温度等的设定;时段工作设定在自动控制模式下根据煤矿井下水仓水位的变化和当地的电价低谷进行设定;工作模式设定则是手动控制模式、自动控制模式、联机远程控制模式三个按钮进行模式的切换。MCGS组态软件操作简便,监控画面简洁明了、直观生动。图[51]表[8]参考文献[81]
关键词：控制系统;传感器;水箱;可编程控制箱;PLC;组态
学科专业：仪器仪表工程
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题的背景及意义
1.2 排水控制系统国内外研究现状
1.3 论文的主要研究内容
1.4 本章小结
2 矿用排水控制系统总体设计要求及相关技术基础
2.1 矿用排水控制系统
2.1.1 系统原理
2.1.2 系统组成
2.2 可编程控制器简介
2.2.1 PLC的定义
2.2.2 PLC的分类
2.2.3 PLC的组成结构
2.2.4 PLC的工作原理
2.3 离心式水泵
2.4 光耦隔离
2.5 本质安全
2.6 组态软件
2.7 本章小结
3 矿用排水控制系统的硬件设计
3.1 排水控制系统主要设备选型
3.1.1 井下主排水管路硬件选型
3.1.2 传感器选型
3.1.3 PLC的I/O点分配及选型
3.1.4 电气元器件的选型
3.2 可编程控制箱电气机芯的硬件连接
3.2.1 主回路硬件连接的电路设计
3.2.2 控制回路硬件连接的电路设计
3.2.3 可编程控制箱电气机芯的制作
3.3 水箱的设计
3.3.1 水箱引水启动离心泵的排水方式
3.3.2 水箱的体积计算
3.3.3 水箱的结构设计
3.4 本章小结
4 矿用排水控制系统的软件设计
4.1 主程序
4.2 时钟读取子程序
4.3 模拟量采集子程序
4.4 故障保护子程序
4.5 参数设置子程序
4.6 水位自动比较子程序
4.7 时间自动比较子程序
4.8 左右闸阀控制子程序
4.9 运行输出子程序
4.10 就地单机手动控制模式子程序
4.11 自动控制模式子程序
4.12 联机远程控制模式子程序
4.13 本章小结
5 矿用排水控制系统的调试
5.1 组态的选择与设计
5.2 菜单界面的设定
5.2.1 保护参数设定界面
5.2.2 工作时段设定界面
5.2.3 工作模式设定界面
5.3 排水系统的安装布置
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果