【正文】 PU 是采用分時操作的原理，每一時刻執(zhí)行一個操作，隨著時間的延伸一個動作接一個動作順序地進行。然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。此后，將監(jiān)控定時器 T0 復(fù)位，允許掃描用戶程序。在 PLC 的存儲器中，有一個專門存放 I/O 的數(shù)據(jù)區(qū)，其中對應(yīng)于輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，我們稱之為輸入映像存儲器。 執(zhí)行用戶程序操作 在程序執(zhí)行前復(fù)位監(jiān)控定時器 T1，即執(zhí)行程序并開始計時。 處理外設(shè)請求操作 每次執(zhí)行完用戶程序后，就進入服務(wù)外設(shè)請求命令的操作，外設(shè)的請求命令包括操作人員的介入和硬件設(shè)備的中斷。模擬量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水 倉水位、電機工作電流、水泵軸溫、電機溫度、 3 臺水泵的流量 、 水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力；數(shù)字量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水泵高壓啟動柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動閘閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、電動球閥狀態(tài)。如果兩路信號相差 大于 系統(tǒng)報警，要求值班人員進行檢查 ；而對于信號干擾，則采用軟件過濾，只有當信號在某一值附近穩(wěn)定足夠時間，且回差足夠小時才作為控制量使用，防止了因干擾而濘致機組誤動的情況。 PLC 所采用的A/D 模塊均以積分方式變換，可使輸入信號的尖峰噪音和感應(yīng)噪聲平均化，適用于噪音嚴重的工業(yè)場所。 四、 系統(tǒng)保護功能 超溫保護：水泵長期運行，當軸承溫度或定子溫度超出允許值時，通過 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 溫度保護裝置及 PLC 實現(xiàn)超限報警。 五、 動態(tài)顯示 動態(tài)模擬顯示選用西門子公司的 ET200M（ 觸摸屏），系統(tǒng)通過圖形動 態(tài)顯示水泵、真空泵、電動閘閥和電動球閥的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警。觸摸屏與監(jiān)測監(jiān)控主機均可動態(tài)顯示主排水系統(tǒng)運行的模擬圖、運行參數(shù)圖表，記錄系統(tǒng)運行和故障數(shù)據(jù)，并顯示故障點以提醒操作人員注意。系統(tǒng)可隨時轉(zhuǎn)換為自動和半自動工作方式運行。選定的 PLC機型的 I/O 能力極限值必須大于 I/O 點數(shù)估計值，并應(yīng)盡量避免使 PLC 能力接近飽和，一般應(yīng)留有 30％的裕量。作為一般應(yīng)用下的一種經(jīng) 驗公式是： 存儲器容量 ( ) ( ~ ) ( 10 5 / 100) / 1024K B D I D O AI O? ? ? ? ? ? ? 其中： DI 為數(shù)字量輸入總點數(shù)； DO 為數(shù)字量輸出總點數(shù)； AI/O 為模擬量 I/O 通道總數(shù) 。如果要跨范圍使用 PLC，或者應(yīng)用中的某些功能或信號有特別的速度要求時，確定 PLC 的型號就應(yīng)特別慎重。最大配置 4個機架， 32 塊模塊。 S7300系列 PLC 是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種單獨模塊之間可以 進行廣泛組合和擴展。除此之外，它自帶的 STEP7 編程軟件功能強大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷 。一個為字處理器，多為8 位或 16 位微處理器。位處理 器的采用，加快了 PLC 的掃描速度，使 PLC 能較好的滿足實時控制要求 二、輸入 /輸出部件 輸入 /輸出部件通常亦稱 I/O 單元或 I/O 模塊， PLC 通過 I/O 單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。外部設(shè)備傳感器和執(zhí)行機構(gòu)所需的信號電平是多種多。同時 PLC又通過 I/O 接口將處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程。 字處理器是主處理器，由它處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)總線、內(nèi)部計數(shù)器、內(nèi)部定時器，監(jiān)視掃描時間，統(tǒng)一管理編程接口，同時協(xié)調(diào)位處理器及輸入輸出。它通過輸入裝置讀入外設(shè)的狀態(tài)，由用戶程序去處理，并根據(jù)結(jié)果通過輸出裝置去控制外設(shè)。 其主要組成部分有導(dǎo) 軌 (RACK)、電源模塊 (PS)、中央處理單元模塊 (CPU)、接口模塊 (IM),信號模塊 (SM)、功能模塊 (FM)等。 選用： CPU3152 DP 處理器； PS307 電源模塊； ET200M 遠程控制單元； CP3422DP 通信模塊； CP340 通信模塊； SM321 數(shù)字量輸入模塊； SM322 數(shù)字量輸出模塊； SM331 模擬量輸入模塊。其中最主要的原因是 CPU3152 DP 是 S7300 系列中唯一帶現(xiàn)場總線 (PROFIBUS) SINEC L2DP接口的 CPU 模塊。所以存儲器容量為 : ( 7410+ 655+ 26100)/1024= 工程實踐中，大多采用粗略估算，加大裕量，實際選型時參考此值采用就高不就低的原則。目前，大多用統(tǒng)計經(jīng)驗公式進行存儲器容量估算。 表 模擬量輸入通道統(tǒng)計表 模擬量輸入 通道數(shù) 水倉水位 1 水泵真空度 3 出水口壓力 3 排水管流量 3 水泵軸承溫度 3 電機溫度 3 電機電流 3 電機電壓 3 總計 22 表 42數(shù)字量輸入點數(shù)統(tǒng)計表 數(shù)字量輸入 點數(shù) 電動閘閥開 3 電動閘閥關(guān) 3 電動閘閥停 3 電動閘閥開到位 3 電動閘閥關(guān)到位 3 電動閘閥開過轉(zhuǎn)矩 3 電動閘閥關(guān)過轉(zhuǎn)矩 3 真空泵狀態(tài) 2 電機合閘 3 電機分閘 3 電機合閘到位 3 電機分閘到位 3 真空泵球閥開到位 2 真空泵球閥關(guān)到位 2 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁 球閥開到位 9 球閥關(guān)到位 9 故障復(fù)位 1 急停 1 操作方式選擇 3 真空泵射流管啟動方式選擇 1 總計 64 表 43數(shù)字 量輸出點數(shù)統(tǒng)計表 數(shù)字量輸出 點數(shù) 真空泵球閥開 2 真空泵球閥關(guān) 2 排水泵球閥開 9 排水泵球閥關(guān) 9 電動閘閥開 3 電動閘閥關(guān) 3 電動閘閥開到位 3 電動閘閥關(guān)到位 3 電動閘閥開過轉(zhuǎn)矩 3 電動閘閥關(guān)過轉(zhuǎn)矩 3 真空泵電機開 3 真空泵電機關(guān) 3 水泵電機開 3 水泵電機關(guān) 3 警鈴 1 故障顯示燈 1 總計 54 考慮到前面的設(shè)計中 I/O 點數(shù)可能有疏漏，并考慮到 I/O 端的分組情況以及隔離與接地要求，應(yīng)在統(tǒng)計后得出的 I/O 總點數(shù)基礎(chǔ)上，增加 10％到15％的裕量 。 自動時，由 PLC檢測水位、壓力及有關(guān)信號，自動完成各泵組運行，不需人工參與；半自動工作方式時，由工作人員選擇某臺或幾臺泵組投入， PLC 自動完成已選泵組 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁 的啟停和監(jiān)控工作；手動檢修方式為故障檢 修和手動試車時使用，當某臺水泵及其附屬設(shè)備發(fā)生故障時，該泵組將自動退出運行，不影響其它泵組正常運。 六、 通訊接口 PLC 通過通訊接口和通訊協(xié)議，與觸摸屏進行全雙工通訊，將水泵機組的工作狀態(tài)與運行參數(shù)傳至觸摸屏，完成各數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示；同時，操作人員也可利用觸摸屏將操作指令傳至 PLC，控制水泵運行。 電動機故障：利用 PLC 及觸摸屏監(jiān)視水泵電機過電流、漏電、低電壓等電氣故障，并參與控制。 三、 “ 避峰填谷 ” 所謂 “ 避峰填谷 ” ，是指調(diào)度水泵在用電的 “ 谷段 ” 和“平段”時間段工作，盡量避免在“峰段”啟動。一般情況下，采樣頻率應(yīng)為模擬信號中最高頻率成分的 2倍以上，這樣經(jīng) A/D 變換的精度可完全恢復(fù)到原來的模擬信號精 度。 影響水位的因素主要來自兩方而 :一是水位計故障 (如遭受雜物撞擊 )， 二 是 水位信號受干擾 (如水波動 較大 )。如果沒有外設(shè)請求，系統(tǒng)則會自動循環(huán)地掃描進行。當程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進入死循環(huán)時， “ 看門狗 ” 會發(fā)出超時報警信號，使程序重新開始執(zhí)行。當前處理的結(jié)果放在輸出映像存儲器區(qū)內(nèi)，在程序執(zhí)行結(jié)束后，才將輸出映像區(qū)的內(nèi)容通過 鎖存器輸出到端子上。 數(shù)據(jù) I/O 操作 數(shù)據(jù) I/O 操作也稱為 I/O 狀態(tài)刷新。 PLC 接通電源后，在進 行循環(huán)掃描之前， PLC 首先確定自身的完好性，這是起始操作的主要工作。 PLC 的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按序號順序排列。 PLC 的基本工作原理 PLC 運行時，內(nèi)部要進行一系列操作，大致可分為四大類：以故障診斷、通信處理為主的公共操作，聯(lián)系工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)輸入和 輸出操作，執(zhí)行用戶程序的操作，以及服務(wù)于外部設(shè)備的操作（如果外部設(shè)備有中斷請求）。通常所說的 SCADA 系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠程端也可以采用 PLC 作現(xiàn)場機。具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。 .比較 :大于、小于和等于。 計數(shù)控制 :用脈沖控制可以實現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進 行位置檢測。 2. PLC 的主要功能 PLC 是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動 化 (FA)和計算機集成制造系統(tǒng) (CIMS)內(nèi)占重要地位。可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。 5)功能強 PLC 不僅具有條件控制、 定 時、計數(shù)、步進等控制功能，而且還能 完成A/D. D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控 等。此外， PLC 的 I/O 接口可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備聯(lián)接。 PLC 具有很高的可靠性和抗干 擾能力，不會出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機”。而且，同一臺 PLC還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實現(xiàn)不同 控制的控制要求。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算 ， 順序控制 、定時 、 計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。工業(yè)計算機利用友好人機界面實現(xiàn)人機對話和遠程監(jiān)控功能， PLC 作為控制器完成邏輯處 理和控制任務(wù)，遠程 IO 實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和上傳。 水泵負壓檢測 NSK型負壓傳感器采用先進的靜電焊接技術(shù)形成穩(wěn)定的參考腔，可以用來測量小于大氣壓的壓力和真空度，廣泛用于石油、化工、冶金、制藥冷凍、真空儀表等自動化行業(yè)。 隨著工業(yè)生產(chǎn) 技術(shù)的加強和進步，電磁流量計達到抗干擾性強、精度高、穩(wěn)定性 可靠、整體防爆的要求，適合在煤礦井下使用，且也逐步的推廣和使用。 流 量 計的要求 隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的加強和進步，各種智能型電磁流量計已經(jīng)很容易的制造出 來，并應(yīng)用于測量管道 中導(dǎo)電液體的體積流量，如水、污水、泥漿、礦漿、酸、堿、鹽液體及食品槳液等。為了減少渦流，要求測量管路的材料具有高電阻率。破壞了原來的測量條件。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 E XNBVS由式 (33 )得被測導(dǎo)電液體得體積流量為 23 .1 4 1 5 3 .1 4 1 544D D EQ V v B???? （式 34） 因此，知道感應(yīng)電動勢就可以測出導(dǎo)電液體的流量。其原理圖如圖 38所示，它是由產(chǎn)生均勻磁場的系統(tǒng)、不導(dǎo)磁材料的管道以 及在管道橫截面上的導(dǎo)電電極組成。自 20 世紀 50年代末國內(nèi)首次 工業(yè)應(yīng)用以來，七八十年代在流量測量中運用和發(fā)展很快。但是結(jié)合煤礦井下排水過程的特點 :水泵的工作方式 (輪番啟動 )，如果采用如圖 37 所示的安裝方式，也可以判 斷出每個水泵的流量，但是需要比較復(fù)雜的軟件設(shè) 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 圖 各個水泵分別安裝流 量 傳感器 計來實現(xiàn)。 ② 流量檢測器安裝在水泵出口的總管路上，如圖 37 所示。 水泵流量檢測 流量檢測儀器的安裝位 置 水泵的流量與水泵出口的閘閥開度和出口壓力、電動機電流有直接的關(guān)系。%/℃ 適應(yīng)惡劣環(huán)境 耐溫、耐腐、抗振動 適應(yīng)性廣 產(chǎn)品體積小、重量輕、無隔離膜片和中介液體； 全不銹鋼密封結(jié)構(gòu)，無可動部件；可直接、任意安裝。是目前理想的流體壓力測量儀表。其中，1 2 3 4R R R R? ? ? ? ? ? ?，且 R1=R2=R3=R4，則： 10 1RUER?? （式 310） UKE? （式 311） 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 此時全橋差動電路不僅沒有非線形誤差，而且電壓靈敏度為單片工作時 的 4倍，同時仍具有溫度補償作用。 應(yīng)變式壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。 （ ＋ 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 │t│ ）； 熱響應(yīng)時間 30s； 最小置入深度：熱電阻的 最小置入深度 ≥200mm ； 允通電流 ≤5mA 。 （這樣的形式可