煤矿井下排水系统控制的系统设计毕业设计论文

毕业设计 设计题目：煤矿井下排水系统控制的系统设计 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PLC控制与PC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S7-300系列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; PLC 目 录 1 1 绪论 1 1.1煤矿井下水的形成及排水的重要性 2 1.2国内外研究现状及主要问题 2 1.2.1课题研究现状 3 1.2.2主要问题 4 1.3本课题研究的主要内容 5 1.4本章小结 6 2 煤矿井下排水系统组成概况 6 2.1离心式水泵工作原理 8 2.2射流泵和真空泵的介绍 9 2.2.1真空泵工作原理 11 2.2.2射流泵工作原理 11 2.3离心式水泵的启停过程 11 2.3.1离心式水泵的启动过程 12 2.3.2离心式水泵的停机过程 12 2.4多台水泵的井下排水系统组成及功能实现 13 2.5本章小结 14 3 系统硬件设计 14 3.1可编程控制技术 14 3.1.1 PLC的主要特点 17 3.1.2 PLC的基本工作原理 19 3.1.3 PLC实现控制功能 21 3.2 PLC控制系统总体设计 22 3.2.1控制系统的输入/输出参数统计 24 3.2.2 PLC系统选型 25 3.3本章小结 26 4 传感器选型 27 4.1液位传感器介绍 27 4.1.1超声波液位传感器 28 4.1.2投入式液位传感器 29 4.1.3液位检测装置的选择 30 4.2电机及水泵温度检测 31 4.3水泵压力检测 32 4.4水泵流量检测 32 4.4.1流量检测仪器的安装位置 34 4.4.2电磁流量计工作原理及其特点 37 4.5水泵负压检测 37 4.6本章小结 38 5 控制系统的软件设计 38 5.1软件流程图 40 5.1.1自动轮换工作 40 5.1.2避峰填谷 43 5.3水泵的自动开启、运行、停止故障保护流程图 46 5.4部分程序 48 5.5本章小结 49 6 总结与展望 49 6.1总结 49 6.2展望 51 参考文献 53 英文原文 61 中文译文 67 致 谢 1 绪论 1.1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。 1.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。 (1)地表水源。地表水源主要指大气降水和地表水。 1）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。 2）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。 （2）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一般先补给地下水，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： 1）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。含水层水一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。 2）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。 3）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。 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。 2.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。 (1) 人为形成的通道有： 1）顶板冒落裂隙带——顶板冒落形成导水裂隙。 2）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。 3）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。 （2）天然形成的涌水通道有： 1）孔隙、裂隙——各种岩层中的节理、层理成为涌水通道。 2）岩溶——岩石中的溶洞、孔洞成为涌水通道。 3）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一，在煤矿安全生产中有着举足轻重的作用。 1.2国内外研究现状及主要问题 1.2.1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。 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一条新的途径。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”是一种可行的方法。 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。 国内某计研究院提出采用PLC自动检测水仓水位、管道压力、流量等数据，根据水仓水位高低和参考矿井用电情况，建立数学模型，达到了水泵运行的避峰就谷的效果，有效地节省了矿井在排水系统上的能耗，缩减了煤矿的生产成本。 随着全国普及用电分时段计费后，国内专家就煤矿用电问题提出了分时用电以降低煤矿井下排水的成本。本观点避开水泵、管道和用电效率等因素，单从用电时段来考虑，强调煤矿井下排水应避开用电高峰，尽量在用电低谷把井下的水排净，称为煤矿排水的“避峰填谷”技术。 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。 俄罗斯研究人员根据费用相等的原理，推导出水泵最佳使用周期和管道清理周期的两种形式相似的计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ，为水泵使用和管道清理从科学的角度进行阐述，提高了整个排水系统的安全性能。 酸性矿井排水及有害元素的影响对井下排水系统也是一项严峻的考验。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。因此研究酸性矿井排水和有害元素的危害的新工艺已是国外矿井排水下大力度解决的科研难题。英国、德国、加拿大、西班牙等国根据本国矿井的具体存在的环境问题，特别是酸性矿井排水进行了大量的研究。并公开发表了数百篇学术 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 和几部论文集和专著。对世界矿井排水中的环境研究作出了巨大的贡献。 1.2.2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1吨煤就要排出2--7吨矿井水，有时甚至要排出30--40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18%--41%，一般为20%左右。因此，煤矿排水系统的节约用电也开始引起人们的注意。 1.3本课题研究的主要内容 1.水泵的启停控制机制 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, PLC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, PLC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。 2.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。 3.“避峰填谷”机制 设定3个水位限值： H1(水位下限) , H2(报警水位) , H3(超限水位) , 当前水位设为H。当H达到H2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H3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H1时方可停泵。 1.4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。 2 煤矿井下排水系统组成概况 2.1离心式水泵工作原理 井下排水系统一般采用离心式水泵，一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2-1所示。 1.起动设备 2.电动机3.水泵 4.抽水管 5.滤水器 6.负压表 7.压力表 8.闸阀9.逆止阀10.射流泵 11.排水阀 12.静压水管 13.射流泵电磁阀 图2-1 离心式水泵工作系统 1.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0.5m 。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，一般不用底阀，而用射流泵或真空泵为水泵和吸水管注水。 2.闸阀（如图2-2）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2-2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: （1）调节水泵的流量和扬程； （2）起动时将它完全关闭，以降低起动电流。 调节闸阀的优点是流动阻力和关闭压力较小，安装时无方向性，能够方便地来调节水泵的流量和扬程等。其缺点是密封面容易擦伤，检修较为困难，高度尺寸较大，在安装位置受到限制时，安装不便，结构较复杂，价格较高。 放水闸阀安装在调节闸阀上方的排水管路的放水管上，其作用为检修排水管路时放水用。 3.逆止阀 逆止阀安装在调节闸阀的上方，其作用是当水泵突然停止运转(如突然停电)时，或者在未关闭调节闸阀的情况下停泵时，能自动关闭，切断水流，使水泵不致受到水力冲击而遭到损坏。 4.灌引水漏斗、放气栓和旁通管 灌引水漏斗是在水泵初次起动时，向水泵和吸水管中灌引水用。在向水泵和吸水管中灌引水时，要通过放气栓(又叫气嘴)将水泵和吸水管中的空气放掉。 当排水管中有存水时，也可通过旁通管向水泵和吸水管中灌引水，此时要将旁通管上的阀门打开。此外，还可通过旁通管，利用排水管中的压力水的反冲作用，冲掉积存于水泵流通部分和附着于滤水器上的杂物，但此时须通过连接在底阀上的铁丝或链条将底阀提起。 5.压力表 压力表安装在水泵的排水接管上，为检测排水管中水压大小用。常用的压力表为普通弹簧管压力表，根据其结构特征可分为径向无边、径向带边和轴向带边三种。表壳的公称直径有60,100,150,200和250mm五种。压力表所测出的压力叫做表压力或相对压力，它比绝对压力小1个大气压。 6.真空表 真空表安装在水泵的吸水接管上，为检测吸水管的真空度用。根据其结构特征也可分为径向无边、径向带边和轴向带边三种。表壳的公称直径和压力表一样，也分为60,100,150，200和250mm五种。真空表测量范围为0--0.1 MPa(一个大气压)。 2.2射流泵和真空泵的介绍 离心式水泵在起动前必须将吸水管和泵腔内注满水才能进入运行状态，否则水泵转动时将无法吸水，形成“干烧”，严重影响水泵的使用寿命。在无底阀的排水系统中，水泵每次起动都要灌水，这一工作由抽真空设备完成，一般使用射流泵或真空泵。它们的工作原理不同，但都能在系统中使水泵工作腔达到一定的真空度，保证系统正常工作。 水泵房排水设备一般安置在水井液面以上，所以水泵启动前的灌水一般采用吸入式。为了减小井水吸入阻力，提高泵站运行效率，吸水管路不宜设置底阀。无底阀吸入式灌水，要采用撞门的引水设备，对水泵排水腔和吸水管路进行抽真空，使水泵运行前充满水。引水设备一般为真空泵或射流泵。真空泵和射流泵中所用到的阀门都是球阀。 球阀（如图2-3）是由旋塞阀演变而来。它具有相同的启闭动作，不同的是阀芯旋转体不是塞子而是球体。当球旋转90度时，在进、出口处应全部呈现球面，从而截断流动。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向。 图2-3 球阀结构图 2.2.1真空泵工作原理 真空泵是用各种方法在某一封闭空间中产生、改善和维持真空的装置。真空泵可以定义为：利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。随着真空应用的发展，真空泵的种类已发展了很多种，其抽速从每秒零点几升到每秒几十万、数百万升。极限压力(极限真空)从粗真空到10-12Pa以上的超高真空范围。 由于真空应用部门所涉及的工作压力的范围很宽，因此任何一种类型的真空泵都不可能完全适用于所有的工作压力范围，只能根据不同的工作压力范围和不同的工作要求，使用不同类型的真空泵。为了使用方便和各种真空工艺过程的需要，有时将各种真空泵按其性能要求组合起来，以机组型式应用。 凡是利用机械运动(转动或滑动)以获得真空的泵，称为机械真空泵。机械真空泵按其工作原理及结构特点分述如下： 1.变容真空泵 它是利用泵腔容积的周期变化来完成吸气和排气以达到抽气目的的真空泵。气体在排出泵腔前被压缩。这种泵分为往复式及旋转式两种。 （1）往复式真空泵 利用泵腔内活塞往复运动，将气体吸入、压缩并排出。又称为活塞式空泵。 （2）旋转式真空泵 利用泵腔内转子部件的旋转运动将气体吸入、压缩并排出。它大致有如下几种分类： 1)油封式真空泵 它是利用真空泵油密封泵内各运动部件之间的间隙，减少泵内有害空间的一种旋转变容真空泵。这种泵通常带有气镇装置。它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑阀式真空泵、余摆线真空泵等。 2)液环真空泵 将带有多叶片的转子偏心装在泵壳内。当它旋转时，把工作液体抛向泵壳形成与泵壳同心的液环，液环同转子叶片形成了容积周期变化的几个小的旋转变容吸排气腔。工作液体通常为水或油，所以亦称为水环式真空泵或油环式真空泵。 3)干式真空泵 它是一种泵内不用油类(或液体)密封的变容真空泵。由于干式真空泵泵腔内不需要工作液体，因此，适用于半导体行业、化学工业、制药工业及食品行业等需要无油清洁真空环境的工艺场合。 4)罗茨真空泵泵内装有两个相反方向同步旋转的双叶形或多叶形的转子。转子间、转子同泵壳内壁之间均保持一定的间隙。 5）动量传输泵 它依靠高速旋转的叶片或高速射流，把动量传输给气体或气体分子，使气体连续不断地从泵的入口传输到出口。 2.分子真空泵 它是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。这种泵具体可分为： （1)牵引分子泵气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量，被驱送到泵的出口。 （2)涡轮分子泵 靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。这种泵通常在分子流状态下工作。 （3)复合分子泵它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵。 真空泵运行效率高，水泵启动快，但需要提供专门的驱动设备。射流泵结构简单，操作方便，根据矿井的地下环境和条件，射流泵的应用更为普遍。 2.2.2射流泵工作原理 射流泵的工作原理是水射流时的“虹吸现象”。水力射流泵装置的泵送是通过两种运动流体的能量转换来达到的。地面泵提供的高压动力流体通过喷嘴把其位能(压力)转换成高速流体的动能喷射流体将其周围的井液从汇集室吸入喉道而充分混合,同时动力液把动量传给井液而增大井液能量,在喉道末端,两种完全混合的流体仍具有很高的流速 (动能),此时,它们进人一扩散管通过流速降低而把 部分动能转换成压能,流体获得的这一压力足以把自己从井下返出地面,其结构原理如图2-4。 1.进水口 2.喷嘴； 3. 扩散管； 4.混合管； 图2-4射流泵系统结构图 2.3离心式水泵的启停过程 2.3.1离心式水泵的启动过程 首先监测水仓水位，当水仓水位到达设定的高水位时，接通控制射流泵的电磁阀的线圈，开启射流泵，为离心式水泵进行注水。在射流泵的作用下，水泵入口处的真空度会增加，配水井中的水会在大气压的作用下注入离心泵的腔体直至注满，当水泵入口处的真空度达到要求后（水泵入口处的真空度增加到一定的数值时不在会继续增加），接通水泵机组中的电动机触点来开启水泵。在电动机启动过程中，水泵出口处的压力会逐渐增加。最后会达到某一数值（通常为该离心式水泵的堵转水头）而不再增加，达到预先设定的压力值后，为该水泵开启其出口处的电动闸阀，使得这个水泵机组进行排水。同时，关闭射流泵，停止为其引水。 2.3.2离心式水泵的停机过程 水位在水泵的作用下逐渐下降，直到达到需要关闭水泵的水平，即水位下降到安全水位以下，这时要先关闭排水管的电动闸阀，再关闭逆止阀，防止排水管中井水倒流，随后关闭水泵电机，使其停止工作。 2.4多台水泵的井下排水系统组成及功能实现 为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用.而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现，当工作泵出现紧急故障或排水管路需要维修的情况需投入备用泵和备用管路时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了3台泵和2条管路的井下排水系统，如图2-5。 图2-5 煤矿井下排水系统图 系统工作原理如下：以离心泵10#和排水管1作为常用工作系统，离心泵20#，离心泵30#和排水管2作为备用的轮换系统。先不考虑避峰填谷机制的运用，当排水系统需要排水时，即假定水位h2时，射流泵先将水泵注满水抽真空，即打开射流泵的注水阀和排气阀，进行水泵的抽真空，当水泵出水口压力到达预定值时，开启闸阀11#，并关闭排气阀和注水阀，停止射流泵工作。当排水管路出口的压力到达预定值时，开启排水阀14#，进行排水。井水排完时，即井下水位低于h1时，先关闭排水阀14#，在关闭逆止阀11#，防止水井倒流打坏水泵，最后关闭水泵电机停止工作。 系统所要实现三个主要功能：1.水泵和管道的轮循工作，2.水泵的自动启停，3.避峰填谷机制，本文将着重阐述避峰填谷机制在煤矿井下排水系统的运用。 2.5本章小结 本章详细叙述了离心式水泵排水系统的组成、工作原理，球阀和闸阀的区别和特点，射流泵和真空泵的区别以及各自的工作原理，离心式水泵的启动和停机过程，整个排水系统的工作流程以及实现功能简介。 3 系统硬件设计 3.1可编程控制技术 3.1.1 PLC的主要特点 PLC（ Programmable Logic Controller），即可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 1.PLC的特点 （1）灵活、通用 在继电器控制系统中，使用的控制装置是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电气控制图，由人工通过布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。如果因为工艺上少许变化，需要改变电气控制系统时，原先整个电气控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，耗费大量人力、物力、和时间。而PLC是通过在存储器中的程序实现控制功能，若控制功能需要改变，只需修改程序及少量接线即可。而且，同一台PLC还可用于不同控制对象，通过改变软件则可实现不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的灵活性和通用性，结构形式多样化，可以适用于各种不同规模、不同工业控制要求。 （2）可靠性高、抗干扰能力强 可靠性是工业控制器件的重要指标。因此，要求在各种恶劣工作环境和条件(如电磁干扰、灰尘等)下可靠工作，将故障率降至最低。PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，不会出现继电器一接触器控制系统中接线老化、脱焊、触点电弧等现象，故被称为“专为适应恶劣工业环境而设计的计算机”。 （3）编程简单、使用方便 PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形图语言编程方式，它既继承了继电器控制线路的清晰直观感，又考虑到电气技术人员的读图习惯和应用实际，电气技术人员易于编程，程序修改灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与汇编语言相比，虽然增加了解释程序和程序执行时间，但对大多数机电控制设备来说，PLC的控制速度还是足够快的。此外，PLC的I/O接口可直接与控制现场的用户设备联接。如继电器、接触器、电磁阀等联接，具有较强的驱动能力。 （4）接线简单 PLC只需将输入设备(如按钮、开关等)与输入端子联接，将输出设备(如接触器、电磁阀等)与输出端子联接。接线极其简单、工作量极少。 （5）功能强 PLC不仅具有条件控制、定时、计数、步进等控制功能，而且还能完成A/D. D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网、生产过程监控等。因此，PLC既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制。可控制一台单机、一条生产线，也可控制一个机群、多条生产线。可用于现场控制，也可用于远距离控制。可控制简单系统，又可控制复杂系统。 （6）体积小、重量轻、易于实现机电一体化 PLC具有体积小、重量轻、功耗低等特点。由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用，以及有很强的可靠性和抗干扰能力，易于嵌入机械设备内部。因此，PLC在机电一体化产品中被广泛应用。 2.PLC的主要功能 PLC是应用面很广，发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。今天的PLC功能，远不仅是替代传统的继电器逻辑。 PLC系统一般由以下基本功能构成： .多种控制功能 .数据采集、存储与处理功 .通信联网功能 .输入/输出接口调理功能 .人机界面功能 .编程、调试功能 （1）控制功能 逻辑控制:PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能，可以代替继电器进行开关量控制。 定时控制:它为用户提供了若干个电子定时器，用户可自行设定:接通延时、关断延时和定时脉冲等方式。 计数控制:用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测。 顺序控制:在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台PLC可作为多部步进控制器使用。 （2）数据采集、存储与处理功能 数学运算功能包括: 1）基本算术:加、减、乘、除。 2）扩展算术:平方根、三角 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 和浮点运算。 3）比较:大于、小于和等于。 数据处理:选择、组织、规格化、移动和先入先出。 模拟数据处理:PID、积分和滤波。 （3）输入/输出接口调理功能 具有A/D. D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节精度，可以根据用户要求选择。具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。 （4）通信、联网功能 现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。 通信接口或通信处理器按 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。 在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。 （5）人机界面功能 提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息；允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。实现人机界面功能的手段:从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的CRT显示与键盘操作和用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 （6）编程、调试等 使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。 3.1.2 PLC的基本工作原理 PLC运行时，内部要进行一系列操作，大致可分为四大类：以故障诊断、通信处理为主的公共操作，联系工业现场的数据输入和输出操作，执行用户程序的操作，以及服务于外部设备的操作（如果外部设备有中断请求）。其过程示意图如图3-1所示。 与其它计算机系统一样，PLC的CPU是采用分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，随着时间的延伸一个动作接一个动作顺序地进行。这种分时操作进程称为CPU对程序的扫描。PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按序号顺序排列。CPU从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束。然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述的扫描循环的。 PLC接通电源后，在进行循环扫描之前，PLC首先确定自身的完好性，这是起始操作的主要工作。PLC进行清零或复位处理，消除各元件状态的随机性；检查I/O单元连接是否正确；启动监控定时器T0，执行一段涉及到各种指令和内存单元的程序，如果所用的时间不超过T0，则可证实自身完好，否则系统关闭。此后，将监控定时器T0复位，允许扫描用户程序。 PLC的基本工作过程为： 3-1 PLC工作原理示意图 1、公共操作 公共操作是在每次扫描程序前进行自检，若发现故障，除了故障灯外，还可判断故障性质：一般性故障，只报警不停机，等待处理；严重故障，则停止运行用户程序，此时PLC切断一切输出联系。 2、数据I/O操作 数据I/O操作也称为I/O状态刷新。它包括两种操作：一个是采样输入信号，即刷新输入状态表的内容；二是送出处理结果，即用输出状态表的内容刷新输出电路。在PLC的存储器中，有一个专门存放I/O的数据区，其中对应于输入端子的数据区，我们称之为输入映像存储器。当CPU采样时输入信号由缓冲区进入映像区，这就是数据输入状态刷新；同样道理，CPU不能直接驱动负载。当前处理的结果放在输出映像存储器区内，在程序执行结束后，才将输出映像区的内容通过锁存器输出到端子上。这步操作称为输出状态刷新。 3、执行用户程序操作 在程序执行前复位监控定时器T1，即执行程序并开始计时。监控定时器T1就是通常所说的“看门狗”，它是用来监视程序执行是否正常的，正常时，执行完用户程序所用的时间不会超过T1的设定值，执行完用户程序后立即使“看门狗”复位，表示程序执行正常。当程序执行过程中因某种干扰使扫描失控或进入死循环时，“看门狗”会发出超时报警信号，使程序重新开始执行。如果是偶然因素造成超时，重新扫描程序不会再遇到“偶然干扰”，系统便转入正常运行；若由于不可恢复的确定性故障，则系统会自动地停止执行用户程序、切断外部负荷、发出故障信号，等待处理。 4、处理外设请求操作 每次执行完用户程序后，就进入服务外设请求命令的操作，外设的请求命令包括操作人员的介入和硬件设备的中断。外设请求一般不会影响系统正常工作，而且可能更有利于系统的控制和管理。如果没有外设请求，系统则会自动循环地扫描进行。 3.1.3 PLC实现控制功能 从系统的控制功能上来说，应具备以下五大功能： 1.数据自动采集与检测 数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、3台水泵的流量、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力；数字量检测的数据主要有：工作系统的操作方式选择、电动闸阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电动球阀状态。 数据自动采集主要由PLC实现，PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位，将水位变化信号进行转换处理，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，控制排水泵的启停。影响水位的因素主要来自两方而:一是水位计故障(如遭受杂物撞击)，二是水位信号受干扰(如水波动较大)。对于前一个因素采用双水位计，在水仓中设置两个同样的水位计，PLC同时对两个水位计取样。如果两路信号相差大于0.15m时系统报警，要求值班人员进行检查；而对于信号干扰，则采用软件过滤，只有当信号在某一值附近稳定足够时间，且回差足够小时才作为控制量使用，防止了因干扰而泞致机组误动的情况。 在数据采集过程中，模拟量信号的处理是将模拟信号变换成数字信号（A/D转换），其变换速度由采样定律确定。一般情况下，采样频率应为模拟信号中最高频率成分的2倍以上，这样经A/D变换的精度可完全恢复到原来的模拟信号精度。A/D变换的精度取决于A/D变换器的位数。PLC所采用的A/D模块均以积分方式变换，可使输入信号的尖峰噪音和感应噪声平均化，适用于噪音严重的工业场所。 2.自动轮换工作 为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了3台泵和2条管路自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当某台泵或所属阀门故障、某趟管路漏水时，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产的目的。 3.“避峰填谷” 所谓“避峰填谷”，是指调度水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段工作，尽量避免在“峰段”启动。要实现“避峰填谷”，需调度各水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段，将水仓的水位排至设定的低位，以便水仓能够腾出尽可能大的容积，使其在“峰段”容纳更多的矿井涌水而不用启动水泵。 4.系统保护功能 超温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC 实现超限报警。 流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本台水泵停车，自动转换为启动另一台水泵。 电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障，并参与控制。 电动闸阀故障：由电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相等故障，并参与水泵的联锁控制。 5.三种工作方式 系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。自动时，由PLC检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与；半自动工作方式时，由工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作；手动检修方式为故障检修和手动试车时使用，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行，不影响其它泵组正常运。PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮，设备检修时，可防止其他人员误操作，以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。 3.2 PLC控制系统总体设计 系统由PLC（可编程逻辑控制器）、触摸屏、检测部分（模拟量和开关量采集）和执行部分等组成，其硬件结构如图3-2所示。 图3-2 排水控制系统硬件结构图 3.2.1控制系统的输入/输出参数统计 经过粗略计算，需要数字量输入64点，数字量输出54点，模拟量输入通道21路，其具体分配见表3-1，3-2，3-3。 表3-1 模拟量输入通道统计表 模拟量输入 通道数 水仓水位 1 水泵真空度 3 出水口压力 3 排水管流量 2 水泵轴承温度 3 电机温度 3 电机电流 3 电机电压 3 总计 21 表3-2数字量输入点数统计表 数字量输入 点数 电动闸阀开 3 电动闸阀关 3 电动闸阀停 3 电动闸阀开到位 3 电动闸阀关到位 3 电动闸阀开过转矩 3 电动闸阀关过转矩 3 射流泵状态 2 电机合闸 3 电机分闸 3 电机合闸到位 3 电机分闸到位 3 射流泵球阀开到位 2 射流泵球阀关到位 2 球阀开到位 9 球阀关到位 9 故障复位 1 急停 1 操作方式选择 3 射流泵启动方式选择 1 总计 64 表3-3数字量输出点数统计表 数字量输出 点数 射流泵球阀开 2 射流泵球阀关 2 排水泵球阀开 9 排水泵球阀关 9 电动闸阀开 3 电动闸阀关 3 电动闸阀开到位 3 电动闸阀关到位 3 电动闸阀开过转矩 3 电动闸阀关过转矩 3 射流泵电机开 3 射流泵电机关 3 水泵电机开 3 水泵电机关 3 警铃 1 故障显示灯 1 总计 54 3.2.2 PLC系统选型 1.CPU模块 CPU是PLC系统的运算控制核心。它根据系统程序的要求完成以下任务：接收并存储用户程序和数据，接收现场输入设备的状态和数据，诊断PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，完成用户程序规定的运算任务，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实现输出控制或数据通信等功能。 煤矿所用PLC一般为中到大型PLC，所以在设计中选用西门子S7-300 PLC，又从I/O扩展能力、指令执行速度、通讯能力等性能上结合煤矿自身环境条件，选用CPU315-2 DP处理器是比较合适的。它是S7-300系列中唯一带现场总线(PROFIBUS) SINEC L2-DP接口的CPU模块。内置128KB RAM，指令执行速度为300 ns/二进制指令，最大数字量I/O点数为1024个，最大模拟量I/O通道数为128个。满足设计要求。 2.电源模块 电源模块是构成PLC控制系统的重要组成部分，针对不同系列的CPU，西门子有匹配的电源模块与之对应，用于对PLC内部电路和外部负载供电。设计所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块的总消耗功率之和，有时甚至还要考虑某些执行单元的功率，并且要留有30％左右的裕量。结合设计中用到的I/O模块和CPU模块和煤矿自身环境，设计中选用PS307电源模块（10A）。PS307是交流供电，连接单相交流系统(输入电压120/230V AC，50/60Hz)，输出电压24V DC，具有防短路和开路保护。 3.输入输出模块 考虑到前面的设计中I/O点数可能有疏漏，并考虑到I/O端的分组情况以及隔离与接地要求，应在统计后得出的I/O总点数基础上，增加10％到15％的裕量。考虑裕量后的I/O总点数即为I/O点数估计值。选定的PLC机型的I/O能力极限值必须大于I/O点数估计值，并应尽量避免使PLC能力接近饱和，一般应留有30％的裕量。通过简单的计算，设计中选用数字量输入模块SM321，直流32点输入，3块；数字量输出模块SM322，32点晶体管输出，3块；模拟量输入模块SM331，8通道12位模拟量输入模块（8AI×l2位），4块。 综上所述，本系统选用PLC型号如表3-4： 表3-4PLC选型表 CPU模块 CPU315-2 DP处理器 电源模块 PS307（10A） 数字量输入模块 3块SM321（32点DC） 数字量输出模块 3块SM322（32点晶体） 模拟量输入模块 4块SM331（8AI×12位） 3.3本章小结 本章介绍了PLC的硬件设计方案。主要设计出的该系统具备数据自动采集与检测、自动轮换工作、“避峰填谷”、系统保护功能、自动、半自动和手动检修3种工作方式等功能进行原理叙述，完成PLC的选型工作。 4 传感器选型 系统所选用的传感器如表4-1： 表4-1系统选用的传感器 液位传感器 超声波液位计、投入式液位计 温度传感器 接触式PT100温度传感器 压力传感器 薄膜压力变送器 流量传感器 潜水型电磁流量计 负压传感器 NS-K型负压传感器 主要传感器安装位置如图4-1： 1.投入式液位计 2.超声波液位计 3.温度传感器 4.负压传感器 5.压力传感器 6.流量传感器 图4-1 个传感器安装示意图 下面分别介绍各个传感器的原理及选型依据。 4.1液位传感器介绍 4.1.1超声波液位传感器 超声波液位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。如果从发射超声波脉冲开始，到接受到反射波为止的这个时间间隔为已知，就可以求出分界面的位置，利用这种方法可以对液位进行测量。根据发射和接受换能器的功能，传感器又可分为单换能器和双换能器。单换能器的传感器发射和接收超声波使用同一个换能器，而双换能器的传感器发射和接受各使用一个换能器。 下面就单换能器的超声波传感器加以介绍。 超声波发射和接收换能器可以安装在液面的上方，让超声波在空气中传播，如图4-2所示。 图4-2 超声波液位计安装示意图 对于单换能器来说，超声波从发射器到液面，又从液面反射到换能器的时间为： （式4-1） 则 （式4-2） 式中： h —换能器距液面的距离； c —超声波在介质中的传播速度。 从以上公式中可以看出，只要测得超声波脉冲从发射到接收的时间间隔，便可以求得待测的液位。 超声波液位传感器具有精度高和使用寿命长的特点，但若液体中有气泡或液面发生波动，便会产生较大的误差。在一般使用条件下，它的测量误差为 ，检测液位的范围为 ～ m。 系统采用超声波液位计，在测量中脉冲超声波由传感器（换能器）发出，声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。 设计中选用二线制输出型液位计，其参数如表4-2： 表4-2超声波液位计参数 量程： 0～8m 精度： 0.25% 盲区： 0.3～0.5m 温度： -20℃～+55℃ 电源： 24VDC 控制： 无 输出： 4～20mA二线制 防护等级： IP65 显示方式： 4位LCD 4.1.2投入式液位传感器 投入式液位传感器是将传感器的探头投入液体中。利用处于一定深度时液体会产生一定的压强这个基本原理制成的。其示意图如图4-3所示。 1.传感头 2.通气电缆 3.通气孔 4.电缆 喇叭口 图4-3水位计示意图 具体的来说是:传感头根据水中的压力与空气中的压力差，传感头把水位的高度变换成压力差，再把压力差转换成微弱的电信号，该微弱的电信号经放大器放大后送A/D变换器，单片机采集数字信号经运算处理后，输出的水位高度用数码管来显示，同时输出对应的输出信号。 4.1.3液位检测装置的选择 上述两种液位传感器是基于不同的工作原理设计和制造出来的，分别适应于不同的工作场所。当然，有些场所可以使用两种当中的任何一种，也可以同时使用在同一个被检测对象(水仓)。 两种液位传感器的比较 投入式液位传感器的特点在于: 1.制造成本相对于超声波液位传感器较为低廉: 2.量程比较小(5 —10米)，但一般能满足测量水仓水位的要求: 3.性能受到被检测介质物理性质(如液体有固体沉积或粘稠)的影响； 4.测量工作不受空气中的悬浮成分如粉尘、浓烟等的影响 相对而言，超声波液位传感器的特点在于: 1.超声波传播会受到空气中粉尘的影响； 2.超声波水位传感器的测量量程大； 3.超声波水位传感器属于非接触式传感器，性能不受被检测介质的影响； 4.制造成本比较高。 由于煤矿井下的排水系统重要的安全地位，而水位传感器是整个排水系统的嗅觉器官。也就是说，一旦水位传感器失灵，后面的排水硬件和响应软件设置的再好都无法启动。所以，合理设计水位传感也是很重要的。 在水位检测装置的选择上，至少选择两个水位传感器来提高水位检测装置的可靠性。一般选择一个超声波液位传感器与一个投入式液位传感器相结合的方法来检测水位。但是由于超声波液位传感器不能用在过于狭小的空间内，当条件不具备时，也可以使用两个投入式传感器来检测水位。 综上所述，本系统选用一个二线制输出型液位计，一个投入式液位计。 4.2电机及水泵温度检测 温度传感器一般分为接触式与非接触式两大类。所谓接触式就是传感器直接与被测物体接触，这是测温的基本形式。这类温度传感器具有结构简单、工作可靠、精度高、稳定性好、价格低廉等优点，是目前应用最多的一类。 非接触式温度传感器理论上不存在接触式温度传感器的测量滞后和应用范围上的限制，可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体表面的温度，不干扰被测温度场，但测量精度低，使用不太方便。 通过比较，宜选择接触式温度传感器测量温度比较合适。本文选择PT100温度传感器测电机及水泵温度。 Pt100传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温，其温度/阻值对应关系为： （1）-200℃Vmax ,则应开动水泵,以免发生水仓溢水。 图5-2确定开启水泵台数的流程图 5.2地址分配 本设计约用到139个I/O点，其中数字量输入点约64个，模拟量输入点约21个，输出点约54个，部分分配情况如表1所示： 表1 地址的分配和相关符号的功能 绝对 地址 符号 地址 连接的 外部设备 功能 说明 I0.0 M100.0 按钮SB0 手动起动10#泵 I0.1 M100.1 按钮SB1 手动起动20#泵 I0.2 M100.2 按钮SB2 手动起动30#泵 I0.4 M100.4 按钮SB4 手动停止10#泵 I0.5 M100.5 按钮SB5 手动停止20#泵 I0.6 M100.6 按钮SB6 手动停止30#泵 I1.0 M101.0 10#真空阀开返回 采集10#电动阀全开返回 I1.1 M101.1 10#真空阀关返回 采集10#电动阀全闭返回 I1.2 M101.2 20#真空阀开返回 采集20#电动阀全开返回 I2.0 M101.3 20#真空阀关返回 采集20#电动阀全闭返回 I2.1 M101.4 30#真空阀开返回 采集30#电动阀全开返回 I2.2 M101.5 30#真空阀关返回 采集30#电动阀全闭返回 I2.5 M102.0 1#电机开返回 采集1#电机开返回 I2.6 M102.1 1#电机关返回 采集1#电机关返回 I2.7 M102.2 2#电机开返回 采集2#电机开返回 I3.0 M103.0 2#电机关返回 采集2#电机关返回 I3.1 M103.1 3#电机开返回 采集3#电机开返回 I3.2 M103.2 3#电机关返回 采集3#电机关返回 I3.5 M103.5 按钮SB8 采集手动控制信号 I3.6 M103.6 按钮SB9 采集自动控制信号 I3.7 M103.7 按钮SB10 采集远程控制信号 I4.0 M104.0 水位h1 采集水位1信号 I4.1 M104.1 水位h2 采集水位2信号 I4.2 M104.2 水位h3 采集水位3信号 PIW256 MW110 10#泵真空传感器 采集10#泵真空度 PIW258 MW112 1#电机温度传感器 采集10#泵电机温度 PIW260 MW114 1#电机电流传感器 采集10#泵电机电流 PIW262 MW116 20#泵真空传感器 采集20#泵真空度 PIW264 MW118 2#电机温度传感器 采集20#泵电机温度 PIW266 MW120 2#电机电流传感器 采集20#泵电机电流 PIW268 MW122 30#泵真空传感器 采集30#泵真空度 PIW270 MW124 3#电机温度传感器 采集30#泵电机温度 PIW284 MW126 3#电机电流传感器 采集30#泵电机电流 Q4.0 M150.0 控制继电器J10 控制1#电机开 Q4.1 M150.1 控制继电器J11 控制1#电机停 Q4.2 M150.2 控制继电器J12 控制2#电机开 Q4.3 M150.3 控制继电器J13 控制2#电机停 Q4.4 M150.4 控制继电器J14 控制3#电机开 Q4.5 M150.5 控制继电器J15 控制3#电机停 Q6.0 M152.0 控制继电器J20 控制10#真空阀开 Q6.1 M152.1 控制继电器J21 控制10#真空阀关 Q6.2 M152.2 控制继电器J22 控制20#真空阀开 Q6.3 M152.3 控制继电器J23 控制20#真空阀关 Q6.4 M152.4 控制继电器J24 控制30#真空阀开 Q6.5 M152.5 控制继电器J25 控制3#真空阀关 Q7.0 M153.0 指示灯L0 显示10#水泵运行状态 Q7.1 M153.1 指示灯L1 显示10#水泵停止状态 Q7.2 M153.2 指示灯L2 显示20#水泵运行状态 Q7.3 M153.0 指示灯L3 显示20#水泵停止状态 Q7.4 M153.3 指示灯L4 显示30#水泵运行状态 Q7.5 M153.4 指示灯L5 显示30#水泵停止状态 Q8.0 M153.7 指示灯L8 显示电源 Q8.1 M154.0 指示灯L9 显示预警状态 Q8.2 M154.1 指示灯L10 显示水位状态 5.3水泵的自动开启、运行、停止故障保护流程图 图5-3给出了其中一台泵的自动开启故障保护流程图。其余两台泵的与此基本相同。通过确定开泵数量的程序以及水泵轮换工作模块，我们可以确定开几号水泵。对于这其中的一台泵便满足了开泵条件，进入了此泵组的自动开启阶段。 当PLC接收到启动某台水泵的指令后，就会按照图5-3所示的水泵的启动流程图进行水泵的自动启动控制。首先是启动抽真空系统将水泵体内的空气排除，让其充满水，这时，抽真空管路上的负压表（真空表）就会达到要求值，当PLC检测到负压表的读数满足启动要求时，就会发指令给高压开关柜，启动水泵电机，并关掉抽真空设备。这时位于水泵上方主排水管路上的 压力传感器承受的压力越来越大，当达到要求值时，PLC发指令开启电动闸阀，开始排水。 图5-3自动开启故障保护流程图 从流程图中可以看出，系统中设有抽真空超时、闸阀开超时、压力异常等故障报警系统。如果出现异常，对于实时CPU以及I/O模块内部的错误，自动控制系统会自动跳入故障处理程序块中进行相应的处理；如果是外部回路接线错误或传感器失效等故障系统会自动声光报警，并停泵，禁止该泵投入自动循环运行中。 运行过程中，主要监测压力、电流、温度、流量等状态量，出现异常停止水泵，并报警给出故障提示。其流程图如图5-4所示。 图5-4运行过程故障保护流程 水位在水泵的作用下逐渐下降，直到达到需要关闭水泵的水平，即水位下降到安全水位以下，这时要先关闭排水管的电动闸阀，再关闭逆止阀，防止排水管中井水倒流，随后关闭水泵电机，使其停止工作。如果排水阀，逆止阀，电机关闭没有到位，则触发声光报警，紧急停泵，其流程如图5-5。 图5-5 停泵流程图 停止过程中主要结合定时器监测动作是否正常，出现故障进行报警，并给出故障提示。其流程图如图5-6所示。 图5-6停止过程故障保护流程 5.4部分程序 FC1模块设计: 程序段1：用位存储器M100代替输入存储器I0。 程序段2：用位存储器MW110代替输入存储器PIW256。 程序段3：用位存储器M150代替输出存储器Q4。 OB1主模块设计: 程序段1：调用指令CALL实现调用FC1模块的功能。所以，在OB1模块的开始就进行了地址转移。 程序段2：10#泵采集的真空度、电机电流、电机温度（PLC内部已将其转化为0～27648）与设定值相比较。 程序段3：20#泵采集的真空度、电机电流、电机温度与设定值相比较。 程序段4：30#泵采集的真空度、电机电流、电机温度与设定值相比较。 5.5本章小结 本章介绍了煤矿井下排水系统的软件设计方案。分别给出系统整体的软件流程图、水泵的自动开启关闭、故障保护的流程图，以及给出部分STEP-7编程程序。完成了整个系统的软件设计。 6 总结与展望 6.1总结 本论文针对煤矿井下主排水系统自动化程度不高的现状，研究设计了PLC控制与PC监视相结合的煤矿井下自动排水系统。本文重点介绍了以下几点内容： （1） 进行系统设计中所使用到的设备的选型工作。首先是根据矿井的涌水量和井深来确定使用水泵的型号和台数，然后确定排水管道和电动闸阀，电动球阀；根据功能要求选择一定数量和类型的传感器，通过估算的输入输出点数和要求的PLC的存储容量及响应速度，确定所用PLC的型号和功能模块。 （2） 设计出了系统控制的流程图，使用PLC语言编写了水泵自动控制的部分程序。。 （3） 利用VISIO绘图软件绘制了系统控制的原理图， 由于是初次接触PLC和矿井排水系统，了解甚微，所以设计中的很多细节部分考虑不周。在郝榕老师的悉心指导下，对结构和部分内容进行了修改，大体上做到了有章可寻。 6.2展望 近年来，我国煤炭行业发展迅猛，再加上自动化技术的飞速发展，煤矿自动化生产己成为必然趋势，而排水系统作为保障安全生产不可或缺的部分，其集中控制的实现对整个煤炭生产具有非常重要的意义。鉴于此，很多工程技术人员对排水系统进行了一系列的研究开发。本文也对其进行了一定程度的探讨，但仍有很多方面像传感器输入信号的灵敏度、监测模拟的准确性等还有待进于一步研究。而且神经网络技术、专家系统等先进的控制技术也可应用到煤矿井下排水系统的控制中，使其不断得到完善，更符合自动化矿山的要求。研制集中控制排水系统的最终目标是将井下排水系统的集中控制纳入煤矿的整体集中控制当中，使煤矿生产各个环节均实现集中控制，实现煤矿发展的巨大飞跃。 参考文献 [1] 郑晟、巩建平、张学.现代可编程序控制器原理与应用.北京：科学出版社，1999. 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This paper will examine the most common starting methods and their recommended applications. Index Terms: motor starting. Reduced voltage start auto transformer, wyes-delta, power factor correction I. INTRODUCTION There are several general methods of starting induction motors: full voltage, reduced voltage, wyes-delta, and part winding types. The reduced voltage type can include solid state starters, adjustable frequency drives, and autotransformers. These, along with the full voltage, or across the line starting, give the purchaser a large variety of automotives when it comes to specifying the motor to be used in a given application. Each method has its own benefits, as well as performance trade offs. Proper selection will involve a thorough investigation of any power system constraints, the load to be accelerated and the overall cost of the equipment. In order for the load to be accelerated, the motor must generate greater torque than the load requirement. In general there are three points of interest on the motor's speed-torque curve. The first is locked-rotor torque (LRT) which is the minimum torque which the motor will develop at rest for all angular positions of the rotor. The second is pull-up torque (PUT) which is defined as the minimum torque developed by the motor during the period of acceleration from rest to the speed at which breakdown torque occurs. The last is the breakdown torque (BDT) which is defined as the maximum torque which the motor will develop. If any of these points are below the required load curve, then the motor will not start. The time it takes for the motor to accelerate the load is dependent on the inertia of the load and the margin between the torque of the motor and the load curve, sometimes called accelerating torque. In general, the longer the time it takes for the motor to accelerate the load, the more heat that will be generated in the rotor bars, shorting ring and the stator winding. This heat leads to additional stresses in these parts and can have an impaction motor life. II. FULL VOLTAGE The full voltage starting method, also known as across the line starting, is the easiest method to employ, has the lowest equipment costs, and is the most reliable. This method utilizes a control to close a contactor and apply full line voltage to the motor terminals. This method will allow the motor to generate its highest starting torque and provide the shortest acceleration times. This method also puts the highest strain on the power system due to the high starting currents that can be typically six to seven times the normal full load current of the motor. If the motor is on a weak power system, the sudden high power draw can cause a temporary voltage drop, not only at the motor terminals, but the entire power bus feeding the starting motor. This voltage drop will cause a drop in the starting torque of the motor, and a drop in the torque of any other motor running on the power bus. The torque developed by an induction motor varies roughly as the square of the applied voltage. Therefore, depending on the amount of voltage drop, motors running on this weak power bus could stall. In addition, many control systems monitor under voltage conditions, a second potential problem that could take a running motor offline during a full voltage start. Besides electrical variation of the power bus, a potential physical disadvantage of an across the line starting is the sudden loading seen by the driven equipment. This shock loading due to transient torques which can exceed 600% of the locked rotor torque can increase the wear on the equipment, or even cause a catastrophic failure if the load can not handle the torques generated by the motor during staring. A. Capacitors and Starting Induction motors typically have very low power factor during starting and as a result have very large reactive power draw. See Fig. 2. This effect on the system can be reduced by adding capacitors to the motor during starting. The large reactive currents required by the motor lag the applied voltage by 90 electrical degrees. This reactive power doesn't create any measurable output, but is rather the energy required for the motor to function. The product of the applied system voltage and this reactive power component can be measured in VARS (volt-ampere reactive). The capacitors act to supply a current that leads the applied voltage by 90 electrical degrees. The leading currents supplied by the capacitors cancel the lagging current demanded by the motor, reducing the amount of reactive power required to be drawn from the power system. To avoid over voltage and motor damage, great care should be used to make sure that the capacitors are removed as the motor reaches rated speed, or in the event of a loss of power so that the motor will not go into a generator mode with the magnetizing currents provided from the capacitors. This will be expanded on in the next section and in the appendix. B. Power Factor Correction Capacitors can also be left permanently connected to raise the full load power factor. When used in this manner they are called power factor correction capacitors. The capacitors should never be sized larger than the magnetizing current of the motor unless they can be disconnected from the motor in the event of a power loss. The addition of capacitors will change the effective open circuit time constant of the motor. The time constant indicates the time required for remaining voltage in the motor to decay to 36.8% of rated voltage after the loss of power. This is typically one to three seconds without capacitors. With capacitors connected to the leads of the motor, the capacitors can continue to supply magnetizing current after the power to the motor has been disconnected. This is indicated by a longer time constant for the system. If the motor is driving a high inertia load, the motor can change over to generator action with the magnetizing Current from the capacitors and the shaft driven by the load. This can result in the voltage at the motor terminals actually rising to nearly 50% of rated voltage in some cases. If the power is reconnected before this voltage decays severe transients can be created which can cause significant switching currents and torques that can severely damage the motor and the driven equipment. An example of this phenomenon is outlined in the appendix. Ill. REDUCED VOLTAGE Each of the reduced voltage methods are intended to reduce the impact of motor starting current on the power system by controlling the voltage that the motor sees at the terminals. It is very important to know the characteristics of the load to be started when considering any form of reduced voltage starting. The motor manufacturer will need to have the speed torque curve and the inertia of the driven equipment when they validate their design. The curve can be built from an initial, or break away torque, as few as four other data points through the speed range, and the full speed torque for the starting condition. A centrifugal or square curve can be assumed in many cases, but there are some applications where this would be problematic. An example would be screw compressors which have a much higher torque requirement at lower speeds than the more common centrifugal or fan load. See Fig. 3. By understanding the details of the load to be started the manufacturer can make sure that the motor will be able to generate sufficient torque to start the load, with the starting method that is chosen. A. Autotransformer The motor leads are connected to the lower voltage side of the transformer. The most common taps that are used are 80%, 65%, and 50%. At 50% voltage the current on the primary is 25% of the full voltage locked rotor amps. The motor is started with this reduced voltage, and then after a pre-set condition is reached the connection is switched to line voltage. This condition could be a preset time, current level, bus volts, or motor speed. The change over can be done in either a closed circuit transition, or an open circuit transition method. In the open circuit method the connection to the voltage is severed as it is changed from the reduced voltage to the line level. Care should be used to make sure that there will not be problems from transients due to the switching. This potential problem can be eliminated by using the closed circuit transition. With the closed circuit method there is a continuous Voltage applied to the motor. Another benefit with the autotransformer starting is in possible lower vibration and noise levels during starting. Since the torque generated by the motor will vary as the square of the applied voltage, great care should be taken to make sure that there will be sufficient accelerating torque available from the motor. A speed torque curve for the driven equipment along with the inertia should be used to verify the design of the motor. A good rule of thumb is to have a minimum of 10% of the rated full load torque of the motor as a margin at all points of the curve. Additionally, the acceleration time should be evaluated to make sure that the motor has sufficient thermal capacity to handle the heat generated due to the longer acceleration time. B. Solid State or Soft Starters These devices utilize silicon controlled rectifiers or Scars. By controlling the firing angle of the SCR the voltage that the device produces can be controlled during the starting of the motor by limiting the flow of power for only part of the duration of the sine wave. The most widely used type of soft starter is the current limiting type. A current limit of 175% to 500% of full load current is programmed in to the device. It then will ramp up the voltage applied to the motor until it reaches the limit value, and will then hold that current as the motor accelerates. Tachometers can be used with solid state starters to control acceleration time. Voltage output is adjusted as required by the starter controller to provide a constant rate of acceleration. The same precautions in regards to starting torque should be followed for the soft starters as with the other reduced voltage starting methods. Another problem due to the firing angle of the SCR is that the motor could experience harmonic oscillating torques. Depending on the driven equipment, this could lead to exciting the natural frequency of the system. C. Adjustable Frequency Drives This type of device gives the greatest overall control and flexibility in starting induction motors giving the most torque for an amount of current. It is also the most costly. The drive varies not only the voltage level, but also the frequency, to allow the motor to operate on a constant volt per hertz level. This allows the motor to generate full load torque throughout a large speed range, up to 10:1. During starting, 150% of rated current is typical. This allows a significant reduction in the power required to start a load and reduces the heat generated in the motor, all of which add up to greater efficiency. Usage of the AFD also can allow a smaller motor to be applied due to the significant increase of torque available lower in the speed range. The motor should still be sized larger than the required horsepower of the load to be driven. The AFD allows a great degree of control in the acceleration of the load that is not as readily available with the other types of reduced voltage starting methods. The greatest drawback of the AFD is in the cost relative to the other methods. Drives are the most costly to employ and may also require specific motor designs to be used. Based on the output signal of the drive, filtered or unfiltered, the motor could require additional construction features. These construction features include insulated bearings, shaft grounding brushes, and insulated couplings due to potential shaft current from common mode voltage. Without these features, shaft currents, which circulate through the shaft to the bearing, through the motor frame and back, create arcing in the bearings that lead to premature bearing failure, this potential for arcing needs to be considered when applying a motor/drive package in a hazardous environment, Division2/Zone2. An additional construction feature of a motor used on an AFD may require is an upgraded insulation system on the motor windings. An unfiltered output signal from a drive can create harmonic voltage spikes in the motor, stressing the insulation of the motor windings. It is important to note that the features described pertain to motors which will be started and run on an AFD. If the drive is only used for starting the motor, these features may not be necessary. Consult with the motor manufacturer for application specific requirements. D. Primary Resistor or Reactor Starting This method uses either a series resistor or reactor bank to be placed in the circuit with the motor. Resistor starting is more frequently used for smaller motors. When the motor is started, the resistor bank limits the flow of inrush current and provides for a voltage drop at the motor terminals. The resistors can be selected to provide voltage reductions up to 50%. As the motor comes up to speed, it develops a counter EMF (electro-magnetic field) that opposes the voltage applied to the motor. This further limits the inrush currents. As the inrush current diminishes, so does t>e voltage drop across the resistor bank allowing the torque generated by the motor to increase. At a predetermined time a device will short across the resistors and open the starting contactor effectively removing the resistor bank from the circuit. This provides for a closed transition and eliminates the concerns due to switching transients. Reactors will tend to oppose any sudden changes in current and therefore act to limit the current during starting. They will remain shorted after starting and provide a closed transition to line voltage. IV. INCREMENT TYPE The first starting types that we have discussed have deal with the way the energy is applied to the motor. The next type deals with different ways the motor can be physically changed to deal with starting issues. Part Winding With this method the stator of the motor is designed in such a way that it is made up of two separate windings. The most common method is known as the half winding method. As the name suggests, the stator is made up of two identical balanced windings. A special starter is configured so that full voltage can be applied to one half of the winding, and then after a short delay, to the second half. This method can reduce the starting current by 50 to 60%, but also the starting torque. One drawback to this method is that the motor heating on the first step of the operation is greater than that normally encountered on across-the-line start. Therefore the elapsed time on the first step of the part winding start should be minimized. This method also increases the magnetic noise of the motor during the first step. 中文译文 异步电动机起动的方法和问题 摘要：大容量的交流异步电动机有多种启动方法。可选择的如全压启动、降压启动、自耦变压器启动、星三角转换启动、软启动、或者使用可调速驱动器，都有潜在优势和选择。降压启动可以减小启动转矩，可以防止损坏负载。此外，功率因数校正电容器可以用来减小电流，但选择的型号必须合适，否则将会造成电容器的严重损坏 。为电动机选择一个合适的启动方法，需要分析电力系统和启动负载以确保电机达到所需性能且成本最少。本文将探讨最常见的几种启动方法以及它们的应用。 检索词：电机启动 降压启动 自耦变压器 星三角 功率因数校正 Ⅰ.引言 异步电动机有多种启动方法：全压启动、降压启动、星三角转换启动和部分绕组等类型。降压启动包括固态启动器、变频启动和自耦变压器启动。这些连同全压或者直接启动，当电动机的应用场合被确定后可以给购买者大量类型的变化。每种方法都有它自己的好处，以及贸易业绩。合理的选择包括对电力系统透彻的研究，负载的加速以及设备的全部成本。 为了使负载能够很好的加速，电动机必须产生比负载需求更大的转矩。一般来说，在机械特性曲线上集中有三点。第一点是堵转转矩（LRT），使电机由静止到旋转的最小转矩。第二点是最小启动转矩，使电机由静止加速到出现制动转矩是的最小转矩。最后一点是临街转矩，就是电机能产生的最大转矩。如果任何一段虚线在负载曲线以下，则电机就不能启动。如图1所示。电机的加速时间是由负载的惯性以及电机的机械特性曲线和负载的特性曲线之间的差额决定的。总的来说，电机的加速时间越长，则电机转子铜条、端环、定子绕组产生的热量也就越多。这些热量会给这些部件带来额外的压力甚至还会影响到电机的使用寿命。 Ⅱ.全电压 全压文启动的方法也叫直接启动，是最早被使用的方法，且设备成本最低工作最可靠。这种方法利用一个控制器闭合电流接触器给电动机输入全压。此方法允许电动机产生最大的启动转矩使加速时间最短。 由于用此方法启动电机会使启动电流达到电机额定电流的六到七倍，因此方法也是给供电系统带来最大的压力的方法。如果供电系统比较薄弱，大功率电机的突然启动不仅会使电动机的电压瞬间下降，而且会使给电机供电的整个母线端电压下降。电压下降会使此电动机的启动转矩和工作在同一母线上的电动机的转矩下降。异步电动机的转矩大约和输入电压的平方成比例变化。因此，由于电压的大幅下降，工作在此供电系统的电动机可能停车。另外许多控制系统监控器工作在低电压下，第二个全压启动时电压问题会使正在运行的电机离线。同时，母线电压变化，直接启动的另一个问题驱动设备突然被加载。由于瞬时转矩可以超过转子制动转矩的600%，这个冲击负荷会增加设备的磨损，如果负载不能承受由电机启动产生的力矩，甚至会造成灾难性故障。 A．电容器和启动 异步电动机功率因数通常很低,因此在开始有很大的感性无功。 如图2所示。 在启动时通过给电机增加电容器可以降低对系统的这种影响。 电机需要大量的无功电流滞后于输入电压90度。这个无功功率不产生任何输出，但是这是电机运行所必需的。输入电压产生无功功率和这个无功功率组成的可用无功功率功率表测量。电容器担任提供一个超前90度的电流。由电容器产生的超前电流取消了电机需要的滞后电流，降低了从供电系统输入的感性无功功率。 避免过电压和电机损坏 应小心谨慎确保电容器被切除当电机达到额定转速时,否则由于功率损失，电动机利用由电容器提供的磁化电流将不会进入发电模式. 这将在下一段和附录中详述。 B．功率因数校正 电容器也可永久留下提高满载功率因数，当使用这种方式时被称为功率因数校正电容器。该电容器的容量不能大于电动机的励磁电流，除非当功率降低时他们可以和电机分离。 附加的电容器将会改变电机的开环时间常数，时间常数表示电机断电后电压衰减到原来的36.8%所需要的时间。没有电容的典型值是两到三秒。 由于电容器和电动机的前端相连，在电机断开电源之后电容可以继续提供励磁电流。这表明该系统的时间常数较大。如果电机驱动高惯性负载，电动机会利用电容提供的励磁电流和负载的带动转变为发电状态。这可能导致电机端部的电压上升到额定电压的50%。如果在电压剧烈衰减之前再次通电会产生很大的开关电流和转矩，会造成电动机和驱动设备的严重损坏。这种现象的例子在附录中有概述。 Ⅲ.降电压 每一种降压方法都是通过控制电动机的输入电压来减小电动机起动电流对供电系统的冲击。在考虑具体的降压启动方法时，了解负载特性是非常重要的。当电机制造商要确定他们的设计时必须知道电机的机械特性和被驱动设备的转动惯量。可以通过初始状态或脱离转矩，以及不少于四个速度上升的数据点和全速时的转矩构成启动状态的曲线。在很多情况下可以被假设成一个离心曲线或直角曲线，但是在一些应用场合这还是有问题的。例如螺杆式压缩机在低速时比离心式鼓风机类负载需要更大的转矩。通过详细了解负载的特性，厂商可以确定选择的启动方法可以产生足够大的力矩启动负载。 A．自耦变压器 电动机连接在变压器的低压侧。80%、65%和50%是最常用的接头。电压为原来的50%电流则为全压转子堵转时的25%。电动机降低电压启动，当达到预先设定的条件时就切换成全压。这个条件可以是预先设定的时间、电流、母线电压或者电动机的转速。这种变化既可以采用闭环方式也可以采用开环方式。采用开环方式在低压和全压切换时线路电压严重，应小心使用，以确保不会由于切换产生暂态问题。这个潜在的问题可以采用闭环的方法消除。采用闭环的方式可以给电机提供连续的电压。利用自耦起动另一个好处是尽可能的降低了振动和噪音。 因为电机的转矩随输入电压的平方变化而变化。应非常谨慎,以确保可以从电动机获得足够的加速转矩。应该用驱动设备的机械特性和惯性来验证电动机的设计。一个好的经验法则是至少有10%的额定转矩，作为该曲线各点的极限。 此外，对加速时间应进行计算，以确保电机有足够的热容量将电机在长时间加速时产生的热量散发掉。 B．固态软启动器 这些装置采用可控硅整流器或晶闸管，通过控制晶闸管的触发角，可以控制该装置产生的电压，并限制启动电流，在一个正弦周期中仅让部分通过，来启动电动机。最常用的软起动器的类型是限流型，电流被限制在满载电流的175%到500%并编入装置中。然后让输入电机的电压斜坡上升一直到限制值，并使保持电流不变使电机加速。利用转速表和软启动器可以控制加速时间，软启动器调整输出电压使电机维持一个恒定的加速度。关于启动力矩和其他降压启动方法有同样的问题，另一个问题是由于晶闸管的触发角会使电机产生振荡转矩，依靠驱动设备，可能导致系统共振。 B．星三角启动 用这种方法启动的异步电机，结构上每一相的引出端都被放置在电机的接线盒内。这允许电机在初始启动时星形连接，然后重新接成三角形运行。初始启动时用星形连接时电压降为原来的 ，启动电流和启动力矩下降2/3。根据应用，电机切换到三角形可在转速为50% 到最大速度之间。必须指出,同样的问题存在,包括先前谈到的切换方法，如果采用开路法，暂态过渡可能是一个问题。这种方法经常用在低于600V的电机上，额定电压在2.3kV及更高的电机则不适合用星三角启动的方法。 Ⅴ.结论 异步电动机有许多启动方法，依据电力系统的制约、设备成本、负载设备来选择最好的启动方法。从设备的角度来看，全压启动是最早的最便宜的方法，但它可能在使用效率上增加成本，或者该区域的供电系统不能满足其需要。降压启动方式有效的缓解了供电系统，却以牺牲启动力矩为代价的。这些方法也可能导致不得不加大电机尺寸以产生转矩带动所需的负荷。采用变频器可以消除以上的两个缺点，但需要额外的增加设备成本。理解应用的局限性，以及驱动设备的启动力矩和速度要求，可以让你为你的应用确定最佳的整体配置。 C．变频器 这种器件控制全面灵活，在一定量的电流可以产生最大的转矩，但同时也是成本最高的。这种装置不仅电压变化，而且频率也同时变化，使电机的工作在一个恒压频比条件下。这可以使电动机在整个调速度范围内产生满载转矩，最高可达10:1。在启动过程中，典型的电流值为额定电流的150%。这使电动机带载启动时对电源的要求有很大的降低并减小了电机产生的热量，所有这些加起来，很大的提高了工作效率。利用变频器也可以使小电机在低速范围内产生很大的转矩。但电机的型号必须大于要带动的负载。在电机加速时变频器可以允许一个很大程度的控制，而其他降压启动方式去不容易做到。变频器相对于其他方式最大的缺点就是成本高！使用成本高，只能在特殊电机的设计上使用。基于驱动器的输出信号，滤波还是不滤波，都需要额外的装置。 这些结构特征包括绝缘轴承，铁芯接地刷和绝缘连轴中来自共模电压的潜在铁芯电流。没有这些结构特征，铁芯电流通过铁芯、轴承、机壳形成回路，造成轴承弯曲使轴承过早的损坏。当使用电机和驱动装置在危险环境和区域中时应该考虑这种潜在的危险。电机用在变频器上的额外结构特征需要电机绕组有一个更好的绝缘系统。没有滤波直接从驱动器出来的信号会在电机中产生谐波电压毛刺，威胁电机绕组的绝缘。值得注意的是，在变频器上电机的这些特征可以用来启动和运行。如果这些驱动仅用于启动电机，这些特征可能没有必要，可以和电机制造商协商申请具体的要求。 D. 串电阻器或电抗器起动 这种方法是利用一个串联电阻或是电抗器放置在电机回路中。串电阻启动方式在小电机上应用更频繁。 在电机启动时，电阻器限制涌流并使电机输入端的电压下降。电阻可以选定使输入电压降为原来的50%。随着电动机转速的上升，产生一个反电动势来对抗输入电压，进一步限制涌流。随着涌流的下降，电阻器上的电压下降使电动机的转矩增加。在预定的时间，电阻器将被短接，快速打开启动开关，将电阻器和电路分离。这种方法提供了一个封闭式过渡并消除了暂态的开关效应。电抗器有助于阻扰电流的突然变化，因此在启动时起限制电流的作用。在启动结束后他们依然被短接掉并封闭的过渡到全压。 Ⅳ增量型 第一类启动方式，我们已经讨论了适用于电机能量的处理方式。下一类型的处理方式不同，通过改变电机自身结构来处理启动问题。部分绕组法，用这种方法，电机的定子是这样设计的，有两个独立的线圈组成。最普遍的方法是半绕组法，顾名思义，其定子是有两个相同的平衡绕组组成。因此被设定的特殊启动器全压加在一半绕组上，然后经过短暂的延时到另一半上。这种方式可使启动电流和启动力矩降低50%到60%。这种方法的一个缺点就是在电机启动的第一步发热比直接启动严重。因此完成第一步的间隔时间应尽量减小。这种方法在第一步时也会产生电磁干扰。 致 谢 本文是在导师冯老师悉心指导下完成的。从论文的选题到相关材料的收集，从论文框架的设计到具体内容遣词造句，每一章节都凝聚着导师的心血。在此，学生表示最诚挚的谢意。郝老师严谨的治学态度、积极的人生观、学术上孜孜追求的精神以及对学生无微不至的关怀，都给我留下了终生难忘的印象，必然将对我以后的学习和生活产生重要影响。 在完成整个论文期间，对各位老师、同学、朋友、亲人辛勤劳动以及他们在治学和人品上给予我的深刻影响，我同样铭记在心，并表示由衷的感谢。 在此，我向所有在学业上、生活上帮助、理解、支持我的老师、同学、朋友和亲人致以最真诚的谢意。 最后，感谢各位专家、学者在百忙之中审阅我的拙作。 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。   作者签名: 二〇一〇年九月二十日   毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解**学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定）   作者签名: 二〇一〇年九月二十日 基本要求：写毕业论文主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，理论联系实际，独立分析，解决实际问题的能力，使学生得到从事本专业工作和进行相关的基本训练。毕业论文应反映出作者能够准确地掌握所学的专业基础知识，基本学会综合运用所学知识进行科学研究的方法，对所研究的题目有一定的心得体会，论文题目的范围不宜过宽，一般选择本学科某一重要问题的一个侧面。 毕业论文的基本教学要求是： 1、培养学生综合运用、巩固与扩展所学的基础理论和专业知识，培养学生独立分析、解决实际问题能力、培养学生处理数据和信息的能力。2、培养学生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。3、培养学生进行社会调查研究；文献资料收集、阅读和整理、使用；提出论点、综合论证、总结写作等基本技能。 毕业论文是毕业生总结性的独立作业，是学生运用在校学习的基本知识和基础理论，去分析、解决一两个实际问题的实践锻炼过程，也是学生在校学习期间学习成果的综合性总结，是整个教学活动中不可缺少的重要环节。撰写毕业论文对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。 毕业论文在进行编写的过程中，需要经过开题报告、论文编写、论文上交评定、论文答辩以及论文评分五个过程，其中开题报告是论文进行的最重要的一个过程，也是论文能否进行的一个重要指标。 撰写意义：1.撰写毕业论文是检验学生在校学习成果的重要措施，也是提高教学质量的重要环节。大学生在毕业前都必须完成毕业论文的撰写任务。申请学位必须提交相应的学位论文，经答辩通过后，方可取得学位。可以这么说，毕业论文是结束大学学习生活走向社会的一个中介和桥梁。毕业论文是大学生才华的第一次显露，是向祖国和人民所交的一份有份量的答卷，是投身社会主义现代化建设事业的报到书。一篇毕业论文虽然不能全面地反映出一个人的才华，也不一定能对社会直接带来巨大的效益，对专业产生开拓性的影响。但是，实践证明，撰写毕业论文是提高教学质量的重要环节，是保证出好人才的重要措施。 2.通过撰写毕业论文，提高写作水平是干部队伍“四化”建设的需要。党中央要求，为了适应现代化建设的需要，领导班子成员应当逐步实现“革命化、年轻化、知识化、专业化”。这个“四化”的要求，也包含了对干部写作能力和写作水平的要求。 3.提高大学生的写作水平是社会主义物质文明和精神文明建设的需要。在新的历史时期，无论是提高全族的科学文化水平，掌握现代科技知识和科学管理方法，还是培养社会主义新人，都要求我们的干部具有较高的写作能力。在经济建设中，作为领导人员和机关的办事人员，要写指示、通知、总结、调查报告等应用文；要写说明书、广告、解说词等说明文；还要写科学论文、经济评论等议论文。在当今信息社会中，信息对于加快经济发展速度，取得良好的经济效益发挥着愈来愈大的作用。写作是以语言文字为信号，是传达信息的方式。信息的来源、信息的收集、信息的储存、整理、传播等等都离不开写作。 论文种类：毕业论文是学术论文的一种形式，为了进一步探讨和掌握毕业论文的写作规律和特点，需要对毕业论文进行分类。由于毕业论文本身的内容和性质不同，研究领域、对象、方法、表现方式不同，因此，毕业论文就有不同的分类方法。 按内容性质和研究方法的不同可以把毕业论文分为理论性论文、实验性论文、描述性论文和设计性论文。后三种论文主要是理工科大学生可以选择的论文形式，这里不作介绍。文科大学生一般写的是理论性论文。理论性论文具体又可分成两种：一种是以纯粹的抽象理论为研究对象，研究方法是严密的理论推导和数学运算，有的也涉及实验与观测，用以验证论点的正确性。另一种是以对客观事物和现象的调查、考察所得观测资料以及有关文献资料数据为研究对象，研究方法是对有关资料进行分析、综合、概括、抽象，通过归纳、演绎、类比，提出某种新的理论和新的见解。 按议论的性质不同可以把毕业论文分为立论文和驳论文。立论性的毕业论文是指从正面阐述论证自己的观点和主张。一篇论文侧重于以立论为主，就属于立论性论文。立论文要求论点鲜明，论据充分，论证严密，以理和事实服人。驳论性毕业论文是指通过反驳别人的论点来树立自己的论点和主张。如果毕业论文侧重于以驳论为主，批驳某些错误的观点、见解、理论，就属于驳论性毕业论文。驳论文除按立论文对论点、论据、论证的要求以外，还要求针锋相对，据理力争。 按研究问题的大小不同可以把毕业论文分为宏观论文和微观论文。凡届国家全局性、带有普遍性并对局部工作有一定指导意义的论文，称为宏观论文。它研究的面比较宽广，具有较大范围的影响。反之，研究局部性、具体问题的论文，是微观论文。它对具体工作有指导意义，影响的面窄一些。 另外还有一种综合型的分类方法，即把毕业论文分为专题型、论辩型、综述型和综合型四大类： 1．专题型论文。这是分析前人研究成果的基础上，以直接论述的形式发表见解，从正面提出某学科中某一学术问题的一种论文。如本书第十二章例文中的《浅析领导者突出工作重点的方法与艺术》一文，从正面论述了突出重点的工作方法的意义、方法和原则，它表明了作者对突出工作重点方法的肯定和理解。2．论辩型论文。这是针对他人在某学科中某一学术问题的见解，凭借充分的论据，着重揭露其不足或错误之处，通过论辩形式来发表见解的一种论文。3．综述型论文。这是在归纳、总结前人或今人对某学科中某一学术问题已有研究成果的基础上，加以介绍或评论，从而发表自己见解的一种论文。4．综合型论文。这是一种将综述型和论辩型两种形式有机结合起来写成的一种论文。如《关于中国民族关系史上的几个问题》一文既介绍了研究民族关系史的现状，又提出了几个值得研究的问题。因此，它是一篇综合型的论文。 写作步骤：毕业论文是高等教育自学考试本科专业应考者完成本科阶段学业的最后一个环节，它是应考者的 总结 性独立作业，目的在于总结学习专业的成果，培养综合运用所学知识解决实际 问题 的能力。从文体而言，它也是对某一专业领域的现实问题或 理论 问题进行 科学 研究 探索的具有一定意义的论说文。完成毕业论文的撰写可以分两个步骤，即选择课题和研究课题。 首先是选择课题。选题是论文撰写成败的关键。因为，选题是毕业论文撰写的第一步，它实际上就是确定“写什么”的问题，亦即确定科学研究的方向。如果“写什么”不明确，“怎么写”就无从谈起。 教育部自学考试办公室有关对毕业论文选题的途径和要求是“为鼓励理论与工作实践结合，应考者可结合本单位或本人从事的工作提出论文题目，报主考学校审查同意后确立。也可由主考学校公布论文题目，由应考者选择。毕业论文的总体要求应与普通全日制高等学校相一致，做到通过论文写作和答辩考核，检验应考者综合运用专业知识的能力”。但不管考生是自己任意选择课题，还是在主考院校公布的指定课题中选择课题，都要坚持选择有科学价值和现实意义的、切实可行的课题。选好课题是毕业论文成功的一半。 第一、要坚持选择有科学价值和现实意义的课题。科学研究的目的是为了更好地认识世界、改造世界，以推动社会的不断进步和发展 。因此，毕业论文的选题，必须紧密结合社会主义物质文明和精神文明建设的需要，以促进科学事业发展和解决现实存在问题作为出发点和落脚点。选题要符合科学研究的正确方向，要具有新颖性，有创新、有理论价值和现实的指导意义或推动作用，一项毫无意义的研究，即使花很大的精力，表达再完善，也将没有丝毫价值。具体地说，考生可从以下三个方面来选题。首先，要从现实的弊端中选题，学习了专业知识，不能仅停留在书本上和理论上，还要下一番功夫，理论联系实际，用已掌握的专业知识，去寻找和解决工作实践中急待解决的问题。其次，要从寻找科学研究的空白处和边缘领域中选题，科学研究。还有许多没有被开垦的处女地，还有许多缺陷和空白，这些都需要填补。应考者应有独特的眼光和超前的意识去思索，去发现，去研究。最后，要从寻找前人研究的不足处和错误处选题，在前人已提出来的研究课题中，许多虽已有初步的研究成果，但随着社会的不断发展，还有待于丰富、完整和发展，这种补充性或纠正性的研究课题，也是有科学价值和现实指导意义的。 第二、要根据自己的能力选择切实可行的课题。毕业论文的写作是一种创造性劳动，不但要有考生个人的见解和主张，同时还需要具备一定的客观条件。由于考生个人的主观、客观条件都是各不相同的，因此在选题时，还应结合自己的特长、兴趣及所具备的客观条件来选题。具体地说，考生可从以下三个方面来综合考虑。首先，要有充足的资料来源。“巧妇难为无米之炊”，在缺少资料的情况下，是很难写出高质量的论文的。选择一个具有丰富资料来源的课题，对课题深入研究与开展很有帮助。其次，要有浓厚的研究兴趣，选择自己感兴趣的课题，可以激发自己研究的热情，调动自己的主动性和积极性，能够以专心、细心、恒心和耐心的积极心态去完成。最后，要能结合发挥自己的业务专长，每个考生无论能力水平高低，工作岗位如何，都有自己的业务专长，选择那些能结合自己工作、发挥自己业务专长的课题，对顺利完成课题的研究大有益处。 致 谢 这次论文的完成，不止是我自己的努力，同时也有老师的指导，同学的帮助，以及那些无私奉献的前辈，正所谓你知道的越多的时候你才发现你知道的越少，通过这次论文，我想我成长了很多，不只是磨练了我的知识厚度，也使我更加确定了我今后的目标：为今后的计算机事业奋斗。在此我要感谢我的指导老师——***老师，感谢您的指导，才让我有了今天这篇论文，您不仅是我的论文导师，也是我人生的导师，谢谢您！我还要感谢我的同学，四年的相处，虽然我未必记得住每分每秒，但是我记得每一个有你们的精彩瞬间，我相信通过大学的历练，我们都已经长大，变成一个有担当，有能力的新时代青年，感谢你们的陪伴，感谢有你们，这篇论文也有你们的功劳，我想毕业不是我们的相处的结束，它是我们更好相处的开头，祝福你们！我也要感谢父母，这是他们给我的，所有的一切；感谢母校，尽管您不以我为荣，但我一直会以我是一名农大人为荣。 通过这次毕业设计，我学习了很多新知识，也对很多以前的东西有了更深的记忆与理解。漫漫求学路，过程很快乐。我要感谢信息与管理科学学院的老师，我从他们那里学到了许多珍贵的知识和做人处事的道理，以及科学严谨的学术态度，令我受益良多。同时还要感谢学院给了我一个可以认真学习，天天向上的学习环境和机会。 即将结束*大学习生活，我感谢****大学提供了一次在**大接受教育的机会，感谢院校老师的无私教导。感谢各位老师审阅我的论文。 � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� _1234567902.unknown _1234567907.unknown _1234567912.vsd � � � 水位传感器 达到水位上限？ 处于用电“峰段” 计算需开水泵台数 开启n台水泵 低限水位停泵 不开启水泵 Q ≤Vmax？ 开m台水泵 用电“峰段”结束 增开k台水泵 Y N N Y N Y N Y _1234567915.vsd � � 水位低限 排水阀关闭到位 逆止阀关闭到位 电机关闭 正常停泵 声光报警 紧急停泵 YES YES YES NO NO NO _1234567916.unknown _1234567913.vsd � � 开始 启动射流泵 注水排气 真空度达到要求 电机启动 压力达到要求？ 开启电动闸阀 水泵抽水 闸阀开启超时 声光报警 停泵 关闭射流泵球阀 NO 抽真空超时？ NO YES YES NO YES NO YES 开始排水 _1234567914.vsd � � � 运行中监测 电流监测 压力监测 温度监测 电流正常？ 压力正常？ 温度正常？ 结束 结束 结束 电流越限报警 压力越限报警 温度越限报警 停止水泵 锁定故障泵退出工作组 NO NO NO YES YES YES _1234567910.unknown _1234567911.vsd � � 开始 与plc通信 根据均匀磨损求开泵泵号 模拟量及I/O处理程序 系统自检 处于自动运行状态吗 当前水位大于h2吗 处于高峰时间段吗 当前水位大于h3吗 当前水位小于h2吗 关闭水泵停止排水 开泵排水 当前水位小于h1吗 关闭水泵停止排水 根据指示进行相应的操作 处于手动运行状态吗 读取操作泵号 开泵？ 根据泵号调用相应的程序 根据泵号进行相应的操作 开泵排水 NO YES YES YES NO YES NO YES NO YES NO NO YES NO YES NO _1234567908.unknown _1234567909.unknown _1234567904.vsd � � � � � � � � � � _1234567905.unknown _1234567906.unknown _1234567903.vsd � � � � � � � � � � _1234567897.unknown _1234567899.unknown _1234567901.unknown _1234567900.vsd 2.05 3 4 5 1 2 _1234567898.unknown _1234567895.unknown _1234567896.unknown _1234567891.vsd � � 电源ON 内部处理 输入处理（输入传送、远程I/O） 通讯服务（外设、CPU、总线服务） 更新时钟、特殊服务器 CPU运行方式 执行程序 输出处理 执行自诊断 PLC正常否？ 存放自诊断错误结果 致命错误 CPU强制为STOP Y N Y N STOP _1234567893.vsd � � � � � � � � � � _1234567894.vsd � � � _1234567892.vsd � 上位监控计算机 水泵电机开关状态 阀门开关状态 控制方式选择 故障复位 急停 … 水仓水位 水泵真空度 水泵出口压力 排水管流量 电机温度电流电压 水泵轴承温度 数字量输入模块 模拟量输入模块 模块 CPU 数字量输出模块 模拟量输出模块 水泵电机开关状态 电磁阀开关状态 电动阀开关状态 报警开关 _1234567890.vsd � � � � � � � � � �