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摘要
因為目前的煤炭井下排水的自動化程度不高,本設計從實際的角度出發(fā),對于目前排水系統(tǒng)的不足,做出有效的提升.對于皮帶巷和回風巷中的特殊積水類型,本設計有針對性的處理方法,來解決其特殊的排水問題,本設計的重要目的是為了更加簡單,更加快速,更加安全的處理井下的排水問題.提高井下排水的效率并且增加井下工作的安全系數(shù),使井下排水的智能化程度有所提高,實現(xiàn)我們煤礦井下排水智能化.優(yōu)化了煤炭井下排水的操作,使其操作更加的簡單,更加的系統(tǒng)化,杜絕了多余的動作,減少了人工的浪費。
在本設計中首先對于煤礦井下的排水系統(tǒng)以及設備進行可簡單的描述，而后對于傳感器和PLC選型進行了介紹，最后對PLC的軟件進行了設計，并且制定了智能排水的基本原則并且通過多種的傳感器例如水位傳感器、壓力傳感器、流量傳感器以及溫度傳感器。在本設計中可以實現(xiàn)自動、半自動和手動控制操作方式。并且在本設計中簡單的模擬煤礦井下巷道排水情況，而且由于考慮到水泵的故障或者其他的原因導致水泵的停止運作，所以在本設計中增加了水泵輪轉功能和水泵的自動轉換功能。有根據了避峰就谷原則來控制水泵的排水時間。
考慮到設計的實用性和經濟性，在本設計中選用了S7-200型系列PLC，S7-200系列PLC結構比較簡單，運用比較廣泛。并且選用了CPU226，這樣對于系統(tǒng)中的數(shù)字量輸入輸出點位，都可以達到要求。而且S7-200比較穩(wěn)定。
關鍵詞：S7-200；PLC；井下排水
Abstract
Because the automation of coal mine drainage is not high, the design from the practical point of view, the current lack of drainage system, make effective improvement. For the special type of water tunnel and return airway belt, the design of a targeted approach, to solve the special problem of drainage, important purpose this design is for a more simple, faster, more secure mine drainage problems. To improve the efficiency of the underground drainage and increase the safety factor of underground work, the intelligent degree of the underground drainage has improved, we realize the coal mine drainage. The intelligent optimization of coal mine drainage operation, make the operation more. Simple, more systematic, eliminate the superfluous action, reduce the waste.
In this design first for coal mine drainage system and equipment of can be simply described, then the sensor and the selection of PLC are introduced. At last, the paper gives the design of the PLC software, and to develop the basic principles of intelligent drainage and through a variety of sensors such as water level sensor, a pressure sensor, a flow sensor and temperature sensor. In this design can realize automatic, semi-automatic and manual control operation mode. And in the design of simple simulation of coal mine underground roadway drainage and due to taking into account the pump failure or other reasons caused the pump to stop operation, so in the design of increased pump rotary pump function and automatic conversion function. According to the principle of the valley to the valley principle to control the pump drainage time.
Considering the practicality and economy of the design, the S7-200 series PLC is chosen in the design, and the S7-200 series PLC structure is simple, and it is widely used.. And CPU226, so that the number of digital input and output point can be achieved. And S7-200 is relatively stable.
Keywords: S7-200; PLC; underground drainage
目錄
1緒論 1
1.1目的 1
1.2目前國內外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3設計內容 2
1.3.1煤炭井下回風巷和皮帶巷涌水特點 2
2煤礦井下排水系統(tǒng)組成 4
2.1水泵房 4
2.2水倉 4
2.3水泵機組 4
2.4離心式水泵排水系統(tǒng)工作原理 4
2.4.1濾水器和底閥 4
2.4.2閘閥 5
2.4.3逆止閥 5
2.4.4灌引水漏斗、放氣栓和旁通管 5
2.4.5壓力表和真空表 5
2.4.6射流泵或真空泵 5
2.4.7離心式水泵的啟動與停機過程 6
2.5井下排水存在的問題 6
2.6排水系統(tǒng)的總體控制要求 7
2.6.1水泵的自動輪換原則 7
2.6.2避峰填谷原則 7
2.6.3排水系統(tǒng)的保護原則 8
3排水系統(tǒng)傳感器選擇 9
3.1涌水點水水位的檢測 9
3.1.1液位傳感器介紹 9
3.1.2投入式液位傳感器 10
3.1.3兩種液位傳感器的比較 10
3.1.4水位檢測裝置的選擇 11
3.2電機及水泵溫度檢測 11
3.3水泵壓力檢測 12
3.3.1 HS-956系列薄膜壓力變送器 12
3.4水泵流量監(jiān)測 13
3.4.1流量監(jiān)測儀器的安裝位置 13
3.4.2流量檢測傳感器 13
3.5水泵負壓檢測 14
4排水設備的選型設計 15
4.1控制系統(tǒng)硬件設計 15
4.2引水設備 15
4.3自動閥門 16
4.4高壓開關柜 17
5控制系統(tǒng)的軟件設計 20
5.1 PLC的軟件設計 20
5.2 PLC的主要特點 20
5.2.1PLC的特點 21
5.2.2PLC的主要功能 22
5.3 PLC基本工作原理 23
5.4 PLC地址分配和實現(xiàn)控制功能 24
5.5 PLC的選型設計 27
5.5.1存儲器容量選擇 28
5.5.2響應速度 28
5.6 S7--200PLC的基本組成 29
5.7地址分配 32
5.8控制系統(tǒng)軟件 36
5.8.1水泵的自動開啟、運行、停止故障保護流程圖 37
5.8.2水泵和排水管路的輪換工作的實現(xiàn) 37
5.8.3涌水坑水位監(jiān)測和“避峰就谷”的實現(xiàn) 38
5.8.4不同模式下的水泵控制方式的選擇 39
5.9設計要求 40
5.10設計梯形圖 41
5.11控制系統(tǒng)的抗干擾措施 50
6 結論 52
致謝 53
參考文獻 54
附錄A譯文 55
附錄B外文文獻 60
5
1緒論
井下排水系統(tǒng)是煤礦井下主要的系統(tǒng)之一，是負責著井下排水的任務，在井下的開采中，由于地下水的滲透和雨水的滲透，會有大量的水晝夜不停的匯集于井下。井下的涌水量跟季節(jié)和當?shù)氐牡乩憝h(huán)境有很大的關系，而且假如施工不當，使得地下水層遭到破壞，會使地下水大量地涌入煤礦井下的巷道中，如果這出現(xiàn)樣的情況會是十分危險的。
國內煤礦井下目前大部分都是采用傳統(tǒng)的人工檢測系統(tǒng)，但是這種檢測控制方法效率十分的低，并且人工的勞動強度大，可靠性低。不足滿足目前煤礦的發(fā)展和生產安全需要。
本設計主要使用水泵壓力傳感器、水泵流量傳感器、液位傳感器以及各種傳感設備對水泵的壓力、流量電機溫度進行監(jiān)控，智能的進行數(shù)據采集，這樣使得故障和事故能更早的被發(fā)現(xiàn)，使得問題更加快速的進行處理，可靠性更高，使得井下的生產安全系數(shù)更高。
1.1目的
煤炭行業(yè)是我國的支柱產業(yè)隨著煤炭行業(yè)高產高效的發(fā)展,我國目前的井下排水系統(tǒng)的結構還不夠智能,井下的排水系統(tǒng)關系到礦井的生產和安全，一旦礦井排水系統(tǒng)出現(xiàn)了故障,不僅對礦井生產產生了影響,甚至會影響井下工人的生命財產的安全,所以說排水系統(tǒng)擔負著十分重要的作用,其可靠性關系到生產安全和人身安全。
煤礦井下的排水系統(tǒng)是井下重要系統(tǒng)之一，在目前的井下，平均的排水量是十分大的，所以說排水系統(tǒng)不光要做到智能而且還要考慮到工作性能與設備系統(tǒng)的可行性，做到更加有效的排水并且做到更加經濟可靠，但是目前很多礦用水泵仍然普遍使用很傳統(tǒng)的設備和系統(tǒng),這種系統(tǒng)的自動化程度比較低,對于一些突發(fā)的情況處理上會有很大的問題,例如處理的時間比較長,反應比較緩慢,有很大的安全隱患,是我們目前有待解決的重要問題。
煤礦井下排水泵作為井下排水的重要設備,它運行電壓高,功率大,運轉情況比較復雜,所以工人對其進行實時監(jiān)測非常的困難,并且在水泵的啟動,涌水點水位變化的檢測,泵房內設備的運行情況檢查,基本還是采用人工檢測模式,操作過程復雜,消耗人工多,目前的井下排水系統(tǒng)的模式簡單,硬件設備落后,有時不能進行實時的監(jiān)控和控制,而且對于水泵電機的溫度,電流,電壓以及水泵的流量,壓力,水位等數(shù)據不能實時處理.我國的檢測還處于摸索階段,系統(tǒng)還不夠完善.沒有很好的水位傳感器的產品,傳感器產品十分容易受到井下環(huán)境的影響,事故因此而發(fā)生。
1.2目前國內外發(fā)展現(xiàn)狀
在國外，礦井排水系統(tǒng)技術發(fā)展的比較迅速，許許多多的井下排水的控制系統(tǒng)都非常的成功，并且在井下的使用十分的廣泛。例如德國基于GEMATI2900的煤礦排水監(jiān)控設備，以及美國在HONEYWELL公司研究的煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)等。
雖然許多的地方和國家在煤炭井下排水的自動化建設上沒有太深的研究，但是在井下的排水系統(tǒng)的研究進程上已經走上了高速發(fā)展的道路上，在許多的方面很多國家與地方已經實現(xiàn)了在中央的排水控制室中就可以控制和檢測煤礦井下的排水網絡。對于井下的排水進行實時檢測與控制。
近年來，在我國的煤礦行業(yè)處于一個迅猛發(fā)展的時代，在井下排水系統(tǒng)的研究越來越多，在對于系統(tǒng)的實現(xiàn)上也邁出了堅實的步伐。對于我國排水系統(tǒng)的智能化做出了很大的貢獻，而且我國的井下排水智能化越來越形成規(guī)模，這樣我國的井下排水系統(tǒng)控制發(fā)面進行了很大的優(yōu)化。
國內對井下排水研究的并不多。我國煤炭儲量世界第一，國內有很多的煤礦需要高效率的排水系統(tǒng)，因此我們對智能排水系統(tǒng)的研究意義重大。在煤炭井下排水系統(tǒng)是一個十分重要的系統(tǒng)之一，如果想要在煤炭行業(yè)取得進步，在排水的發(fā)展上必須十分的重視，因為目前的使用人工檢測控制巷道的排水系統(tǒng)已經過時了，如果不進行對于排水的更新和革命，煤炭行業(yè)將會走入發(fā)展的瓶頸。隨著世界智能化的發(fā)展，各個行業(yè)都邁入了新的時代，那就是信息時代，人們的人均GDP實現(xiàn)的大幅度的提高，生產效率的大幅度提升使得人工操作的效率已經達不到我們現(xiàn)在工作效率的要求。這時新的系統(tǒng)橫空出世使得排水的智能化逐步的實現(xiàn)。新的智能系統(tǒng)可以實現(xiàn)對于排水點的水位監(jiān)測以及水泵的電機的參數(shù)監(jiān)測，使得排水系統(tǒng)的各個方面都實時的處于系統(tǒng)的監(jiān)測下。實現(xiàn)我們需要的智能化。
目前煤礦井下水泵監(jiān)控采用PLC+變送器實現(xiàn)的，主要檢測的對象包括：水泵的電機溫度以及電機開啟和關閉、涌水點的水位、水泵的流量監(jiān)控、水泵的電流和電壓、水泵內壓力的檢測
1.3設計內容
1.3.1煤炭井下回風巷和皮帶巷涌水特點
煤炭井下回風巷和皮帶巷涌水特點主要包括以下幾種涌水情況：透水、突水、涌水,這些情況對于井下的工作有巨大影響。
在煤炭井下中積水主要分為幾種，在采掘工作面中的涌水被稱為礦井充水，在巷道中的積水被稱為礦井水。
礦井充水形式:滲入、滴入、淋入、流入、涌入和潰入等等。當涌入潰入井巷的水量大、來勢猛時,稱為突水。
礦井透水：在煤炭井下的積水存在于工作面中時，積水形式主要是由于積水通過巖層的滲透進入到巷道中，使得巷道中的積水過多導致水充滿巷道對于生產和人員的安全造成威脅。
礦井突水:大量地下水突然集中涌入井巷的現(xiàn)象。掘進或采礦過程中當巷道揭穿導水斷裂、富水溶洞、老窯積水,地下水大量突然涌入礦山井巷的現(xiàn)象。
涌水坑水位設計按坑內積水考慮當天排完。排水坑排水大多使用離心式排水泵，一般規(guī)定排水泵的排水量為涌水點涌水量的1.5到2倍之間。
2煤礦井下排水系統(tǒng)組成
本節(jié)對煤礦井下排水系統(tǒng)做了大概性的介紹，井下排水系統(tǒng)大致分為幾個部分：水泵房、水倉、排水管道和水泵。
2.1水泵房
水泵房是設備庫，水泵房是裝備礦井主要設備的機房，機房內要求具有良好的通風、照明和干燥系統(tǒng)，便于機器維護和維修，使機房時刻處于安全的狀態(tài)，是排水系統(tǒng)的重要組成部分。
2.2水倉
水倉由主倉和副倉組成。對于水倉的位置選擇，基本的原則是一般選擇在巷道或者在井底車場的最低位置，水倉必須與吸水井有可通過通道。水倉的主要作用不僅僅是積水的儲存位置而且還是對于積水中的泥沙和各種可沉淀物的沉積位置，水倉同時也具備對于積水的清理作用，也是本設計中水泵排水的終點位置。
2.3水泵機組
煤礦井下排水的主要設備就是排水泵，沒有排水泵排水是不能進行的，在一般的設計中水泵一般有工作水泵和如果工作水泵出現(xiàn)了問題有必要設計一個備用水泵，其中水泵的工作能力應該在20小時內能排出24小時的涌水量，而且備用的水泵應有工作水泵的70%的排水能力。
2.4離心式水泵排水系統(tǒng)工作原理
以下是簡單的介紹所使用的水泵原理，煤礦井下的排水系統(tǒng)一般采用離心水泵，
離心式水泵的排水量和排水效率都很高，負責井下主要的排水任務。但是在生產中有可能出現(xiàn)一些排水量不是很大，水位比較淺的位置也會使用潛水泵進行排水工作。
2.4.1濾水器和底閥
濾水器的作用顧名思義，就是防止積水中的淤泥和砂石通過吸水管吸入進入到水泵中，加快了對于水泵的磨損和消耗，甚至有可能使得水泵的堵塞，使得水泵不能繼續(xù)工作，而底閥的作用是使得在吸水管的引水不會大量的泄露掉，保證了水泵在停泵狀態(tài)的安全，并且可以提高排水的效率，減緩腐蝕。而使用的是射流泵或真空泵，來給水泵和吸水泵注水。
2.4.2閘閥
在靠近水泵排水管上方的排水管路上安裝調節(jié)閘閥，其作用為：
1調節(jié)水泵的流量和揚程；
2在起動過程中將它完全的關閉，可以降低起動電流。
調節(jié)閘閥在正常工作和使用中，它受到的阻力比較小，可以十分簡單的調節(jié)水泵的排水能力，在閘閥安裝時沒有方向性的限制。但是由于其表面是密封面，對于檢修的能力是十分大的考驗，并且價格較貴。
2.4.3逆止閥
在調節(jié)閘閥的上方位置安裝逆止閥，逆止閥的主要作用是當水泵發(fā)生故障時，水泵停止工作，或者在閘閥尚未關閉的時候，水泵停止工作時能實現(xiàn)水流的切斷，避免水泵收到積水的大力沖擊，使得水泵無法繼續(xù)工作。
2.4.4灌引水漏斗、放氣栓和旁通管
引水漏斗主要的作用是在水泵的引水過程中，使得水泵中空氣排出。當有積水存在于排水管中，這是就可以使用旁通管對水泵進行引水工作，操作的流程，首先要把旁通管中的開關閥門打開，并且旁通管可以對于壓力水中的雜物進行沖刷掉，但是與此同時，使用鏈條或者鐵絲將底閥提起。
2.4.5壓力表和真空表
壓力表安裝位置在排水泵的排水管上，是為了檢測水管中的水壓大小。在一般的情況下普通的彈簧管壓力表就是我們大多使用的壓力表，按照壓力表的結構可以分為軸向帶邊和徑向無邊以及向帶邊。表的公稱直徑有5中分為60、100、150、200和250mm。在壓力表上顯示的數(shù)值要比絕對大氣壓小一個大氣壓。在吸水管上安裝真空表，真空度是通過壓力表檢測。大體真空表與壓力表的種類一樣，公稱直徑也與壓力表一樣。
2.4.6射流泵或真空泵
在離心水泵啟動之前，首先要使用射流泵或者是真空泵將吸水管和水泵的腔內注滿水，而后才能實現(xiàn)水泵的工作。如果水泵在工作之前沒有使用射流泵或者真空泵對吸水管進行注水，就會出現(xiàn)“干燒”現(xiàn)象，導致水泵的工作壽命大幅度降低。特別是在排水系統(tǒng)中沒有底閥裝置，射流泵在每次水泵啟動的時候都會工作，水泵注滿水后水泵繼續(xù)啟動。
在我國的煤礦井下目前還是處于非常簡單的操作系統(tǒng)狀態(tài)，這種非常傳統(tǒng)簡單的系統(tǒng)主要是以離心式水泵為主要的排水設備，水泵是排水系統(tǒng)主力排水設備，其他的設備是圍繞著水泵展開工作的。泵站的啟停完全是由工人的自己的工作經驗。當涌水點的水位處于高水位時需要排水時，憑借工人的經驗來確定是否需要開啟排水泵，如果需要開啟水泵，工人就會開啟射流泵給水泵注水，真空度達到要求時，啟動水泵后水泵開始工作，開啟閘閥后，水泵開始排水。而后關閉射流泵。停泵過程操作相反。
2.4.7離心式水泵的啟動與停機過程
排水時水泵啟動與停機主要是依靠由水坑的水位高低、水泵的溫度、壓力、以及電流傳感器所傳送來的參數(shù)來決定水泵的開啟以及水泵的停機，水泵的停機與啟動可以分為遠程PLC控制和手動控制，可以根據所使用的條件選擇要使用的方式，當涌水點的水位過高時，傳感器傳送來水位高的信號，控制PLC決定手動自動模式，啟動水泵后，實時監(jiān)測水泵的各種參數(shù)，如果出現(xiàn)故障，進行手動或者自動的控制水泵的關閉。
2.5井下排水存在的問題
（1）工作的效率很低。這種主要依靠人工排水系統(tǒng)，其可靠性并不高，需要工人按照經驗和程序一步步地進行操作，對于水坑涌水量的判斷，也只能依賴于工人經驗。過程控制能力差，如果出現(xiàn)工人的錯誤判斷或者錯誤的操作，可能會導致事故發(fā)生，人員和財產會招到損失。
（2）需要人工較多。因為其排水系統(tǒng)大量需要人工的操作。尤其對于水泵的啟停，和水泵布置都需要大量的人工，而且對于水泵出現(xiàn)的問題，回報速度慢，以及人工處理不迅速。這些問題都會降低排水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
針對于這些存在的問題，本設計主要著手解決這些問題，本設計是基于PLC控制的煤礦井下排水智能系統(tǒng)。使得排水系統(tǒng)的可靠性增強，依靠所設計的系統(tǒng)軟件來實現(xiàn)，程序確定后，水泵機組，可以實現(xiàn)用所設計的程序來控制水泵開啟以及關閉，并且把水泵機組的實時信息以及一些重要的安全系數(shù)傳送到總控制臺，管理人員即可在總控制臺上來控制煤礦井下排水系統(tǒng)設備的實時參數(shù)和實時的工作狀態(tài)，便可以十分方便的控制水泵，以及水泵機組的調動。減少了人工的多余動作，完成排水的智能化進程。
（3）水錘現(xiàn)象
水錘現(xiàn)象，也被稱為水擊現(xiàn)象，當液體的流速突然發(fā)生變化的時候，會導致水泵內壓力的突然變化，壓力的急劇的交替，從而升高和減少水力的沖擊現(xiàn)象，如果發(fā)生水錘現(xiàn)象，水泵中的最高壓力可以達到平時值得2倍。這樣大的水力會對水泵造成巨大的沖擊，導致設備的破壞。所以說一般的排水管中的積水流速不能大于3米每秒。如果在水泵正常的工作中，發(fā)生了水錘現(xiàn)象，那么水泵會發(fā)生嚴重的事故，例如水泵停止運作或者積水流出水泵等嚴重故障，會造成嚴重的人員財產損失。所以在水泵排水系統(tǒng)設計中，要非常重視消除水錘現(xiàn)象。
為了避免出現(xiàn)水錘現(xiàn)象，一般采取以下措施：
1.減少水錘發(fā)生可以試安裝止回閥。
2.可以通過安裝一些泄壓設備例如水錘消除器和安全閥等，并且在管路中安裝壓力傳感器。在壓力會突然變化的區(qū)域安裝止回閥，這樣也可以減少水錘現(xiàn)象的發(fā)生。
2.6排水系統(tǒng)的總體控制要求
2.6.1水泵的自動輪換原則
為了防止工作水泵以及管路的故障突發(fā)的情況，所以必須要有備用的水泵或者電機進行準備，這時如果電機或者電氣設備發(fā)生故障，這樣會發(fā)生事故，更有可能影響煤礦井下的安全和生產的效率，所以我們有必要設計水泵的自動輪換工作功能。本設計設計其系統(tǒng)功能自動的通過傳感器傳輸其運行參數(shù)，而后把必要的數(shù)據傳輸?shù)街醒肟刂婆_，并具有聲光報警功能，可以使得人員得知事故的發(fā)生地點，同時可以更早的更換故障泵，使備用泵更加迅速的進行更換，以做到故障的早發(fā)現(xiàn)、早處理。
2.6.2 “避峰填谷”原則
避峰就谷原則顧名思義，就是在供電的低谷期和一般時期盡可能的讓水泵處于工作狀態(tài)，保證涌水水位處于設定的低水位。而水泵在供電的高峰期盡量處于停泵的狀態(tài)這樣的工作方式就稱為避峰就谷原則以便于在供電的高峰期，不會使得涌水點的積水過多，這樣就可以增加巷道排水系統(tǒng)的排水效率，以便于排水系統(tǒng)更加的安全，更加的穩(wěn)定。
2.6.3排水系統(tǒng)的保護原則
漏水保護：漏水保護是指當水泵開啟后安裝的真空度壓力表顯示的真空度未達到設定值時，那么這個水泵非常有可能存在故障，這時啟用備用水泵，并派送人員進行檢修。
流量、壓力的保護：在水泵開啟以及工作中，通過流量和壓力傳感器傳輸?shù)臄?shù)據不能達到正常的工作值時，這時水泵內的壓力沒有達到預計的要求，那么水泵就必須要停止啟動，并且開啟備用水泵。
超溫保護：如果水泵的電機溫度超過了我們設定的正常值得話，立刻停止正在運行的水泵，通過水泵的保護裝置對水泵進行關閉水泵的運作，并啟動下臺水泵。
過流保護：顧名思義，當電機或者主回路中的電流信號以及數(shù)據傳輸?shù)絇LC處理原件，傳送來的數(shù)據大于我們設定值得話，啟動停機裝置并且檢修水泵。
當水泵發(fā)生以上的情況，系統(tǒng)就要通過故障的原因來手動的選擇PLC的控制方式應該含有，水泵的自動控制、水泵的半自動控制以及水泵的手動控制，自動控制水泵是由傳感器檢測水位壓力以及有關數(shù)據，PLC分析輸送來的數(shù)據，以此為依據來控制水泵的啟停，人工并不參與動作；當水泵的半自動工作方式開啟時，由人工進行判斷以及人工的選擇開啟或者關閉幾臺水泵，這時PLC并不停止進行工作，而是繼續(xù)輸入水泵的參數(shù)信息。而當手動模式開啟時，水泵的控制完全有手動操控，有操作人員對水泵進行檢修，依靠手工進行水泵的啟停。這三種工作方式，應該并列存在，相輔相成，組成一套完整、智能、高效的排水系統(tǒng)。
3排水系統(tǒng)傳感器選擇
3.1涌水點水水位的檢測
3.1.1液位傳感器介紹
超聲波液位傳感器
超聲波液位傳感器位于兩媒體對該接口利用超聲波的反射特性。如果超聲脈沖開始接收到的反射波到目前為止這個時間間隔是可以的距離和位置之間的接口計算，利用該方法可以對液位測量。根據發(fā)射機的功能和接收傳感器，該傳感器可分為單傳感器和雙傳感器..單傳感器發(fā)送和接收超聲波的使用相同的傳感器，當傳感器發(fā)送和接收各傳感器傳感器。介紹了單傳感器超聲波傳感器。超聲波傳感器原理如圖(3-1)
圖3-1超聲波傳感器原理
Figure3-1The principle diagram of the ultrasonic sensors
超聲波傳感器可以安裝在涌水點睡眠的上方，這時超聲波傳感器的超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波，超聲波到達涌水點積水表面后，再反彈回到換能器
時間為（3-1） 則（3-2）
式中
h —換能器距液面的距離
c —超聲波在介質中的傳播速度。
從（3-1）和（3-2）可以推算出超聲波傳感器的信息接收和回報的時間間隔。就可以求出需要測量的液位。超聲波液位傳感器具有精度高和使用時間長等特點但若液體中有氣泡或液面發(fā)生波動便會產生較大的誤差。在一般條件下使用它的測量誤差只有±0.1%檢測液位的范圍為10?410m。
本設計中采用的是Yjsonic系列的超聲波液位計，超聲波傳感器的工作原理是通過傳感器發(fā)射的超聲波，返回來的模擬量轉換成電信號，這樣就可以通過我們之前所得到的超聲波的時間間隔來推算出超聲波傳感器和涌水點液位之間的距離，這樣就可以推算出涌水點的液位高度。
工作特點：為了提高設備的穩(wěn)定性，我們可以使用SMD技術，功率的自動調整，增益控制。先進的檢測技術，豐富的軟件功能能應付各種不同環(huán)境。為了提高我們設備的測量系統(tǒng)的重復性系數(shù)，我們應該使用新型的計算機技術例如新型的波形計算。具有干擾回波的抑制功能，保證測量數(shù)據的精確。
設計中選用二線制輸出型液位計,其參數(shù)如下
量程：0、3、5、8、10、15、20m
精度：0.25%
盲區(qū)：0.3~0.5m
溫度：-20℃~+55℃
電源：24VDC
控制：無
輸出：4~20mA
16位的D/A轉換使得電流的輸出分辨力有所提高，并且可以輸送信息到PLC的CPU中。
3.1.2投入式液位傳感器
首先把傳感器的探測頭投入到涌水點的積水中，然后通過水位高度造成的壓強差來判斷水位的高低，投入式液位傳感器就是通過這原理制成的。
3.1.3兩種液位傳感器的比較
投入式液位傳感器的特點在于：
①制造成本相對于超聲波液位傳感器較為便宜；
②量程比較小一般為5到10米，但一般能滿足測量水位的要求:；
③如果在涌水點的積水中含有一些固體不溶物的話，會對傳感器造成影響；
④測量工作不被空氣中的懸浮成分如粉塵、濃煙等的影響；
超聲波液位傳感器的特點在于:
①超聲波傳播會被空氣中粉塵的影響；
②超聲波液位傳感器的可測量的量程比投入式的傳感器大；
③超聲波液位不會像投入式液位傳感器比較易受介質的干擾；
④制造成本比較高
3.1.4水位檢測裝置的選擇
由于煤礦井下的排水系統(tǒng)重要的安全設施，而水位傳感器是整個排水系統(tǒng)的重要部分。在理論情況下，如果同在一個涌水點的傳感器，其中一個傳感器發(fā)生了故障那么就需要安裝一個備用的傳感器。但是考慮的實際的情況以及對于成本的控制，本設計不多考慮理論使用，并且考慮成本和維修問題，每一個涌水坑使用一個投入式傳感器。
3.2電機及水泵溫度檢測
對于水泵溫度的監(jiān)測，采用的是溫度傳感器，而一般的分為可以接觸被測物體的類型和不可以接觸被測物體的類型，而可以接觸的類型，便是溫度測量的基本形式。這種溫度傳感器具有結構簡單，運行可靠，精度較高，穩(wěn)定性好，價格低，等等優(yōu)點，并在這種溫度傳感器的應用最為廣泛的。非接觸式溫度傳感器理論上無接觸式溫度傳感器的測量滯后和高溫，腐蝕，有毒的功率測量的應用范圍，移動物體和液體和固體表面的溫度，不影響測得的溫度場，但測量精度低，所以，使用不方便。通過比較，宜選擇接觸式溫度傳感器來測量溫度的。電機的溫度和泵選擇PT100溫度傳感器。PT100傳感器隨溫度變化的鉑電阻的使用，并給出了一定的功能特征溫度,其溫度/阻值對應關系為：
（1）-200℃
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