【正文】 。 處理外設(shè)請(qǐng)求操作 每次執(zhí)行完用戶程序后，就進(jìn)入服務(wù)外設(shè)請(qǐng)求命令的操作，外設(shè)的請(qǐng)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(cè)的數(shù)據(jù)主要有：水倉水位、電機(jī)工作電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、 3 臺(tái)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(cè)的數(shù)據(jù)主要有：水泵高壓?jiǎn)?dòng)柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動(dòng)閘閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、電動(dòng)球閥狀態(tài)。如果兩路信號(hào)相差 大于 時(shí)系統(tǒng)報(bào)警，要求值班人員進(jìn)行檢查 ；而對(duì)于信號(hào)干擾，則采用軟件過濾，只有當(dāng)信號(hào)在某一值附近穩(wěn)定足夠時(shí)間，且回差足夠小時(shí)才作為控制量使用，防止了因干擾而濘致機(jī)組誤動(dòng)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(hào)的尖峰噪音和感應(yīng)噪聲平均化，適用于噪音嚴(yán)重的工業(yè)場(chǎng)所。 四、 系統(tǒng)保護(hù)功能 超溫保護(hù)：水泵長(zhǎng)期運(yùn)行，當(dāng)軸承溫度或定子溫度超出允許值時(shí)，通過溫度保護(hù)裝置及 PLC 實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警。 五、 動(dòng)態(tài)顯示 動(dòng)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(dòng) 態(tài)顯示水泵、真空泵、電動(dòng)閘閥和電動(dòng)球閥的運(yùn)行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進(jìn)行事故報(bào)警。觸摸屏與監(jiān)測(cè)監(jiān)控主機(jī)均可動(dòng)態(tài)顯示主排水系統(tǒng)運(yùn)行的模擬圖、運(yùn)行參數(shù)圖表，記錄系統(tǒng)運(yùn)行和故障數(shù)據(jù)，并顯示故障點(diǎn)以提醒操作人員注意。系統(tǒng)可隨時(shí)轉(zhuǎn)換為自動(dòng)和半自動(dòng)工作方式運(yùn)行。選定的 PLC機(jī)型的 I/O能力極限值必須大于 I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)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(yàn)公式是： 存儲(chǔ)器容量 ( ) ( 1. 1 ~ 1. 25 ) ( 10 5 / 10 0) / 10 24K B D I D O AI O? ? ? ? ? ? ? 其中： DI為數(shù)字量輸入總點(diǎn)數(shù)； DO為數(shù)字量輸出總點(diǎn)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(hào)有特別的速度要求時(shí)，確定 PLC的型號(hào)就應(yīng)特別慎重。最大配置 4個(gè)機(jī)架， 32 塊模塊。 S7300系列 PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種單獨(dú)模塊之間可 以 進(jìn)行廣泛組合和擴(kuò)展。除此之外，它自帶的 STEP7編程軟件功能強(qiáng)大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡(jiǎn)單快捷 。一個(gè)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(shí)時(shí)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(chǎng)相聯(lián)系。外部設(shè)備傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的信號(hào)電平是 多種多樣的，而 PLC中 CPU處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 I/O單元需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。同時(shí) 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(jì)數(shù)器、內(nèi)部定時(shí)器，監(jiān)視掃描時(shí)間，統(tǒng)一管理編程接口，同時(shí)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(hào)模塊 (SM)、功能模塊 (FM)等。 選用： CPU3152 DP處理器； PS307 電源模塊； ET200M 遠(yuǎn)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(chǎng)總線 (PROFIBUS) SINEC L2DP接口的 CPU模塊。所以存儲(chǔ)器容量為 : ( 7410+ 655+ 26100)/1024= 工程實(shí)踐中，大多采用粗略估算，加大裕量，實(shí)際選型時(shí)參考此值采用就高不就低的原 則。目前，大多用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行存儲(chǔ)器容量估算。 表 模擬量輸入通道統(tǒng)計(jì)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(jī)溫度 3 電機(jī)電流 3 電機(jī)電壓 3 總計(jì) 22 表 42數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 數(shù)字量輸入 點(diǎn)數(shù) 電動(dòng)閘閥開 3 電動(dòng)閘閥關(guān) 3 電動(dòng)閘閥停 3 電動(dòng)閘閥開到位 3 電動(dòng)閘閥關(guān)到位 3 電動(dòng)閘閥開過轉(zhuǎn)矩 3 電動(dòng)閘閥關(guān)過轉(zhuǎn)矩 3 真空泵狀態(tài) 2 電機(jī)合閘 3 電機(jī)分閘 3 電機(jī)合閘到位 3 電機(jī)分閘到位 3 真空泵球閥開到位 2 真空泵球閥關(guān)到位 2 球閥開到位 9 球閥關(guān)到位 9 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 故障復(fù)位 1 急停 1 操作方式選擇 3 真空泵射流管啟動(dòng)方式選擇 1 總計(jì) 64 表 43數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 數(shù)字量輸出 點(diǎn)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(dòng)閘閥開 3 電動(dòng)閘閥關(guān) 3 電動(dòng)閘閥開到位 3 電動(dòng)閘閥關(guān)到位 3 電動(dòng)閘閥開過轉(zhuǎn)矩 3 電動(dòng)閘閥關(guān)過轉(zhuǎn)矩 3 真空泵電機(jī)開 3 真空泵電機(jī)關(guān) 3 水泵電機(jī)開 3 水泵電機(jī)關(guān) 3 警鈴 1 故障顯示燈 1 總計(jì) 54 考慮到前面的設(shè)計(jì)中 I/O 點(diǎn)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(jì)后得出的 I/O 總點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，增加 10％到15％的裕量。 自動(dòng)時(shí)，由 PLC檢測(cè)水位、壓力及有關(guān)信號(hào)，自動(dòng)完成各泵組運(yùn)行，不需人工參與；半自動(dòng)工作方式時(shí)，由工作人員選擇某臺(tái)或幾臺(tái)泵組投 入， PLC 自動(dòng)完成已選泵組的啟停和監(jiān)控工作；手動(dòng)檢修方式為故障檢修和手動(dòng)試車時(shí)使用，當(dāng)某臺(tái)水泵及其附屬設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，該泵組將自動(dòng)退出運(yùn)行，不影響其它泵組正常 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 運(yùn)。 六、 通訊接口 PLC通過通訊接口和通訊協(xié)議，與觸摸屏進(jìn)行全雙工通訊，將水泵機(jī)組的工作狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)傳至觸摸屏，完成各數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示；同時(shí)，操作人員也可利用觸摸屏將操作指令傳至 PLC，控制水泵運(yùn)行。 電動(dòng)機(jī)故障：利用 PLC及觸摸屏監(jiān)視水泵電機(jī)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(shí)間段工作，盡量避免在“峰段”啟動(dòng)。一般情況下，采樣頻率應(yīng)為模擬信號(hào)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(hào)精度。 影響水位的因素主要來自兩方而 :一是水位計(jì)故障 (如遭受雜物撞擊 )， 二 是 水位信號(hào)受干擾 (如水波動(dòng)較大 )。如果沒有外設(shè)請(qǐng)求，系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)循環(huán)地掃描進(jìn)行。當(dāng)程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)， “ 看門狗 ” 會(huì)發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)，使程序重新開始執(zhí)行。當(dāng)前處理的結(jié)果放 在輸出映像存儲(chǔ)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(jìn)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(chǔ)器中按序號(hào)順序排列。 PLC 的基本工作原理 PLC運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部要進(jìn)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(chǎng)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(qǐng)求）。通常所說的 SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)端和遠(yuǎn)程端也可以采用 PLC作現(xiàn)場(chǎng) 機(jī)。具有溫度測(cè)量接口，直接連接各種電阻或 電偶。 .比較 :大于、小于和等于。 計(jì)數(shù)控制 :用脈沖控制可以實(shí)現(xiàn)加、減計(jì)數(shù)模式，可以連接碼盤進(jìn) 行位置檢測(cè)。 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(dòng)化裝置，在工廠自動(dòng) 化 (FA) 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 和計(jì)算機(jī)集成制 造系統(tǒng) (CIMS)內(nèi)占重要地位?？煽刂坪?jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。 5)功能強(qiáng) PLC不僅具有條件控制、 定 時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)等控制功能，而且還能 完成A/D. D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)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(chǎng)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(huì)出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點(diǎn)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(jì)的計(jì)算機(jī)”。而且，同一臺(tái) PLC還可用于不同控制對(duì)象，通過改變軟件則可實(shí)現(xiàn)不同 控制的控制要求。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算 ， 順序控制 、定時(shí) 、 計(jì)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(jī)械或生產(chǎn)過程。工業(yè)計(jì)算機(jī)利用友好人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話和遠(yuǎn)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(yuǎn)程 IO實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和上傳。 水泵負(fù)壓檢測(cè) NSK型負(fù)壓傳感器采用先進(jìn)的靜電焊接技術(shù)形成穩(wěn)定的參考腔，可以用來測(cè)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(dòng)化行業(yè)。 隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的加強(qiáng)和進(jìn)步，電磁流量計(jì)達(dá)到抗干擾性強(qiáng)、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。 量 計(jì)的要求 隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的加強(qiáng)和進(jìn)步，各種智能型電磁流量計(jì)已經(jīng)很容易的 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 制造出 來，并應(yīng)用于測(cè)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(cè)量管路的材料具有高電阻率。破壞了原來的測(cè)量條件。 由式 (33 )得被測(cè)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(dòng)勢(shì)就可以測(cè)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(chǎng)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(jì) 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(cè)量中運(yùn)用和發(fā)展很快。但是結(jié)合煤礦井下排水過程的特點(diǎn) :水泵的工作方式 (輪番啟動(dòng) )， 如果采用如圖 37 所示的安裝方式，也可以判 斷出每個(gè)水泵的流量，但是需要比較復(fù)雜的軟件設(shè) 圖 各個(gè)水泵分別安裝流 量 傳感器 計(jì)來實(shí)現(xiàn)。 ② 流量檢測(cè)器安裝在水泵出口的總管路上，如圖 37 所示。 水泵流量檢測(cè) 置 水泵的流量與水泵出口的閘閥開度和出口壓力、電動(dòng)機(jī)電流有直接的關(guān)系。%/℃ 適應(yīng)惡劣環(huán)境 耐溫、耐腐、抗振動(dòng) 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(dòng)部件；可直接、任意安裝。是目前理想的流體壓力測(cè)量?jī)x表。其中，1 2 3 4R R R R? ? ? ? ? ? ?，且 R1=R2=R3=R4，則： 10 1RUER?? （式 310） UKE? （式 311） 此時(shí)全橋差動(dòng)電路不僅沒有非線形誤差，而且電壓靈敏度為單片工作時(shí)的 4倍，同時(shí)仍具有溫度補(bǔ)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。 （ ＋│t│ ）； 熱響應(yīng)時(shí)間 30s； 最小置入深度：熱電阻的最小置入深度 ≥200mm ； 允通電流 ≤5mA 。 （這樣的形式可以同時(shí)采集多路），還有一種就是單獨(dú)的一個(gè) PT100 溫度傳感器（工作電源是 24VDC），產(chǎn)生一個(gè) 420mA的電流，然后再通過一個(gè) 420mA電流電路板把 420mA的電流變?yōu)?15V電壓 。本文選擇 PT100溫度傳感器測(cè)電機(jī)及水泵溫度。所謂接觸式就是傳感器直接與被測(cè)物體接觸，這是測(cè)溫的基本形式。 在水位檢測(cè)裝置的選擇上，至少選擇兩個(gè)水位傳感器來提高水位檢測(cè)裝7 8 0 9A / D 轉(zhuǎn) 換 器放 大 電 路檢 測(cè) 電 橋傳 感 探 頭+ 6 V 6 V放 大 及 變 換電 流 輸 出數(shù) 碼 管 顯 示單片機(jī)振 蕩 器E P R O M 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 置的可靠 性。 一、 兩種液位傳感器的比較 投入式液位傳感器的特點(diǎn)在于 :