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流量和扬程要比设计流量和扬程大。
水泵在运行时，流量减小系数?Q?60%~70%，这里取?Q?60%，则每台工作水泵的流量Q`?Q120??66.67m3/h。根据上一章节，得H?HX?124.73m。3?Q3?60%立式水泵虽然节约安装面积，但由于煤矿矿井安装空间有限，吊装困难，所以选择卧式离心水泵。为了自动控制方便，这里将水泵进行以下分组编号，如下表。
表3.1 水泵分组
首先启动机组 1号泵 联动启动第一台机组 2号泵 联动启动第二台机组 3号泵 备用机组 4号泵 3.4 电气负载计算及启动方案选择
3.4.1 电流计算
水泵电机型号为Y200L2-2，已知：转速n?2900V;r/min；额定电压UN?380额定功率PN?37KW；功率因数cos??0.85。 根据功率计算公式
P?3UIcos? [5]
得
IN?PN3UNcos?37?103
?3?380?0.85
?66.14A 3.4.2 启动方案选择
离心泵所用的电动机的功率为37KW，额定电流约为66A，电机直接启动时，启动电流一般为额定电流的5-7倍，以6倍记，则Ist?396A。启动电流较大，直接启动会对电网造成冲击，可能导致同一电网中其他正在工作的大功率电器因电压供应不足而停机。
为了有效地减少启动电流，采用星—三角降压启动，此时启动电流为直接启动的1/3，所以降压启动电流I''st?132A。显然，启动电流下降明显，对电网的冲击程度大为减少。减小启动电流，能有效避免对电网的冲击。
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3.5 电气元件选型
1.电线选择
电线电缆无论是在输电系统还是在用电系统中都承担着电力的传输与分配，在电力系统里面，电线选择至关重要，它关系到整个系统的用电安全，选择不当会造成绝缘皮的烧损而漏电，甚至造成火灾更严重的事故。在选择电线时，一般应考虑发热，电压损失，经济电流密度，机械强度等选择条件。同时还要考虑导线的工作环境。
2.交流接触器
交流接触器常用来接通和断开电动机和其他设备的主电路，每小时可以开闭千余次，可以实现远程控制。主要由电磁铁和触点两部分组成，它是利用电磁铁的吸引力而动作的。接触器主要技术参数除额定电流、电压之外还有使用类别、机械寿命、操作寿命和电寿命。CJ10系列交流接触器是一般任务型接触器，主要使用于交流电动机得启停和控制。
3.自动空气断路器
断路器具有过载、短路和欠电压保护的功能，有油浸式断路器、真空式断路器和空气式断路器三大类，在低压电路中空气式断路器目前是应用最多的。空气式断路器结构型式可分为框架式和塑料式外壳，框架式分断能力较高，常用于主电路或大容量电路中，塑料式结构紧凑，便于独立安装。
4.热继电器： 热继电器是用来保护电动机使之免受长期过载的危害，它是利用电流的热效应而工作的。通常用的热继电器有JR20，JR15和引进的JRS等系列。它的主要技术数据是整定电流，整定电流与电动机的额定电流基本上一致。
3.6 主回路设计
电动机的主电路设计要保证整个排水系统能够正常运行，以保障煤矿的正常生产安全。每台电机设置自己的空气自动短路器。当排水系统发生意外故障时，电路能够自动切断电源，保证排水设备的安全。为了保证在电机长时间过载运行而发生意外，还要设置热继电器等。参照《电工手册》，画出了图3.1所示电路图：
FU UV
WQS2QS1 QS4QS3
图3.1 水泵电机电气主回路图
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KM1FR1KM4FR2KM7FR3KM10FR4U V WU V WU V WU V WKM2M3KM5M3KM8M3KM11M3KM3KM6KM9KM12徐州工业职业技术学院毕业设计（论文）
第四章 基于PLC的矿井排水系统的总体设计
4.1 控制系统的总体结构
系统采用现场层（远程I0）、控制层（PLC）和管理层（上位机）组成的三级控制系统来实现排水系统的自动控制。上位机利用友好的人机界面来实现人机对话和远程控制系统监控功能，PLC作为控制器完成逻辑处理和快做任务。远程I0实现现场数据的采集和上传，通过专门的控制网络实现数据的交换和统一调度。其中，控制层主要由PLC控制柜构成，是整个排水系统的控制中心，PLC控制柜是由PLC、触摸屏、检测部分（模拟量和开关量监测采集）、执行部分等组成。
PLC控制柜中的核心部分是PLC模块，用于完成对于监测量的处理，运算和存储。并根据检测结果进行逻辑处理，控制水泵及附属设备启停。考虑到现场设备比较分散，控制箱采用远程I/0的方式进行数据采集及控制，通过现场总线同CPU模块进行数据交换。系统为了实现对设备的运行状态、控制命令的采集、输出控制指令等功能，为了方便对水泵的自动和手动控制，系统配置了触摸屏，可实现实时动态水泵、水位当前状态的监控，并为用户提供水泵控制的平台。
4.2 基于PLC的矿井主排水控制系统设计
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，如图：
触摸屏模拟量输入模块数字量输出模块启动开关声光报警超声波液位仪管道流量信号机组故障信号数字量输入信号PLC主模块
远程控制模块数字量输出信号机组故障显示声光报警图 4.1 排水系统硬件结构图
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4.3 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。
4.3.1 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。
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