煤矿井下排水自动控制系统的研究

摘要

煤炭产业是我国的支柱产业之一,在国民经济中占有重要的位置。在煤炭企业发展的同时,煤矿安全问题日益突出。作为煤炭生产中的主要工作系统之一,煤矿井下排水问题在煤矿安全问题中占有举足轻重的地位,矿井涌水如果不能及时排除,将极大地威胁煤炭生产和井下工作人员的生命安全。但是,目前我国大多数矿井排水仍采用传统的继电气控制方式,这种系统自动化程度低,应急性不高,存在很大的安全隐患,不能适应当今煤炭行业飞速发展的要求。本课题针对现有矿井排水的弊端,研究了适应于我国矿井排水现状的煤矿井下主排水控制系统,该系统以欧姆龙公司生产的CJ1G-42H为主控制器,并且扩展了必要的模拟量输入单元,通信单元,数字量输入输出扩展单元。本系统设计为三种主要控制方式—自动,半自动,手动。其中半自动方式又分为两种:半自动触摸屏集控和半自动调度室集控。在这四种方式之间可以自由切换,在自动控制方式下,可以实现在线实时的检测水仓水位,自动起停水泵,故障自动报警等。井下排水系统耗电量大,运行成本高,本系统在模糊控制理论的基础上将矿井排水控制系统与之相结合,根据用电的“避峰就谷”自动确定启动水泵的台数,以达到优化控制进而降低生产成本的目的。本系统通过使用工业以太网,将井下数据传输到地面监控室。上位机采用Ifix软件,实时对井下水泵情况进行远程监测和控制。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 井下主排水控制系统的概述

1.2 井下主排水控制系统的现状以及存在的问题

1.3 本课题研究的主要内容

1.4 本章小结

2 煤矿井下排水自动控制系统的总体方案设计

2.1 井下中央泵房排水系统

2.2 排水自动监控系统组成

2.2.1 吸水井水位监控

2.2.2 水泵启动高压开关柜状态监测

2.2.3 闸阀、配水闸门阀位判断

2.2.4 真空泵球阀、水射流抽真空装置的球阀阀位判断

2.2.5 设备各个测温点温度的测量

2.2.6 压力传感器、负压传感器信号测量

2.2.7 系统故障判断

2.2.8 根据吸水井水位情况自动控制水泵的启停及运行台数

2.2.9 峰谷段启停泵控制

2.3 排水自动监控系统的控制方式

2.3.1 就地控制箱控制

2.3.2 半自动触摸屏集控

2.3.3 半自动调度室集控

2.3.4 全自动方式

2.4 本章小结

3 矿井排水系统的硬件结构图

3.1 PLC 控制系统设计

3.1.1 PLC 选型及其硬件组态

3.1.2 PLC 开关量输入模块工作原理及其接线

3.1.3 PLC 开关量输出模块工作原理及其接线

3.1.4 模拟量输入模块工作原理及其接线

3.1.5 以太网模块设置

3.1.6 PLC 控制系统的供电电路

3.2 排水系统中液位传感器的研究与选用

3.2.1 液位传感器

3.2.2 流量监测装置

3.2.3 温度传感器

3.2.4 压力传感器

3.3 排水系统中电动球阀的研究与选用

3.4 本章小结

4 主排水系统的软件设计

4.1 水泵和排水管路的轮换工作的实现

4.2 不同模式下的水泵控制方式的选择

4.3 动态监测和保护功能的实现

4.4 系统操作与人机界面

4.4.1 IFIX 软件简介

4.4.2 上位机监控界面

4.4.3 上位机与PLC 通讯

4.5 实验室调试

4.6 本章小结

5 节能优化智能控制策略

5.1 控制策略的提出

5.2 模糊控制理论介绍

5.2.1 模糊控制的基本思想

5.2.2 模糊控制系统的分析

5.2.3 模糊控制算法的实现

5.3 模糊控制器的设计

5.3.1 模糊控制器的结构

5.3.2 模糊推理方法

5.3.3 模糊量的判决（解模糊）

5.4 排水系统模糊控制器的设计

5.4.1 矿井排水机理

5.4.2 输入输出变量及其隶属度函数的确定

5.4.3 控制规则

5.5 模糊控制器在PLC 上的实现

5.6 排水系统模糊控制器在鹤壁煤矿矿井排水节能中的实现

5.7 本章小结

结论

参考文献

附录A Q941 的技术参数与性能

附录B 上位软件ifix 使用

作者简历

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