煤矿井下排水自动控制系统的研究

论文摘要

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。

论文目录

• 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
• 学位论文数据集