【正文】 （流量信號、負壓信號、溫度信號）。 自動檢測控制實現水泵的自動停止： （ 1）、根據水位信號（液位傳感器 cgq1），確定停止水泵臺數和停哪臺水泵； （ 2）、切斷要停止水泵的電源，關閉排水閥（ df1）； （ 3）、根據水位信號（液位傳感器 cgq1），當水位低于最低水位時，停止最 后一臺水泵，步驟同上。 具體要求： 現場 手動控制 /非手動控制轉換（非手動控制包括電動控制和自動檢測控制），電動控制 /自動檢測控制轉換 現場手動控制直接經過電控部分控制，而電動控制 /自動檢測控制則經 過控制器來控制 自動檢測控制實現水泵的自動起動： （ 1）根據水位信號（液位傳感器 cgq1），確定要起動水泵的臺數和哪臺水泵起動； （ 2）關閉要起動水泵的排水閥（ df1），并確定排水管路及各分配閥（ df2）的開關狀態(tài)； （ 3）開啟真空泵；打開真空泵與水泵連接的排氣閥（ df3）；水泵開始排氣，并檢測水泵吸入口的負壓信號（ cgq3）； （ 4）當吸入 口負壓信號（ cgq3）到達預定值時，起動水泵（降壓啟動，由電控實現）；打開排水閥（ df1），關閉真空泵與水泵連接的排氣閥（ df3），關掉真空泵，水泵進入正常排水運行。并 且把所檢測到的所有數據傳到地上主控制室內的上位機中。 通過傳感器對主水倉液位的檢測，來自動判斷啟動幾臺水泵進行排水（自動檢測控制），或由人為地選擇啟動幾臺水泵進行排水（電動控制或手動控制）。但本系統(tǒng)的使用是不局限于皖北煤電集團任摟煤礦井下排水泵排水系統(tǒng)。 課題的目的、意義和任務 從上面所述皖北煤電集團任摟煤礦井下排水系統(tǒng)現狀可以看出，它十分需要加一控制系統(tǒng)，從而減輕操 作人員工作量，優(yōu)化運行，延長系統(tǒng)設備運行壽命。整個操作十分不便，并且還經常容易出錯。 皖北煤電集團任摟煤礦井下排水系統(tǒng)現狀 皖北煤電集團任摟煤礦井下排水系統(tǒng)整體比較落后，完全是人為手動控制。計算機自動控制的控制器是各種類型的計算機（包括單片機、工控機及 PLC 等），其最大的優(yōu)點是控制器能夠存儲并辨識特殊的語言（程序），根據程序的控制思想發(fā)出各種指令，控制執(zhí)行機構的動作，使被控制量滿足系統(tǒng)的要求。 94 附錄 E 58 附錄 A 48 5 系統(tǒng) 接線說明 42 上位機檢測軟件設計 1 引言 1 2 泵控系統(tǒng)設計與分析 3 系 統(tǒng)總體概述 3 系統(tǒng)總體設計方案 9 由微機 PLC 網絡構成的遠程檢測設 計 18 閥的選用 33 4 泵控系統(tǒng)軟件設計 51 手動控制接線 53 結 束語 57 參考文獻 59 附錄 B 117 第一章 緒論 引言 傳統(tǒng)的自動控制大多為常規(guī)的繼電器帶動接觸器控制，其控制器通常為電位器之類，是基于電氣原理的純電氣自動控制，屬于模擬控制方式。本系統(tǒng)就是采用計算機控制技術對水泵實行自動控制和狀態(tài)檢測。主水倉內放置一標尺，從而顯示主水倉液位；水泵吸水口處有一真空度表，測量吸水口負壓；水泵排水口處有一壓力表，測量排水口壓力。此外， 系統(tǒng)還必須有一位操作人員在井下定時巡視，查看主水倉泵液位，以便決定是要在起動還是要停止某臺泵，并且查看泵的運行情況。并且據現場技術人員介紹大多數煤礦礦井下排水系統(tǒng)現狀和他們這差不多，都很需要加一控制系統(tǒng)。 本課題主要的任務是設計檢測部分、控制部分和網絡（控制器和微機通訊）部分，通過檢測部分檢測主水倉、補水倉液位和各泵的運行參數，并送至控制器中，通過控制器實現電動控制或自動控制。同時也類似地控制水泵的停止。 系統(tǒng)控制要求 整體要求： 實現以下控制： 手動控制、電動控制、自動監(jiān)測控制 手動控制時要能自動切斷電動控制和自動控制；自動控制時要能自動切斷手動控制和自動控制；自動控制時要能自動切斷手動控制和電動控制。 在地下控制室內要實時地顯示所投入運行的水泵。 （ 4）、水泵全部停止后，系統(tǒng)處于自動監(jiān)控狀態(tài)，隨時準備起動。 出現以上故障，及時報警通知操作人員；嚴重故障時，報警并停止出現故障的水泵。各水泵排氣閥、排水閥、分配閥打開 /關閉開關 ： 泵控制按鈕 輸入模擬量： 輸入液位 電磁閥 /電動閥開關 故障報警燈 根據前文所述，可采用如圖 21 所示的泵控制系統(tǒng)。 方案二：采用 PLC 為控制器的方案如圖 23 所示。 PLC 模塊化的結構便于擴展，設計簡單。 PLC 泵控的硬件選型 PLC 的選型 PLC 的型號有許多，目前性能較好的有 SIEMENS 公司、日本的三菱、歐姆龍、美國 AB公司等產品，根據性價比的選擇，本系統(tǒng)采用 SIEMENS公司 S7200系列 PLC。輸入信號的范圍可以由 SW SW2 和 SW3 設定。 以上的分辨率和輸入數據格式是把 PLC 采樣處理過程中要用到的重要數據。最大 DC30V 輸入延時：最大 分辨率： 12bit 轉換速度： 250μ s 隔離：光隔離， AC500V,1min。 圖 25CPU 與模塊連接示意圖 人機交互設備的選型 根據需要，在地上控制室和井下控制室中要具有人機交互設備，地上控制室采用上位機，井下控制室中采用與 SIMATIC PLC 配套的 TD200 操作員界面，其可以實現人機交互功能，且價格低，占用空間小，可與 PLC 同時安裝在同一操作盤上，顯示從 S7200CPU 讀來的信息。流量、轉速高速脈沖輸入（ 6個） 電動、自動模式信號燈（ 2個） 補水倉液位不足故障報警器（ 1個） 故，需 2個 16 點輸入 /繼電器 16 點輸出 EM223 數字量混合模塊。 3號泵排水口壓力（ 3 個） 6號泵吸水口負壓（ 3 個） 故，需 3個 EM231 模擬量輸入模塊 TD200 文本顯示（ 1 號站）功能鍵（總共提供 8個）： 顯示 6號泵的信息（ 3個） RS485 或 RS422 專線網絡 數 據電臺無線通信網絡 本系統(tǒng)擬采用第一種網絡介質 RS485 或 RS422 專線網絡 其中 RS485為半雙工通信， RS422為全雙工通信；最遠傳輸距離可達 1200米，加中繼擴展可達 3000 米，通信速率的最大值： 10Mbit/s（距離 ≤ 12 米）；1Mbit/s（距離 ≤ 120 米）； 100Kbit/s（距離 ≤ 1200 米）；從機數建議在 32臺以內。電流環(huán)通信，抗干擾能力強，適合于工業(yè)現場通信。 使用 STEP7Micro/WIN32 編程軟件進行參數的選擇。尤其適應于空氣管傳感方式。當容器內液位變化時，管內空氣的壓力也會成比例的變化。 圖3 型硅壓力傳感器工作原理 在 X 型 4 端電阻元件的 一個方向加偏置電壓而形成一個電流，當有剪切力作用時，將會產生一個垂直于電流方向的電場，電場變化則引起該方向的電位分布發(fā)生變化，從而在與電流垂直方向上的兩端得到有被測壓力而引 起的輸出電壓，該電壓正比于電場，而電場又與剪切應力成正比，因此產生的輸出壓力也就與外加剪切應力，即被測力成正比。 電阻應變式傳感器具有悠久的歷史，是應用最廣泛的傳感器之一，將電阻應變片貼在各種彈性敏感元件上， 可構成壓力等多種參數的電阻應變式傳感器，其具有以下優(yōu)點： ○1 、結構簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠； ○2 、易于實現測試過程自動化和多點同步測量、遠距測量和遙測； ○3 、靈敏度高，測量速度塊，適合靜態(tài)、動態(tài)測量； 所以，已被廣泛地用于諸多領域。 圖34 （ 2） 放大整形電路： ACY7F 型大輸出高精度應變式壓力傳感器提供了專門設計的電子線路，將應變計的毫伏級電壓輸出值放大為伏特級電壓，其電子線路如圖 35。上表32給出其主要技術參數。 本系統(tǒng)選用天津市自動化儀表廠產品的 LWGY 型渦輪流量傳感器，其技術參數見表 35。當葉輪轉動時，傳感器元件發(fā)出與流量有關的電脈沖信號。 K—— 儀表系數（ m3）； Q—— 流經管道的體積流量（ m3/s）； (2) 渦輪流量傳感器調節(jié)電路： 廠家提供的正電源放大器電原理圖見圖 37。 FS8001 系列無源磁電轉速傳感器測量范圍 ： 10～ 10000r/min（ 60 齒）輸出信號幅值： 30r/min500mV（ PP）（測試條件：發(fā)訊齒輪，齒數為 60，材料為電工鋼，模數為 2，傳感器端面距齒頂 1mm）。 6) 溫度傳感器 : 測量溫度的傳感器歸根結底是熱電式傳感器，即把溫度變化轉換為電量變化。 (1) 集成傳感器工作原理： 1 2 21 21beI I RT TRVuu圖3 10 如圖 310 所示，一只晶體管的發(fā)射極電流密度 Je可用下式表示 Je＝ 1/aJs,將上式簡化、取對數后得 Ube=kT/qln(aJe/Js ) 如果圖中兩晶體管滿足下列條件： a1＝ a2， Js1＝ Js2， Je1/Je2＝γ為常數（γ是 Q 1， Q2發(fā)射極面積比因子，由設計和制造決定，為一常數），則兩晶體管基、射極電位差 Ube之差Δ Ube（ R1兩端之壓降）為 Δ Ube= Ube1 － Ube2=kT/qlny 可見，Δ Ube正比于絕對溫度 T。 ○2 輸出反轉電路如圖 312 AN6 701sR R10 0KV10 0K10K15V1234c+OUT10K圖3 12 、輸出極性反轉電路 （ 3）、測點布置： 在軸承座上部打一小孔，感溫元件放在小孔中。 線圈引出線固定鐵芯線圈彈簧可動線圈閥圖3 13 、電磁閥出口入口 電磁閥工作原理： 線圈斷電時，可動鐵芯受彈 簧彈簧力作用與固定鐵芯脫離，閥門處于關閉狀態(tài)；當線圈通電時，可動鐵芯克服彈簧彈簧力作用與固定鐵芯吸合，閥門處于打開狀態(tài)。 本系統(tǒng)選用天津第二通用機械廠出品的 ZD 型電動閥。由于現場所用的電動閥，電磁閥規(guī)格不同，所以繼電器的選用也不同。 報警器 選用工作電壓為 24V 的壓電式蜂 鳴器，報警器沒有過多的要求，現場根據需要自己購買任意型號的報警器。 本系統(tǒng)選用北京萬眾機 電設備有限公司出品的 AC/DC模塊式開關穩(wěn)壓電源 ,其內置美國或日本公司產的工業(yè)級電源模塊，具體性能見廠家的廠家的產品性能介紹。程序可以用編程器直接對 PLC進行編程，但這時只能使用語句表進行編程。在完成選擇項的選擇和信息的建立之后， TD200 組態(tài)向導就 自動的把參數塊和信息文本寫入數據塊編輯器內。組態(tài)時的界面如圖 41 所示。本系統(tǒng)中設置 TD200 功能鍵的標志字節(jié)地址為 M2，則F1～ F8 鍵的位地址分別為 ～ ，顯示更新速率決定 TD200 為顯示消 息需多長時間輪詢一次 CPU。其組態(tài)界面如圖 44所示。其組態(tài)界面如圖 55 所示。格式信息告訴 TD200如何顯示和編輯數據值 ，它要求在消息中有 2個字符的空間。該消息嵌入的數據為不可編輯的，有符號的整型數，顯示時，根據需要定義小數點后保留 位數。 1號站： 表 41泵控系統(tǒng)的 TD200（ 1號站）功能鍵定義明細 鍵名 功能 標志位 F1 顯示 1號泵的溫度、壓力、負壓、流量、轉速 F2 顯示 2號泵的溫度、壓力、負壓、流量、轉速 F3 顯示 3號泵的溫度、壓力、負壓、流量、轉速 F4 1號泵分配閥開啟狀況 F5 2號泵分配閥開啟狀況 F6 3號泵分配閥開啟狀況 F7 顯示主水倉液位 F8 未定義 表 42泵控系統(tǒng)的 TD200（ 1號站）顯示消息內容及組態(tài)參數明細 消息 消息內容 消息中參數地址 消息使能位 1 1 Temperature:.c VW216 2 1 Pressure:.Kpa VW233 3 1 Flux:.l/min VW249 4 1 Vacuum:.Kpa VW271 5 1 Rotate: .r/min VW291 6 2 Temperature:.c VW316 7 2 Pressure:.Kpa VW333 8 2 Flu