河北化工醫藥職業技術學院
畢業**（設計）
題目抽水幫浦的plc控制系統設計
姓名謝松海
系別機電工程系
專業機電一體化技術
年級機電1204班
指導教師胡玉才
2023年 12 月 3 日
摘要2第一章煤礦井下排水幫浦自動控制系統的工作原理及組成3
第一節概述4
第二節工作原理4
第三節系統組成5
第二章控制系統結構設計7
第一節系統總體結構8
第二節控制系統網路設計8
第三節控制系統功能設計8
第四節控制系統可靠性設計10
第五節控制系統程式設計10
第三章 plc井下排水自動控制系統13
第一節 plc井下排水自動控制系統技術13
第二節 plc井下排水自動控制系統分層14
第三節影響plc控制系統穩定的干擾因素16
第四節 plc控制系統的抗干擾措施16
第四章結束語17
參考文獻18
致謝19
摘要，並對有關環節加以控制，是保護、採掘、運輸、通風、排水等主要生產環節安全執行的重要設施。本文主要介紹了一種基於西門子s7-300 plc的煤礦井下排水幫浦自動控制系統的設計方法和思路。西門子s7-300 型plc給出了煤礦井下排水系統的感測器及執行機構的配置方案、通訊網路結構和系統功能設計，實現了對水幫浦進行自動控制，水位監測、自動啟停水幫浦、故障自診斷等功能；同時也實現了水幫浦執行的合理排程，提高了裝置利用率，達到了節能增效的效果，並能與上位機通訊，實現遠端控制和**監測，提高了煤礦自動化水平和安全性。
關鍵詞水幫浦 plc 自動控制利用率遠端控制
第一章煤礦井下排水幫浦自動控制系統的工作原理及組成
1.1 概述
隨著計算機控制技術的迅速發展，以微處理器為核心的可程式設計序控制器（plc）控制已逐步取代繼電器控制，普遍應用於各行各業的自動化控制領域。當然煤炭行業也不例外，但是目前許多礦井下主排水系統還採用人工控制，水幫浦的開停及選擇切換均需人工完成，完全依賴於工人的技術、經驗和責任心，也**不了水位的增長速度，做不到根據水位和其他引數在用電的峰谷期自動開停水幫浦，這將嚴重影響煤礦自動化管理水平和經濟效益，同時也容易由於人為因素造成各種安全隱患。
在煤礦礦井建設和生產過程中，隨時都有各種**的水湧入礦井，為保證煤礦的生產安全，必須及時將湧出的礦井水快速地排放到地面，礦井排水裝置不僅要排除各時期湧入礦井的水，而且在遭到突然湧水的襲擊有可能淹沒礦井的情況下，還要搶險排水，因此煤礦主排水系統能否正常執行直接關係到礦井的安全生產。因此，礦井排水裝置是煤礦建設和生產中不可缺少的，排水幫浦的安全可靠執行對保證礦井安全生產起著非常重要的作用。
目前，礦井排水系統普遍採用人工操作，存在著人員勞動強度大、電機啟停時間長、水幫浦執行效率低等諸多問題，如何實現煤礦井下排水幫浦的自動控制和無人值守，並滿足煤礦生產排程綜合自動化的要求，便成為當前急需解決的問題。針對當前煤礦排水系統的實際情況，本文提出一種實現煤礦井下主排水系統的設計方案，並對其工作原理和結構做一扼要介紹。
1.2 工作原理
煤礦井下排水幫浦自動控制系統通過檢測水倉水位和其它引數，控制水幫浦輪流工作與適時啟動備用幫浦，合理排程水幫浦正常執行。系統通過觸控螢幕以圖形、影象、資料、文字等方式，直觀、形象、實時地反映系統工作狀態以及水倉水位、電機工作電流、電機溫度、軸承溫度、排水管流量等引數，並通過通訊模組與綜合監測監控主機實現資料交換。該系統具有執行可靠、操作方便、自動化程度高等特點，並可節省水幫浦的執行費用。
1.3 系統組成
整個自動控制系統由資料自動採集、自動輪換工作、自動控制、動態顯示及故障記錄報警和通訊介面等5個部分組成。
（1）資料自動採集與檢測
資料自動採集與檢測主要分為兩類：模擬量資料和數字量資料。
模擬量檢測的資料主要有：水倉水位、電機工作電流、水幫浦軸溫、電機溫度、3趟排水管流量；數字量檢測的資料主要有：水幫浦高壓啟動櫃真空斷路器和電抗器櫃真空接觸器的狀態、電動閥的工作狀態與啟閉位置、真空幫浦工作狀態、電磁閥狀態、水幫浦吸水管真空度及水幫浦出水口壓力。
資料自動採集主要由plc實現，plc模擬量輸入模組通過感測器連續檢測水倉水位，將水位變化訊號進行轉換處理，計算出單位時間內不同水位段水位的上公升速率，從而判斷礦井的湧水量，控制排水幫浦的啟停。電機電流、水幫浦軸溫、電機溫度、排水管流量等感測器與變送器，主要用於監測水幫浦、電機的執行狀況，超限報警，以避免水幫浦和電機損壞。plc的數字量輸入模組將各種開關量訊號採集到plc中作為邏輯處理的條件和依據，控制排水幫浦的啟停。
在資料採集過程中，模擬量訊號的處理是將模擬訊號變換成數碼訊號（a/d轉換），其變換速度由取樣定律確定。一般情況下，取樣頻率應為模擬訊號中最高頻率成分的2倍以上，這樣經a/d變換的精度可完全恢復到原來的模擬訊號精度。a/d變換的精度取決於a/d變換器的位數。
如5v電壓要求以5mv精度變換時，精度為5mv/5v=0.1%,即1/1000十進位制的1000用二進位制表示時要求為10位,而本系統所採用的a/d模組解析度為16bit,其精度在±0.05%以上，該精度等級足以滿足控制系統要求。
同時，plc所採用的a/d模組均以積分方式變換，可使輸入訊號的尖峰噪音和感應雜訊平均化，適用於噪音嚴重的工業場所。
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