【正文】 分時(shí)操作進(jìn)程稱為CPU對(duì)程序的掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述的掃描循環(huán)的。PLC的基本工作過(guò)程為： 圖 PLC工作原理示意圖1公共操作公共操作是在每次掃描程序前進(jìn)行自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了故障燈外，還可判斷故障性質(zhì)：一般性故障，只報(bào)警不停機(jī)，等待處理；嚴(yán)重故障，則停止運(yùn)行用戶程序，此時(shí)PLC切斷一切輸出聯(lián)系。當(dāng)CPU采樣時(shí)輸入信號(hào)由緩沖區(qū)進(jìn)入映像區(qū)，這就是數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)刷新；同樣道理，CPU不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。監(jiān)控定時(shí)器T1就是通常所說(shuō)的“看門(mén)狗”，它是用來(lái)監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常的，正常時(shí)，執(zhí)行完用戶程序所用的時(shí)間不會(huì)超過(guò)T1的設(shè)定值，執(zhí)行完用戶程序后立即使“看門(mén)狗”復(fù)位，表示程序執(zhí)行正常。外設(shè)請(qǐng)求一般不會(huì)影響系統(tǒng)正常工作，而且可能更有利于系統(tǒng)的控制和管理。數(shù)據(jù)自動(dòng)采集主要由PLC實(shí)現(xiàn)，PLC模擬量輸入模塊通過(guò)傳感器連續(xù)檢測(cè)水倉(cāng)水位，將水位變化信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，控制排水泵的啟停。 在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，模擬量信號(hào)的處理是將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)（A/D轉(zhuǎn)換），其變換速度由采樣定律確定。二、自動(dòng)輪換工作 為了防止因備用泵及其電氣設(shè)備或備用管路長(zhǎng)期不用而使電機(jī)和電氣設(shè)備受潮或其他故障未經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時(shí)，而不能及時(shí)投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)了3臺(tái)泵自動(dòng)輪換工作控制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運(yùn)行時(shí)間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動(dòng)記錄并累計(jì)，系統(tǒng)根據(jù)這些運(yùn)行參數(shù)按一定順序自動(dòng)啟停水泵和相應(yīng)管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻，當(dāng)某臺(tái)泵或所屬閥門(mén)故障、某趟管路漏水時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，并在觸摸屏上動(dòng)態(tài)閃爍顯示，記錄事故，同時(shí)將故障泵或管路自動(dòng)退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動(dòng)輪換工作，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。流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行時(shí)，如流量達(dá)不到正常值，通過(guò)流量保護(hù)裝置使本臺(tái)水泵停車(chē)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。直觀地顯示電磁閥和電動(dòng)閥的開(kāi)閉位置，實(shí)時(shí)顯示水泵抽真空情況和壓力值。PLC同時(shí)將水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)經(jīng)安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分站傳至地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機(jī)，與全礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測(cè)數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動(dòng)化控制信息，實(shí)現(xiàn)井下主排水系統(tǒng)的遙測(cè)、遙控，并為礦領(lǐng)導(dǎo)提供生產(chǎn)決策信息。PLC柜上設(shè)有該泵的禁止啟動(dòng)按鈕，設(shè)備檢修時(shí)，可防止其他人員誤操作，以保證系統(tǒng)安全可靠?？紤]裕量后的I/O總點(diǎn)數(shù)即為I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)值。這種方法是以PLC處理每個(gè)信息量所需存儲(chǔ)器數(shù)的統(tǒng)計(jì)平均經(jīng)驗(yàn)值為依據(jù)，乘以信息量數(shù)再考慮一定的裕量計(jì)算得到存儲(chǔ)器需要容量。（3） 響應(yīng)速度PLC是為工業(yè)自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次的PLC的響應(yīng)速度一般能滿足起應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。內(nèi)置80KB RAM，隨機(jī)存儲(chǔ)器為48KB，最大數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)為1024個(gè)，最大模擬量I/O通道數(shù)為128個(gè)。 S7300PLC的基本組成本系統(tǒng)選用德國(guó)西門(mén)子公司的SIMATIC S7300系列PLC系統(tǒng)。它可以通過(guò)MPI連接電纜或通訊模塊與計(jì)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)，使其具有極高的可靠性，極其適合本系統(tǒng)的需求。一般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)。位處理器也稱從處理器，它的主要作用是處理位操作指令和在機(jī)器操作系統(tǒng)的管理下實(shí)現(xiàn)PLC編程語(yǔ)言向機(jī)器語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換。PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動(dòng)能力的I/O單元，有各種各樣的I/O單元供用戶選用。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)輸入元件，僅需要提供開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)即可。按負(fù)載回路使用的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。繼電器觸點(diǎn)輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊，其額定負(fù)載電壓范圍較寬，直流可以從24V到120V，交流可以從48V到230V。被測(cè)模擬量的精度是所設(shè)定的積分時(shí)間的正函數(shù)，也即積分時(shí)間越長(zhǎng)，被測(cè)值的精度越高。1000MV以內(nèi)的小電壓信號(hào)，由于電阻和熱電偶信號(hào)均屬于這個(gè)范圍，所以“A”位置適用于它們。5V，1～5V等。SM331有812位和212位兩種規(guī)格型號(hào)模塊。如圖45所示，檢測(cè)線S+和S直接接到負(fù)載上。QI和QV實(shí)際上是同一個(gè)端子。系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能，用戶不能訪問(wèn)，修改這一部分存儲(chǔ)器的內(nèi)容。工作數(shù)據(jù)是PLC在應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。在掉電時(shí)可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。操作員接口用于實(shí)現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)之間的對(duì)話，人機(jī)接口的最簡(jiǎn)單和最普通的形式是由安裝在控制臺(tái)上的按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、指示燈、LED數(shù)字顯示器和聲光報(bào)警器等元件組成。有時(shí)用磁帶和磁盤(pán)來(lái)存儲(chǔ)PLC的用戶程序。盒式磁帶錄音機(jī)和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器可能在編程器系統(tǒng)之內(nèi)，也可能是單獨(dú)的裝置，由編程器或其它智能模塊向它們提供接口。同一PLC系統(tǒng)的各種不同應(yīng)用場(chǎng)合的用戶程序可以分別寫(xiě)入到幾片EPROM中，在改變系統(tǒng)的工作方式時(shí)只要更換EPROM就可以了。S7300系列PLC就配有專用電源模塊PS 307。 ET200M是高密度配置的模塊化I/O站，保護(hù)等級(jí)為IP20。它也適宜于與冗余系統(tǒng)一起使用。 ET200M由以下部分組成 ： IM153接口：用于與PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線的連接 ； 各種I/O模塊：用總線連接器連接或插入在有源總線模塊內(nèi), 總線連接器設(shè)計(jì)，在運(yùn)行過(guò)程中不能更換模塊； 有源總線模塊設(shè)計(jì)，在運(yùn)行過(guò)程中能更換模塊；電源(如有必要) ； S7300自動(dòng)化單元的所有I/O模塊：都可應(yīng)用(功能和通信模塊只用于SIMATIC S7/M7主設(shè)備)； HART模塊 。這種網(wǎng)絡(luò)能夠支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，最高運(yùn)行速度為12Mbps。PROFIBUSDP 的特點(diǎn)：代替 PLC/PC 與 I/O 之間昂貴的電線；快速，傳輸 1 千字節(jié)的輸入數(shù)據(jù)和 1千字節(jié)的輸出數(shù)據(jù)所需時(shí)間2 ms；強(qiáng)有力的工具，減少組態(tài)和維護(hù)費(fèi)用；被所有主要的 PLC 制造商支持；有廣泛的產(chǎn)品：PLC, PC, I/O, 驅(qū)動(dòng)器, 編碼器等；允許周期性和非周期性的數(shù)據(jù)傳輸；單主和多主網(wǎng)絡(luò)；每個(gè)站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最多可達(dá) 244 字節(jié)。與標(biāo)準(zhǔn)4～20mA 控制不同，PROFIBUS能夠在由一根雙絞線電纜組成的單一總線網(wǎng)段上，支持32個(gè)工作站。ET200M通過(guò)RPOFIBUSDP與PLC控制柜連接通信。最大數(shù)據(jù)傳輸速率為12M位/S。由于模塊的種類眾多，ET200M尤其適用于復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。且與SIMATIC S7300 I/O模塊及功能模塊兼容，安全性高。與普通電源相比，PLC電源穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。EPROM寫(xiě)入器EPROM寫(xiě)入器用來(lái)把用戶程序?qū)懭氲紼PROM中去。存儲(chǔ)在它們里面的信息可以長(zhǎng)期保存。用于PLC控制系統(tǒng)的最高級(jí)、最復(fù)雜的人機(jī)接口是一種“智能”終端，它有自己的微處理器和存儲(chǔ)器，能夠與操作人員快速地交換信息，并通過(guò)通信接口與PLC相連，它可以作為本地通信網(wǎng)絡(luò)的接口。由于系統(tǒng)程序用戶不可改變，因而PLC產(chǎn)品樣本或使用說(shuō)明書(shū)中所列存儲(chǔ)器容量，系指用戶程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器而言。在PLC系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，開(kāi)辟有輸入輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、輔助繼電器等邏輯部件，這些部件的設(shè)定值和當(dāng)前值是根據(jù)用戶程序的初始設(shè)置和運(yùn)行狀況而確定的。用戶程序一般存放于帶有后備電池的CMOS靜態(tài)RAM、紫外線可擦的EPROM和電可改寫(xiě)的EEPROM中。系統(tǒng)程序是由PLC的制造廠家在研制系統(tǒng)時(shí)確定的，和機(jī)器的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信和各種參數(shù)設(shè)定等功能。采用2線回路時(shí)，S+和S可以保持開(kāi)路，但是輸出精度不如4線回路高。在輸出電壓時(shí)，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負(fù)載相連。20mA以內(nèi)的電流信號(hào)。10V以內(nèi)的大電壓信號(hào)，如：177。模擬量模塊都裝有量程模塊，調(diào)整量程塊的插入位置可改變模塊的硬件結(jié)構(gòu)。SM331模擬量輸入模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。晶體管輸出方式的模塊，只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊，沒(méi)有反極性保護(hù)措施，輸出具有短路保護(hù)功能，使用于驅(qū)動(dòng)電磁閥和直流接觸器。數(shù)字量輸入模塊SM321有直流16點(diǎn)輸入、直流32點(diǎn)輸入、交流16點(diǎn)輸入、交流8點(diǎn)輸入四種型號(hào)模塊可供選擇。I/O單元的主要類型有：數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。通過(guò)I/O接口可以檢測(cè)被控對(duì)象或被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的信息依據(jù)。另一個(gè)是位處理器，也稱為布爾處理器，是一些廠家設(shè)計(jì)制造的專用芯片。 圖54 S7300PLC系統(tǒng)構(gòu)成框圖一、中央處理單元CPU同一般的微處理器一樣，中央處理單元是PLC的主要部分，是系統(tǒng)的核心。它的系統(tǒng)構(gòu)成如圖54所示。滿足設(shè)計(jì)需要。 通過(guò)上面的計(jì)算，考慮系統(tǒng)通訊要求，選用SIMATIC S7300系列中的CPU3152 DP是最合適的。 DI點(diǎn)數(shù)估計(jì)值為64=74，DO點(diǎn)數(shù)估計(jì)值為56=65，AI通道估計(jì)值為22=26個(gè)。（2） 存儲(chǔ)器容量選擇PLC的I/O點(diǎn)數(shù)估算值大小，在很大程度上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可以在I/O點(diǎn)數(shù)估算值的基礎(chǔ)上計(jì)算對(duì)PLC存儲(chǔ)器容量的需求。經(jīng)過(guò)粗略計(jì)算，需要數(shù)字量輸入64點(diǎn)，數(shù)字量輸出56點(diǎn)，模擬量輸入通道22路，其具體分配見(jiàn)表51，52，53。七、三種工作方式系統(tǒng)控制具有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)檢修3種工作方式。采用圖形、趨勢(shì)圖和數(shù)字形式直觀地顯示3趟管路的瞬時(shí)流量及累計(jì)流量，對(duì)井下用電負(fù)荷的監(jiān)測(cè)量、電機(jī)電流和水泵瞬時(shí)負(fù)荷及累計(jì)負(fù)荷量、水泵軸溫、電機(jī)溫度等進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示、超限報(bào)警，自動(dòng)記錄故障類型、時(shí)間等歷史數(shù)據(jù)，并在屏幕下端循環(huán)顯示最新出現(xiàn)的3條故障（故障顯示條數(shù)可在觸摸屏上設(shè)置），以提醒工作人員及時(shí)檢修，避免水泵和電機(jī)損壞。電動(dòng)閘閥故障：由電動(dòng)機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電機(jī)的過(guò)載、短路、漏電、斷相等故障，并參與水泵的聯(lián)鎖控制。要實(shí)現(xiàn)“避峰填谷”，需調(diào)度各水泵在用電的“谷段”和“平段”時(shí)間段，將水倉(cāng)的水位排至設(shè)定的低位，以便水倉(cāng)能夠騰出盡可能大的容積，使其在“峰段”容納更多的礦井涌水而不用啟動(dòng)水泵。A/D變換的精度取決于A/D變換器的位數(shù)。對(duì)于前一個(gè)因素采用雙水位計(jì)，在水倉(cāng)中設(shè)置兩個(gè)同樣的水位計(jì)，PLC同時(shí)對(duì)兩個(gè)水位計(jì)取樣。 PLC地址分配和實(shí)現(xiàn)控制功能從系統(tǒng)的控制功能上來(lái)說(shuō)，應(yīng)具備以下七大功能：一、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè) 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)主要分為兩類：模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)。如果是偶然因素造成超時(shí)，重新掃描程序不會(huì)再遇到“偶然干擾”，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行；若由于不可恢復(fù)的確定性故障，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地停止執(zhí)行用戶程序、切斷外部負(fù)荷、發(fā)出故障信號(hào)，等待處理。這步操作稱為輸出狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一個(gè)是采樣輸入信號(hào)，即刷新輸入狀態(tài)表的內(nèi)容；二是送出處理結(jié)果，即用輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路。PLC進(jìn)行清零或復(fù)位處理，消除