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基于plc及觸摸屏的煤礦泵房控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文(文件)

2025-07-08 02:15 上一頁面

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【正文】 表面聲波能量發(fā)射。玻璃屏的四個周邊則刻有45176。因此這個波形信號的時間軸反映各原始波形疊加前的位置,也就是X軸坐標(biāo)。之后Y軸同樣的過程判定出觸摸點的Y坐標(biāo)。清晰度較高,透光率好。表面聲波屏需要經(jīng)常維護(hù),因為灰塵,油污甚至飲料的液體沾污在屏的表面,都會阻塞觸摸屏表面的導(dǎo)波槽,使波不能正常發(fā)射,或使波形改變而控制器無法正常識別,從而影響觸摸屏的正常使用,用戶需嚴(yán)格注意環(huán)境衛(wèi)生。),四個邊刻著反射表面超聲波的反射條紋。),兩層分別對應(yīng)X,Y軸,它門之間用細(xì)微透明絕緣顆粒絕緣,當(dāng)觸摸時產(chǎn)生的壓力使兩導(dǎo)電層接通,由于電阻值的變化而得到觸摸的X,Y坐標(biāo)。電容屏電容屏表面涂有透明電導(dǎo)層ITO,電壓連接到四角,微小直流電散部在屏表面,形成均勻之電場,用手觸屏?xí)r,人體作為耦合電容一極,電流從屏四角匯集形成耦合電容另一極,通過控制器計算電流傳到碰觸位置的相對距離得到觸摸的坐標(biāo)。任何觸摸物體都可改變觸點上的紅外線而實現(xiàn)觸摸屏操作。 3 泵房排水系統(tǒng)總體方案設(shè)計系統(tǒng)中設(shè)計有四臺離心式排水泵和三條排水管路進(jìn)行排水,并且每一個排水泵都和三個排水管路相連接,這是為了當(dāng)其中一個管路故障時,可以繼續(xù)用另外一個管路排水,而不至于排水中斷。由圖31可以看出,每一個排水管路都有兩個排水電動閘閥,鑒于離心式水泵獨有的啟動特性,它們的打開和關(guān)閉是有先后順序的。當(dāng)PLC故障時,全部設(shè)備均為手動運行,由操作人員控制相應(yīng)按鈕完成。為了防止因備用泵或備用管路長期不用而使電機(jī)受潮或有其他故障而未被發(fā)現(xiàn),當(dāng)緊急情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全,本控制系統(tǒng)按“輪換工作制”來設(shè)計,以達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理,以免影響礦井安全生產(chǎn)的目的。離心式水泵的開啟和關(guān)閉是相對較復(fù)雜的,系統(tǒng)能夠按照離心式水泵的開啟和關(guān)閉步驟,自動為其注水,測量真空度,開啟和關(guān)閉水泵電機(jī),測量排水管壓力,開啟和關(guān)閉電動閥。該設(shè)計采用射流噴管直灌式注水方式,通過射流噴管形成射流,依靠射流的吸力,使泵體內(nèi)形成真空,靠大氣壓力將吸水井內(nèi)的水壓入泵內(nèi),充滿泵體,即可啟動水泵。在運行過程中,此泵組有停機(jī)故障或者滿足停泵條件,則進(jìn)入關(guān)閉階段。該系統(tǒng)具有運行可靠、操作方便、自動化程度高等特點,并可節(jié)省水泵的運行費用。當(dāng)出現(xiàn)故障時,控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或保護(hù)裝置動作,并故障報警; 2)超溫保護(hù):水泵長期運行,當(dāng)軸承溫度或定子溫度,電機(jī)溫度超出允許值時,通過溫度保護(hù)控制使水泵停車; 3)漏水保護(hù):每臺水泵均安裝有真空度壓力表,如在規(guī)定的注水時間內(nèi)系統(tǒng)仍未收到真空度達(dá)到規(guī)定值的信號,則停止啟動本臺水泵,轉(zhuǎn)為啟動下臺水泵,并發(fā)出故障報警信號; 4)流量、壓力保護(hù):當(dāng)水泵啟動后或正常運行中,如流量或壓力達(dá)不到正常值,通過流量、壓力保護(hù)控制使本臺水泵停車,轉(zhuǎn)為啟動下臺水泵; 5)邏輯錯誤故障保護(hù):PLC外接的輸入、輸出元器件如電動閥、電磁閥、接觸器等引起的故障較常見。為了避免警鈴頻繁響起時,井下工作人員不必要的驚慌,只在發(fā)生重大故障,需要立即排除或者提示工作人員時,才一啟動警鈴報警,比如,當(dāng)所有水泵都啟動工作,但水倉水位依然快速上漲時。它的數(shù)字量輸出信號包括各臺水泵電機(jī)的開關(guān)信號控制,射流泵電磁閥的開關(guān)信號,排水管電動閥的開關(guān)信號。雙位邏輯控制系統(tǒng)可以通過微電腦控制系統(tǒng)實現(xiàn),根據(jù)水位設(shè)置及邏輯運算結(jié)果得出水泵的運行狀況。分析系統(tǒng)工作過程,可知這是一個有一記憶的邏輯系統(tǒng),通過控制器的輸入、輸出寄器存儲邏輯變量。也低于b時,水井處于空狀態(tài),交流接觸器的線圈處于斷電狀態(tài),水泵停止。直至水位降到低水位b以下,b觸點斷開,控制線路中的線圈Y斷電,主觸點斷開,水泵停止工作。這就使排水系統(tǒng)的工作方式更為復(fù)雜。 停泵過程: ①液位傳感器返回低水位。所以,自動排水系統(tǒng)要與地面監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),管理人員可在地面及時掌握井下水泵房監(jiān)控設(shè)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài),適時發(fā)出控制指令。一般情況下,根據(jù)水位情況自動運行。從而使水泵合理運行,大大延長了使用壽命。 4 硬件設(shè)計 PLC種類和硬件選型 控制系統(tǒng)的輸入/輸出參數(shù)統(tǒng)計 根據(jù)控制要求,控制系統(tǒng)的輸入/輸出參數(shù)統(tǒng)計如表41至43所列。它的系列構(gòu)成如圖41所示。圖41 S7300系列PLC系統(tǒng)構(gòu)成框圖 本系統(tǒng)所用的主機(jī)模塊是CPU3152 DP,內(nèi)置有128KB的RAM,CPU3152DP是具有中到大容量程序存儲器和PROFIBUSDP主/從接口的CPU,它用于包括分布式及集中式I/O的任務(wù)中。并由聲波的發(fā)射和接收之間的時間來計算傳感器到被測物體的距離。標(biāo)記發(fā)生器發(fā)出定時脈沖信號,也送入測試電路。探頭到井底的距離hb已知,水井液位高度h=hbha。芯片采用真空充注硅油隔離,不銹鋼薄膜過渡傳遞壓力,具有優(yōu)良的介質(zhì)兼容性,適用于對316L不銹鋼不腐蝕的絕大多數(shù)氣液體介質(zhì)真空壓力的測量。當(dāng)被測壓力作用于彈簧管時,其末端產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形—位移,經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)放大后,由指示裝置在度盤上指示出來。這出現(xiàn)故障時要及時報警。 圖43 參數(shù)檢測電路西門子觸摸屏TP ()()兩種,顯示器為STN – LCD。堅固耐用、結(jié)構(gòu)緊湊、易于安裝基于Window CE,無需硬盤驅(qū)動器和冷卻風(fēng)扇,高度可靠實時操作,快速啟動,為惡劣工況下機(jī)器的安裝提供了有力的保證。使用 SIMATIC ProTool 高效組態(tài)即使沒有PLC和TP/OP,亦可PC模擬組態(tài)測試,可在不同顯示分辨率下縮放組態(tài),使用矢量圖可快速而容易地創(chuàng)建和修改圖形。 5 泵站排水系統(tǒng)的軟件設(shè)計 PLC的軟件設(shè)計 西門子的S7300系列PLC所用的編程語言是西門子開發(fā)的STEP7,這是一種可運行于通用微機(jī)中,在WINDOWS環(huán)境下進(jìn)行編程的語言??蛇x擇全自動、半自動、手動中的任意一種操作方式。圖51 操作方式選擇流程圖 水泵及管路的自動輪換工作水泵的自動輪換工作程序是在開泵臺數(shù)確定的情況下進(jìn)行的。假設(shè)現(xiàn)在MW10中的數(shù)據(jù)為:0001010010000010 MW10 現(xiàn)在需開啟三個泵組,其循環(huán)如下:0001010010000010MW10 0010000101001000 MW20 0010000101001000 MW10 1000001000010100 MW20 1000001000010100 MW10 0100100000100001 MW20 0100100000100001 MW10 從MW10中的當(dāng)前數(shù)據(jù)開始,每一次循環(huán)都確定開啟最低4位代碼所代表的泵組,并按圖示進(jìn)行MW10與MW20之間相應(yīng)的賦值,從而完成一次循環(huán)。假設(shè)開始第二次循環(huán)時,4組不能使用,則跳過4,開啟排在其后的3。使用兩個存儲器(M)分別作為管路當(dāng)前開機(jī)順序控制字(MW30),每輪換一條管路后的開機(jī)順序控制字(MW40)。 動態(tài)監(jiān)測及保護(hù)功能的實現(xiàn)在系統(tǒng)運行過程中PLC定時向上位機(jī)傳送水位、流量、壓力、溫度、電流、電壓等各個參數(shù)的數(shù)據(jù)及設(shè)備運行狀況和故障信息,由上位機(jī)實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測的功能。因此,人機(jī)界面就可以看成是人與硬件(計算機(jī)、PLC等)、控制軟件的交叉部分,人可以通過人機(jī)界面與計算機(jī)、PLC進(jìn)行信息交換,向PLC控制系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、信息和控制命令,而PLC控制系統(tǒng)又可以通過人機(jī)界面,由編程終端、計算機(jī)回送控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和有關(guān)信息給用戶。 在設(shè)計中,適用對象一般為工人或普通工作人員,因此要求操作簡單,易學(xué)易會,不需要掌握過多的專門知識;另外,操作響應(yīng)速度要快,以便及時得到控制信息。通過點擊面板上的控制按鈕,根據(jù)所需了解信息的不同,可以進(jìn)入運行狀態(tài)、記錄顯示或運行參數(shù)的相關(guān)界面。因此,通過運行狀態(tài)界面,我們可以及時了接到設(shè)備的運行情況,做到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理。圖54 記錄顯示界面如圖55所示,本界面顯示每一泵組運行時傳感器檢測到的一系列參數(shù)的值,并在其右側(cè)注有該參數(shù)的預(yù)設(shè)范圍,以便進(jìn)行比較。CP340與就地PC之間通過RS232C()接口進(jìn)。我們可以在此修改參數(shù)的設(shè)定范圍,并可將修改值傳輸?shù)絇LC。 圖53運行狀態(tài)界面如圖54所示,本界面顯示每個泵及每趟管路的累計運行時間和累計故障時間,程序?qū)⑦@些信息保存在數(shù)據(jù)文件中。如圖53所示,我們分別用綠、黃、紅圓點代表設(shè)備的運行、停止和故障。 界面顯示使用wincc flexible組態(tài)軟件,可以很好地實現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計要求。2. 學(xué)習(xí)的難易程度在人機(jī)界面設(shè)計時,應(yīng)該讓用戶要花更少的時間,熟悉的速度快,不需要許多的經(jīng)驗知識,要盡可能有形象提示等等。 上位機(jī)的軟件實現(xiàn)對于一個有實際應(yīng)用價值的PLC控制系統(tǒng)來講,除了硬件和控制軟件外,還應(yīng)有便于用戶操作的友好的人機(jī)界面。當(dāng)循環(huán)到第四位為0000時,不開啟任何管路,已累計的循環(huán)的次數(shù)減一,以保證循環(huán)的次數(shù)等于說開管路數(shù)。所以我們采用開泵臺數(shù)與管路條數(shù)相對應(yīng)的方案,開幾臺泵對應(yīng)著開幾條管路。若在循環(huán)過程中,有某臺泵有故障或需要檢修,循環(huán)就要跳過此臺泵,已累計的循環(huán)的次數(shù)減一,以保證循環(huán)的次數(shù)等于開泵的臺數(shù)。在程序初始化時,MW10被置為: MSB(15) LSB(0)1000010000100001MW10 MSB=最高有效位 LSB=最低有效位 從最低4位至最高4位,000000100、1000依次代表1~4泵組;MW20被清空。若不滿足全自動操作條件,則轉(zhuǎn)入手動操作。通過STEP7編程軟件,不僅可以非常方便地使用梯形圖和語句表等形式進(jìn)行離線編程,經(jīng)過編譯后通過轉(zhuǎn)接電纜直接送入PLC的內(nèi)存中執(zhí)行,而且在調(diào)試運行時,還可以在線監(jiān)視程序中各個輸入輸出或狀態(tài)點的通斷狀況,甚至可以在線修改程序中變量的值,給調(diào)試工作也帶來極大的方便。結(jié)合煤礦井下的特殊環(huán)境以及強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力外,通信接口、顯示技術(shù)的優(yōu)勢,且TP 270和OP 270均為堅固設(shè)計、具有較高的電磁兼容性和抗振性能以及防爆效果、同時具有眾多的HIM功能,最終選擇TP270。眾多HMI功能SIMATIC TP 270/OP 270型面板,功能強(qiáng)大,盡可能滿足機(jī)器操作和監(jiān)控的可視化需求。柔性化標(biāo)準(zhǔn)接口在window CE環(huán)境中,標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件接口均可用于SIMATIC TP 270/OP 270面板。這些參數(shù)信號通過相應(yīng)的傳感器獲取后,轉(zhuǎn)化為電信號(電流或電壓)輸入到測試電路,經(jīng)處理后,再輸入PLC進(jìn)行存儲運算。在電接點裝置的電接觸信號針上,裝有可調(diào)節(jié)的永久磁鋼,可以增加接點吸力,加快接觸動作,從而使觸點接觸可靠,消除電弧,能有效地避免儀表由于工作環(huán)境振動或介質(zhì)壓力脈動造成觸點的頻繁關(guān)斷,具有動作可靠、使用壽命長、觸點開關(guān)功率較大等優(yōu)點。壓力檢測要有壓力值顯示,還要有成比例的電信號輸出,經(jīng)處理后輸入PLC,在水泵啟動和運行過程中提供有用信息。根據(jù)排水系統(tǒng)的要求,利用模擬量作為連續(xù)水位顯示,并可以輸入可編程控制器進(jìn)行信號分析處理。這樣,測試電路就可以測出從發(fā)射到接收的時間間隔t。圖42 信號檢測原理圖42中,主控制器控制發(fā)射電路,按一定頻率發(fā)出脈沖信號,此信號經(jīng)放大器放大后送入測試電路,同時也激勵變送器探頭,發(fā)出超聲波,至液面反射回來,再由同一探頭接收。本系統(tǒng)主要由表41組成:表41 模塊組成表序號名稱型號數(shù)量備注1中央處理單元CPU3152 DP1—2數(shù)字量輸入模塊SM32143224V,DC3數(shù)字量輸出模塊SM32223224V,DC4模擬量輸入模塊SM3315812位5通信處理模塊CP3401—6電源模塊PS3071— 超聲波液位傳感器是利用超聲波的穿透能力,在界面上的反射和折射原理工作的。它可以通過MPI轉(zhuǎn)接電纜或通訊模塊與計算機(jī)進(jìn)行通訊,再加上其全面的診斷功能和完善的自我保護(hù)技術(shù),使其具有很高的可靠性,極其適合本系統(tǒng)的需求。本系統(tǒng)選用德國西門子公司的SIMATIC S7300系列PLC系統(tǒng)。其排水設(shè)備布置圖如圖31所示。 ③延長水泵壽命跟據(jù)水位控制原則,自動實現(xiàn)水泵的輪換工作,避免同一水泵長期使用,而其他水泵閑置。并通過網(wǎng)絡(luò)與礦井監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,接受管理人員指令。 ③關(guān)閉水泵機(jī)組。整個控制過程可用圖35表示。在實際工作中,水泵房還要根據(jù)各種運行參數(shù)(如涌水量大小、水泵狀況等)、現(xiàn)場環(huán)境以及意外事故等,對水泵站進(jìn)一步控制,或改變控制方法。當(dāng)水位繼續(xù)升高至高水位a后,水位開關(guān)a的觸點閉合,接觸器線圈y導(dǎo)通,帶動其主觸點閉合,同時副觸點y1也閉合,水泵開始工作。按給定的要求,每種組合的結(jié)果應(yīng)符合表中的運算關(guān)系表31 變量邏輯運算表序號A B Pn1Pn10 0 0020 0 1030 1 0040 1 1151 0 0—61 0
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