水系统的自动控制，实现避峰填谷功能。使用可编程控制器水位测量单元压力检测单元流量监测单元等多种手段，实现自动控制，最终达到无人值守的目的。指导教师签字摘要煤矿井下排水设备对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。目前国内各矿井的排水系统多采用传统的继电器控制方法，用人工进行监测。传统方法控制线路复杂，设备运行的可靠性低，工人劳动强度大，不适应煤炭发展的需要。本文设计的排水系统采用控制与监视相结合的方式，弥补了传统继电器控制的缺陷与不足，提高了工作可靠性和稳定性。在本设计中首先对煤矿排水系统进行概述，然后根据排水控制的要求，进行自动控制方面的设计。本系统采用西门子的系列，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等，完成系统设计中要实现的控制功能。有自动半自动和手动三种操作方式可供选择。为了防止工作水泵及管路磨损过于严重备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而导致电机和电气设备受潮或有其他故障不能及时发现，本系统采用水泵及管路的自动轮换工作机制。又根据避峰就谷的原则确定开启水泵台数，以达到节省用电的目的。关键词煤矿排水系统集中控制绪论煤矿井下水的形成及排水的重要性国内外研究现状及主要问题课题研究现状主要问题本课题研究的主要内容本章小结煤矿井下排水系统组成概况离心式水泵工作原理射流泵和真空泵的介绍真空泵工作原理射流泵工作原理离心式水泵的启停过程离心式水泵的启动过程离心式水泵的停机过程多台水泵的井下排水系统组成及功能实现本章小结系统硬件设计可编程控制技术的主要特点的基本工作原理实现控制功能控制系统总体设计控制系统的输入输出参数统计系统选型本章小结传感器选型液位传感器介绍超声波液位传感器投入式液位传感器液位检测装置的选择电机及水泵温度检测水泵压力检测水泵流量检测流量检测仪器的安装位置电磁流量计工作原理及其特点水泵负压检测本章小结控制系统的软件设计软件流程图自动轮换工作避峰填谷水泵的自动开启运行停止故障保护流程图部分程序本章小结总结与展望总结展望参考文献英文原文中文译文致谢中国矿业大学届本科生毕业设计绪论煤矿井下水的形成及排水的重要性在矿井生产过程中，经常有各种水源的水涌入矿井，称之为矿水。大量的矿水威胁到矿井生产的正常运行，突发时甚至会造成工作人员的伤亡。产生矿井涌水的两个必备条件是矿井水源和涌水通道。矿井涌水的水源矿井涌水的水源有地表水和地下水两大类。地表水源。地表水源主要指大气降水和地表水。大气降水。大气降水是地下水的主要补给水源。降水量对矿井涌水的影响，对于分布于河谷洼地，并且煤层上部有透水层溶洞裂隙或塌陷的浅井较为显著，其影响具有明显的季节性。雨季矿井涌水量增大，旱季则相反。地表水。河流湖泊水库和塌陷地积水等地表水，可以通过井筒塌陷裂隙断层裂隙溶洞和钻孔等直接进入井下，也可以作为地下水的补给水源，使地下水经过与井巷连通的通道进入井巷，造成水灾。地下水源。地下水是矿井水最经常最主要的水源，而大气降水和地表水也是般先补给地下水，然后再流入矿井。所以研究地下水的水量分布补给条件动态变化规律等，对分析矿井涌水极为重要。根据地下水的赋存状态和赋存位置的不同，可将矿井水分为以下几种含水层水。地层中的沙层砂岩和灰岩层等，往往含有丰富的地下水。当掘进巷道揭露含水层或回采工作面放顶后所形成的冒落裂隙与这些含水层相通时，含水层水就涌入矿井。含水层水般都具有很高的压力，特别是当它与地面水源相通时，对矿井安全生产的影响较大。断层水。断层带及断层附近岩石破碎，裂隙发育，常形成构造赋水带。特别是当导水断层与强含水层或积水体相通时，如发生断层突水，就会形成水灾。老空积水。井下采空区或煤层露头附近的古井小窖常有积水，如果开采时与之相通，就会发生突水事故。中国矿业大学届本科生毕业设计另外，还有生产用水。煤矿生产过程中，如水采除尘煤体注水防火注浆水砂充填等，都要大量用水，如管理不善排水不畅也可能引起水灾事故。矿井涌水通道矿井涌水通道可分为人为形成的通道和天然形成的通道两种。人为形成的通道有顶板冒落裂隙带顶板冒落形成导水裂隙。地表岩溶塌陷带矿区开采后地表下沉，地表水和大气降水通过塌陷坑直接进入井下。封孔质量差的钻孔打孔后封孔不严，钻孔成为各类含水层的涌水通道。天然形成的涌水通道有孔隙裂隙各种岩层中的节理层理成为涌水通道。岩溶岩石中的溶洞孔洞成为涌水通道。断层破碎带通过断层与含水层相连，断层破碎带成为涌水通道。井下排水系统的任务就是把通过各种途径流入矿井的积水排送到地表。在煤矿地下开采过程中，由于地层中含水的涌出，雨水和江河水的渗透，水砂充填和水利采煤矿井的井下供水，将更有大量的水昼夜不停地汇集于井下。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。煤矿大量的井下水在会对工作人员和设备的安全造成很大的威胁，如不采取及时有效地治理措施，会造成严重后果，轻者淹井停产，重者矿毁人亡。因此矿井主排水系统是保证矿井安全的关键设备之，在煤矿安全生产中有着举足轻重的作用。国内外研究现状及主要问题课题研究现状目前国内外学者已经在煤矿井下排水系统控制的研究中取得了很多成就。就国内的研究工作来看，大多是从煤矿井下排水系统的安全可靠性节能的角度进行研究。中国矿业大学届本科生毕业设计首先是煤矿对中央泵房水泵自动控制系统的成功改造，为我国井下排水系统自动控制开辟了条新的途径。这也验证了以计算机进行单台水泵的水泵控制系统改造和以矿井监控为主的矿井监控系统组成的矿井排水自动控制系统是种可行的方法。随后几年，根据煤矿井下排水系统消耗电能大的特点，国内研究人员分别从离心式水泵，排水管路，电动机三个方面提出了对井下排水系统的节能改造。由于各类矿井情况差别大，能源消耗尤其是电能消耗大，所以在节能技术方面的研究对煤矿效益，以致可持续发展有着很大的意义。国外的研究大多从管道的长期的维护和清理，井水质量对排水设备的影响等更加细微更加长远的方面来研究。酸性矿井排水及有害元素的影响对井下排水系统也是项严峻的考验。它不仅关乎到整个排水系统的正常运行，更影响井下设备和工作人员的安全。主要问题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，现在国内的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生和高效性，矿井中央泵房无人值守自动化系统可以有效解决这些问题。井下的水泵电压高功率大启动复杂，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。随着我国颁布分时缴纳电费的办法后，煤矿排水的经济效益也尤为突出。根据统计，每开采吨煤就要排出吨矿井水，有时甚至要排出吨矿井水。井下排水设备所配备电机的功率，小的几千瓦到几十千瓦，大的几百千瓦到上千千瓦在我国煤炭行业中，井下排水用电量占原煤生产总耗电量的，般为左右。本课题研究的主要内容水泵的启停控制机制中国矿业大学届本科生毕业设计煤矿井下排水自动控制系统是以单个水泵的自动运作为基础的，每个水泵在启动前，模块先启动抽真空系统，检测真空度。如果没有达到所需的真空度则继续等待并适时检测，当达到所需的真空度，则启动水泵。然后检测水泵出水口压力，如果压力参数没有达到要求，则继续等待，并适时检测，当压力参数满足要求，则打开水泵出水口电动闸阀同时停止抽真空系统。水泵运行过程中，模块又适时检测水仓液位，当水位低于液位下限值时则关闭水泵电动闸阀。确保闸阀关闭到位，水泵关闭完毕。水泵自动转换工作每台水泵有两个数据寄存器，分别存放运行时间和运行次数。每次启动水泵，自动启动运行时间最短的无故障水泵。当两台水泵的运行时间相近且最少时，则启动运行次数较少的水泵。自动累加水泵的排水时间和排水次数。避峰填谷机制设定个水位限值水位下限，报警水位，超限水位，当前水位设为。当达到时，首先对电网的负荷进行监测，若处于用电谷段，即启动水泵若处于用电峰段，则暂缓启动水泵当水位继续上升至时，则不论电网负荷如何，必须立即启动水泵不论投入几台水泵，水位必须下降到时方可停泵。本章小结本章简述了煤矿井下水的形成和排水的重要性，目前该领域存在的问题，并介绍了国内外研究现状，最后对本课题所要做的主要内容进行了简单的概括。中国矿业大学届本科生毕业设计煤矿井下排水系统组成概况离心式水泵工作原理井下排水系统般采用离心式水泵，些小型煤矿或浅水井临时排水系统也采用潜水泵。离心式水泵排水系统主要由离心式水泵电动机起动设备仪表管路及管路附件等组成。如图所示。起动设备电动机水泵抽水管滤水器负压表压力表闸阀逆止阀射流泵排水阀静压水管射流泵电磁阀图离心式水泵工作系统滤水器和底阀滤水器安装在吸水管的下端，插入吸水井下面，不得低于。其作用是防止井底沉积的煤泥和杂物吸入泵内，导致水泵被堵塞或被磨损。在滤水器内装有舌型底阀，其作用是使灌入水泵和吸水管中的引水，以及停泵后的存水不致漏掉。但是现在的排水系统中，为了提高排水效率，减小水泵腐蚀，般不用底阀，而用射流泵或真空泵为水泵和吸水管注水。闸阀如图是指启闭体阀板由阀杆带动阀座密封面作升降运动的阀门，可接通或截断流体的通道。当阀门部分开启时，在闸板背面产生涡流，易引起闸板的侵蚀和震动，也易损坏阀座密封面，修理困难。闸阀通中国矿业大学届本科生毕业设计常适用于不需要经常启闭，而且保持闸板全开或全闭的工况。不适用于作为调节或节流使用。图闸阀结构图调节闸阀安装在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止阀的下方。其功用为调节水泵的流量和扬程起动时将它完全关闭，以降低起动电