畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-中央泵房自動(dòng)控制設(shè)計(jì)（全套圖紙） .doc

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第1頁共121頁目錄1緒論11.1引言11.2課題來源12泵控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析32.1系統(tǒng)總體概述32.2系統(tǒng)控制要求32.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案52.4泵控系統(tǒng)硬件選型92.5由微機(jī)-PLC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的遠(yuǎn)程檢測(cè)設(shè)計(jì)153外部設(shè)備選用183.1傳感器的選用183.2閥的選用323.3其它外部設(shè)備選用334泵控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)354.1泵控系統(tǒng)TD200組態(tài)354.2系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)424.3上位機(jī)檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)485系統(tǒng)接線說明515.1手動(dòng)控制接線515.2PLC控制接線53中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第2頁共121頁結(jié)束語56致謝57參考文獻(xiàn)58附錄A59附錄B62附錄C91附錄D94附錄E117第一章緒論1.1引言傳統(tǒng)的自動(dòng)控制大多為常規(guī)的繼電器帶動(dòng)接觸器控制，其控制器通常為電位器之類，是基于電氣原理的純電氣自動(dòng)控制，屬于模擬控制方式。如一位式的模擬控制方式，這種控制方式精度低，可靠性差，除了一些精度要求不高的場(chǎng)合外，現(xiàn)階段一般很少采用。隨著集成技術(shù)的迅猛發(fā)展，以微處理器為核心的單片機(jī)、PLC、工控機(jī)迅速滲透到工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的控制器是各種類型的計(jì)算機(jī)（包括單片機(jī)、工控機(jī)及PLC等），其最大的優(yōu)點(diǎn)是控制器能夠存儲(chǔ)并辨識(shí)特殊的語言（程序），根據(jù)程序的控制思想發(fā)出各種指令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，使被控制量滿足系統(tǒng)的要求。本系統(tǒng)就是采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)對(duì)水泵實(shí)行自動(dòng)控制和狀態(tài)檢測(cè)。1.2課題來源2004年1月，從導(dǎo)師那接到“中央泵房自動(dòng)控制及狀態(tài)監(jiān)測(cè)”課題。2004年3月，到皖北煤電集團(tuán)任摟煤礦進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，從而把課題定位為針對(duì)礦業(yè)排水系統(tǒng)，且以皖北煤電集團(tuán)任摟煤礦井下排水泵排水系統(tǒng)為藍(lán)本。1.2.1皖北煤電集團(tuán)任摟煤礦井下排水系統(tǒng)現(xiàn)狀皖北煤電集團(tuán)任摟煤礦井下排水系統(tǒng)整體比較落后，完全是人為手動(dòng)控中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第3頁共121頁制。主水倉(cāng)內(nèi)放置一標(biāo)尺，從而顯示主水倉(cāng)液位；水泵吸水口處有一真空度表，測(cè)量吸水口負(fù)壓；水泵排水口處有一壓力表，測(cè)量排水口壓力?，F(xiàn)場(chǎng)無轉(zhuǎn)速、溫度測(cè)量設(shè)備，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員說，測(cè)溫完全靠手感測(cè)溫，轉(zhuǎn)速則完全靠肉眼看，一般不太在意它，只要有個(gè)差不多就行。排水閥是電動(dòng)閥，分配閥、排氣閥完全是手動(dòng)控制，系統(tǒng)起動(dòng)前用真空泵排氣，達(dá)到負(fù)壓時(shí)按照操作要求依次操作控制。整個(gè)操作十分不便，并且還經(jīng)常容易出錯(cuò)。此外，系統(tǒng)還必須有一位操作人員在井下定時(shí)巡視，查看主水倉(cāng)泵液位，以便決定是要在起動(dòng)還是要停止某臺(tái)泵，并且查看泵的運(yùn)行情況。在出現(xiàn)緊急情況時(shí)，很難及時(shí)采取措施。另外，現(xiàn)場(chǎng)噪音比較大，很不適應(yīng)人長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)間工作。1.2.2課題的目的、意義和任務(wù)從上面所述皖北煤電集團(tuán)任摟煤礦井下排水系統(tǒng)現(xiàn)狀可以看出，它十分需要加一控制系統(tǒng)，從而減輕操作人員工作量，優(yōu)化運(yùn)行，延長(zhǎng)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行壽命。并且據(jù)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員介紹大多數(shù)煤礦礦井下排水系統(tǒng)現(xiàn)狀和他們這差不多，都很需要加一控制系統(tǒng)。本課題就是設(shè)計(jì)一控制系統(tǒng)來解決以上問題。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候是以皖北煤電集團(tuán)任摟煤礦井下排水泵排水系統(tǒng)為藍(lán)本進(jìn)行設(shè)計(jì)的。但本系統(tǒng)的使用是不局限于皖北煤電集團(tuán)任摟煤礦井下排水泵排水系統(tǒng)。本課題主要的任務(wù)是設(shè)計(jì)檢測(cè)部分、控制部分和網(wǎng)絡(luò)（控制器和微機(jī)通訊）部分，通過檢測(cè)部分檢測(cè)主水倉(cāng)、補(bǔ)水倉(cāng)液位和各泵的運(yùn)行參數(shù)，并送至控制器中，通過控制器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)控制或自動(dòng)控制。并且將數(shù)據(jù)傳到地上控制室的上位機(jī)中，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)。=中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第4頁共121頁第二章泵控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析2.1系統(tǒng)總體概述本系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制為三部分：一、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制；二、地下控制室電動(dòng)控制；三、地上主控制室遠(yuǎn)程檢測(cè)。通過傳感器對(duì)主水倉(cāng)液位的檢測(cè)，來自動(dòng)判斷啟動(dòng)幾臺(tái)水泵進(jìn)行排水（自動(dòng)檢測(cè)控制），或由人為地選擇啟動(dòng)幾臺(tái)水泵進(jìn)行排水（電動(dòng)控制或手動(dòng)控制）。同時(shí)也類似地控制水泵的停止。在水泵運(yùn)行的過程中對(duì)水泵的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，如壓力、流量、溫度、轉(zhuǎn)速、負(fù)壓。出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警，若出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，則立即停止水泵，并報(bào)警。并且把所檢測(cè)到的所有數(shù)據(jù)傳到地上主控制室內(nèi)的上位機(jī)中。2.2系統(tǒng)控制要求2.2.1整體要求：1、實(shí)現(xiàn)以下控制：手動(dòng)控制、電動(dòng)控制、自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制手動(dòng)控制時(shí)要能自動(dòng)切斷電動(dòng)控制和自動(dòng)控制；自動(dòng)控制時(shí)要能自動(dòng)切斷手動(dòng)控制和自動(dòng)控制；自動(dòng)控制時(shí)要能自動(dòng)切斷手動(dòng)控制和電動(dòng)控制。2、電動(dòng)控制：根據(jù)所要起動(dòng)的泵來自動(dòng)決定閥的開閉，只需人為的來決定起動(dòng)或停止哪臺(tái)泵。3、自動(dòng)檢測(cè)控制：不需人為的介入，根據(jù)主水倉(cāng)的液位自動(dòng)實(shí)現(xiàn)泵的啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)檢測(cè)、泵的停止及故障診斷報(bào)警。2.2.2具體要求：1、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制/非手動(dòng)控制轉(zhuǎn)換（非手動(dòng)控制包括電動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)控制），電動(dòng)控制/自動(dòng)檢測(cè)控制轉(zhuǎn)換中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第5頁共121頁2、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制直接經(jīng)過電控部分控制，而電動(dòng)控制/自動(dòng)檢測(cè)控制則經(jīng)過控制器來控制3、自動(dòng)檢測(cè)控制實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)起動(dòng)：（1）根據(jù)水位信號(hào)（液位傳感器cgq1），確定要起動(dòng)水泵的臺(tái)數(shù)和哪臺(tái)水泵起動(dòng)；（2）關(guān)閉要起動(dòng)水泵的排水閥（df1），并確定排水管路及各分配閥（df2）的開關(guān)狀態(tài)；（3）開啟真空泵；打開真空泵與水泵連接的排氣閥（df3）；水泵開始排氣，并檢測(cè)水泵吸入口的負(fù)壓信號(hào)（cgq3）；（4）當(dāng)吸入口負(fù)壓信號(hào)（cgq3）到達(dá)預(yù)定值時(shí)，起動(dòng)水泵（降壓?jiǎn)?dòng)，由電控實(shí)現(xiàn)）；打開排水閥（df1），關(guān)閉真空泵與水泵連接的排氣閥（df3），關(guān)掉真空泵，水泵進(jìn)入正常排水運(yùn)行。在地下控制室內(nèi)要實(shí)時(shí)地顯示所投入運(yùn)行的水泵。4、水泵運(yùn)行時(shí)的參數(shù)監(jiān)控：水泵進(jìn)入正常排水運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)水泵運(yùn)行的參數(shù)有：（1）、水位信號(hào)（液位傳感器cgq1）；（2）、水泵的排水壓力信號(hào)（壓力傳感器cgq2）；（3）、水泵吸入口的負(fù)壓信號(hào)（負(fù)壓傳感器cgq3）；（4）、水泵的流量信號(hào)（流量傳感器cgq4）；（5）、水泵的轉(zhuǎn)速信號(hào)（轉(zhuǎn)速傳感器cgq5）；（6）、水泵軸承的溫度信號(hào)（溫度傳感器cgq6）；在地下控制室內(nèi)要實(shí)時(shí)地顯示所投入運(yùn)行的水泵以上參數(shù)及主水倉(cāng)液位。并把這些參數(shù)傳到地上控制室的上位機(jī)中。5、自動(dòng)檢測(cè)控制實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)停止：（1）、根據(jù)水位信號(hào)（液位傳感器cgq1），確定停止水泵臺(tái)數(shù)和停哪臺(tái)水泵；（2）、切斷要停止水泵的電源，關(guān)閉排水閥（df1）；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第6頁共121頁（3）、根據(jù)水位信號(hào)（液位傳感器cgq1），當(dāng)水位低于最低水位時(shí)，停止最后一臺(tái)水泵，步驟同上。（4）、水泵全部停止后，系統(tǒng)處于自動(dòng)監(jiān)控狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備起動(dòng)。6、搶險(xiǎn)排水：（1）當(dāng)水位信號(hào)（液位傳感器cgq1）超過警戒水位時(shí)（井底水平高度），所有水泵全部開動(dòng)（起動(dòng)程序同上，逐臺(tái)起動(dòng)，防止起動(dòng)電流過大）；（2）隨著水位信號(hào)（液位傳感器cgq1）的逐淅下降，當(dāng)水位信號(hào)（液位傳感器cgq1）低于安全警戒線時(shí)，逐步停掉部分水泵（停止程序同上）；（3）當(dāng)水位信號(hào)（液位傳感器cgq1）低于最低水位時(shí)，停掉所有水泵（停止程序同上），系統(tǒng)處于自動(dòng)監(jiān)控狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備起動(dòng)。7、水泵運(yùn)行的故障診斷及故障報(bào)警（1）、水泵不吸水（真空信號(hào)）；（2）、流量?。ㄕ婵招盘?hào)，壓力信號(hào)）；（3）、水泵不上水（壓力信號(hào)、流量信號(hào)）；（4）、轉(zhuǎn)速變化大（轉(zhuǎn)速信號(hào)、壓力信號(hào)、流量信號(hào)）；（5）、軸承過熱（溫度信號(hào)）；（6）、內(nèi)部聲音異常，可能原因是流量大，吸入高度過大，吸入處有空氣滲入，所吸入的液體溫度過高。（流量信號(hào)、負(fù)壓信號(hào)、溫度信號(hào)）。出現(xiàn)以上故障，及時(shí)報(bào)警通知操作人員；嚴(yán)重故障時(shí)，報(bào)警并停止出現(xiàn)故障的水泵。2.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.3.1手動(dòng)控制方案的確定1.現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制直接經(jīng)過電控部分來分別控制各個(gè)元件，其所需開關(guān)有：現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制/非手動(dòng)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)各水泵起動(dòng)/停止開關(guān)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第7頁共121頁各水泵排氣閥、排水閥、分配閥打開/關(guān)閉開關(guān)2.輸出開關(guān)量有：各閥開啟信號(hào)燈2.3.2系統(tǒng)電動(dòng)控制/自動(dòng)檢測(cè)控制方案的確定根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具備的條件及系統(tǒng)的控制要求，得到泵