【正文】 我們根據(jù) 上述 選擇的 PLC型號(hào)，對(duì)系統(tǒng) 各種參數(shù)量與 PLC 的輸入、輸出接口以及相關(guān)的寄存器進(jìn)行分配。 典型模擬量 I／ O 模塊的量程為 10V～ +10V、 0～ +10V、 4～ 20mA 等，可根據(jù)實(shí)際需要選用，同時(shí)還應(yīng)考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。同時(shí)接通輸出設(shè)備的累計(jì)電流值必須小于公共端所允許通過(guò)的電流值，如一個(gè) 220V／ 2A 的 8 點(diǎn)輸出模塊，每個(gè)輸出點(diǎn)可承受 2A的電流，但輸出公共端允許通過(guò)的電流并不是 16A(82A) ，通常要比此值小得多。 (2)輸出接線方式 開(kāi)關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式 。 (3)注意同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù) 量 對(duì)于選用高密度的輸入模塊 (如 32點(diǎn)、 48點(diǎn)等 )，應(yīng)考慮該模塊同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過(guò)輸入點(diǎn)數(shù)的 60％。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)和周?chē)h(huán)境因素等。 . 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 在滿足使用要求的基礎(chǔ)上，合理的選擇 PLC 型號(hào) 是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)考慮的重要因素之一。這 8個(gè)點(diǎn)可以分配成輸入或輸出。 TO 是基本單元將數(shù)據(jù)寫(xiě)到 FX2N4AD 的指令。瞬時(shí)值和設(shè)定值等數(shù)據(jù)的讀出和寫(xiě)入用 FROM／ TO指令進(jìn)行。同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)泵真空度檢測(cè)的值與用戶(hù)設(shè)定的啟動(dòng)值比較，判斷泵是否能夠正常啟動(dòng)。其中一臺(tái)泵備用、一臺(tái)檢修，每個(gè)泵與兩條排水管路相連，防止其中一條排水管路出現(xiàn)故障時(shí)，能繼續(xù)進(jìn)行排水 保障系統(tǒng)的正常工作。通過(guò) PLC 與組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，在友好的人機(jī)界面中動(dòng)態(tài)的顯示出各泵的工作情況，同時(shí)顯示系統(tǒng)檢測(cè)的各種參數(shù)，大大方便工作人員及時(shí)的了解排水系統(tǒng)的 運(yùn)行 情況。隨著水位的情況的變化， 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。 ③ 專(zhuān)項(xiàng)點(diǎn)檢。 ⑤ 時(shí)間狀態(tài)的改善對(duì)策。即建立各種狀態(tài)管理的原始依據(jù)。 (5)按規(guī)定的部位和規(guī)定的范圍，認(rèn)真做好日常維護(hù) 工作，發(fā)現(xiàn)有異常，應(yīng)立即停車(chē)，通知檢修人員，決不允許帶病運(yùn)轉(zhuǎn)。一臺(tái)精心維護(hù)的設(shè)備往往可以長(zhǎng)期保持良好的性能而不進(jìn)行大修。 煤礦設(shè)備使用的一般制度規(guī)定 (1)新設(shè)備在投人使用前，設(shè)備使用單位的工程技術(shù)人員要詳細(xì)研究學(xué)習(xí)隨機(jī)帶來(lái)的說(shuō)明書(shū)和其它各種技術(shù)資料，弄懂設(shè)備的備種技術(shù)問(wèn)題，從而制定出設(shè)備使用的操作規(guī)程，并要對(duì)設(shè)備使用或操作者進(jìn)行必要的技術(shù)培訓(xùn)，使操作人員達(dá)到本設(shè)備操作的技術(shù)等級(jí) “ 應(yīng)知 ” 、 “ 應(yīng)會(huì) ” 要求，經(jīng) 考試 合格，按規(guī)定取得合格證后，方可操作設(shè)備。應(yīng)該注意的是，這種響應(yīng)滯后不僅是由于 PLC掃描工作方式造成，更主要是 PLC輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來(lái)的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動(dòng)器件的動(dòng)作時(shí)間帶來(lái)輸出延遲，同時(shí)還與程序設(shè)計(jì)有關(guān)。 在用戶(hù)程序中如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當(dāng) PLC 處于運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)時(shí)，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新 等 工作。傳送 距離通常在 15m以?xún)?nèi)，傳送速率低，且抗干擾能力較差，不適用于高速、遠(yuǎn)程的通信。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 6 頁(yè) 共 41 頁(yè) (4)電源 電源模塊是保障 PLC安全工作的重要模塊之一，由于 PLC內(nèi)部的 CPU、存儲(chǔ)器和 I/O接口電路等都工作在電壓比較低的直流電壓環(huán)境下，而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)往往提供的電源只有交流電壓，所以通常 PLC都配備一個(gè)電源模塊。 存儲(chǔ)器的類(lèi)型主要包括 ROM、 PROM、 EPROM、 EEPROM、RAM 等。 . PLC 的 結(jié)構(gòu)和原理 由于 PLC是在繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的控制器，所以 PLC的實(shí)際 組成與常用的微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)很相似，主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 (3)易于 安裝、調(diào)試和維修 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 4 頁(yè) 共 41 頁(yè) PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等部件， 大大減少了外圍控制設(shè)備的 安裝接線。 而 PLC是通過(guò) 運(yùn)行在 存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能 的 ， 它采 用與實(shí)際電路非常接 近的梯形圖方式編程，廣大電氣技術(shù)人員非常熟悉、易于掌握、便于推廣。 畫(huà)出系統(tǒng)電路接線圖、系統(tǒng)控制框圖及有關(guān)原理圖等 。 考慮到系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性、抗干擾性、以及對(duì)煤礦產(chǎn)業(yè)的促進(jìn)效益。無(wú)論是發(fā)展傳感器技術(shù)，還是建立統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)，都關(guān)系到自動(dòng)排水系統(tǒng)的發(fā)展。而傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)由于采用人工操作，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全系數(shù)低等原因，對(duì)煤礦自動(dòng)化發(fā)展起到很大的阻礙作用。還有一些研究人員把智能控制理論用于煤礦井下排水系統(tǒng)當(dāng)中。 automation。 系統(tǒng)硬件部分采用三菱 PLC(FX2N64MR 型號(hào) )作為控制系統(tǒng)的核心控制器，利用模擬量輸入模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)中央泵房的水位高度、離心泵的出口壓力、泵進(jìn)水管的真空度及排 水管的流量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并利用通訊模塊和上位機(jī)進(jìn)行通訊。 本設(shè)計(jì)根據(jù)礦井應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜情況，同時(shí)結(jié)合 PLC 與組態(tài)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，現(xiàn)實(shí)上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，使系統(tǒng)具備安全可靠、自動(dòng)化、故障監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等各種功能，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)控制的種種缺陷與不足，提高了煤礦井下中央泵房排水系統(tǒng)的工作可靠性和穩(wěn)定性。其中煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)，作為 煤礦產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的重要系統(tǒng)之一，起著關(guān)鍵的作用。 過(guò)去 由于煤礦的需求量少，煤 礦開(kāi)采的自動(dòng)化程度低， 對(duì)煤礦井下水的檢測(cè)監(jiān)控自動(dòng)化要求不高 。 國(guó)內(nèi)部分煤礦曾嘗試采用自己研發(fā)的自動(dòng)控制排水系統(tǒng)，但由于受到當(dāng)時(shí)檢測(cè)技術(shù)、以及控制系統(tǒng)中心處理器落后的影響，自動(dòng)排水系統(tǒng)的發(fā)展在國(guó)內(nèi)并沒(méi)有取得很大的 進(jìn) 展。 尤其是隨 著我國(guó)經(jīng)濟(jì) 快速發(fā)展的需要，國(guó)家提出了對(duì) 山西省煤礦企業(yè)兼并重組整合 的 宏觀 政策 后，我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必將會(huì)向數(shù)字自動(dòng)化的方向發(fā)展。 本任務(wù)設(shè)計(jì)了井下排水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，提出利用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)地面監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò) 化 與采用 PLC（可編程邏輯控制器）構(gòu)建成 遠(yuǎn)程 的 控制系統(tǒng)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)繼電器控制的種種缺陷與不足，提高了工作 可靠性和穩(wěn)定性，具有使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控的特點(diǎn) 。 1. PLC 的主要特點(diǎn) (1)應(yīng)用 靈活、 編程方便 在 傳統(tǒng)的 繼電器 接觸器 控制系統(tǒng)中， 主要是通過(guò)“固定接線”的形式實(shí)現(xiàn)邏輯控制與順序控制。相當(dāng)其他的控制器而言， 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 是 PLC最重要的特點(diǎn)之一。 (4)功能完善， 適用性強(qiáng) 隨著近年來(lái) PLC功能模塊的快速發(fā)展， PLC 除了具有邏輯運(yùn) 算、算術(shù)運(yùn)算、以及順序控制功能外，而且還 能完成 模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控打印及報(bào)表等功能，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。 CPU 主要由微處理器和控制器兩大部分組成，能實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，按照系統(tǒng)程序、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作。通過(guò)用戶(hù)程序的運(yùn)行，產(chǎn)生各種控制信號(hào)，經(jīng)輸出接口輸出達(dá)到控制外部設(shè)備的效的目的。同時(shí)通過(guò)各種通信模塊，可以與其他 PLC、遠(yuǎn)程 I/O 等進(jìn)行連接，構(gòu)成局域網(wǎng) 實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的網(wǎng)絡(luò)化。 在內(nèi)部處理階段，進(jìn)行 PLC 自檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，對(duì)監(jiān)視定時(shí)器（ WDT）復(fù)位以及完成其它一些內(nèi)部處理工作。接著進(jìn)入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。 因此， PLC 在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進(jìn)行。 而對(duì)于大中型 PLC，其 I/O 點(diǎn)數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶(hù)程序較長(zhǎng)，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能 I/O接口等多種方式。 . 設(shè)備的安全 使用 管理 設(shè)備的使用過(guò)程是體現(xiàn)設(shè)備購(gòu)置設(shè)備目的、完成生產(chǎn)任務(wù)、創(chuàng)造產(chǎn)值的過(guò)程，也是反映設(shè)備壽命的過(guò)程。 (4)使用中的設(shè)備必須處于完好狀態(tài)，安全保護(hù)裝置齊全，動(dòng)作可靠，防爆設(shè)備不失爆。 (2)對(duì)環(huán)境有特殊要求 (恒溫、恒濕、防震、防塵等 )的設(shè)備，應(yīng)采取相應(yīng)措施，確保設(shè)備性能和精度不受影響。 (8)附件和專(zhuān)用工具應(yīng)有框架擱置，保持清潔，妥善保管，不得損壞、外借和丟失。即采取各種手段，及時(shí)獲得設(shè)備技術(shù)狀態(tài)變化的信息，并通過(guò)與原始指標(biāo)的對(duì)比分析，掌握和研究設(shè)備的異常與故障。是由設(shè)備操作工人和維修工人每日?qǐng)?zhí)行的例行維護(hù)作業(yè)。 通過(guò)程序設(shè)置寄存器 自動(dòng)記錄并累計(jì)水泵啟停次數(shù) ， 管路使用次數(shù) 等。方便工作人員及時(shí)了解情況，安全撤離等。一旦 總個(gè)排水系統(tǒng) 中，某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障， 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 11 頁(yè) 共 41 頁(yè) 導(dǎo)致系統(tǒng)中檢測(cè)的參數(shù) 無(wú)法達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)定要求， 系統(tǒng)將根據(jù)程序設(shè)定的運(yùn)行，把故障所在的那個(gè)泵自動(dòng) 退 出工作系統(tǒng)，并同時(shí)提供故障的發(fā)生指示 ，記錄參數(shù)的變化情況，直到故障排除，恢復(fù)正常的工作。下面以一號(hào)泵為例對(duì)泵的工作過(guò)程進(jìn)行介紹。系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)框圖如圖24所示。 FX2N4AD 模擬量輸入與輸出的關(guān)系如圖 26所示 圖 25 FX2N4AD 的線路連線 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 14 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 26 FX2N4AD 模擬量輸入與輸出的關(guān)系 由于 排水系統(tǒng)需要采集的輸入信號(hào)量有 水位、真空度、水壓、水流量等 參數(shù)，需要的采集通道統(tǒng)計(jì)如表 21， 所以根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)模的需要， 采用三個(gè) FX2NAD 模塊 。范圍： 132767 FROM k1 k29 d0 k2 指令的作用是 ： 從特殊單元（或模塊） 的緩沖寄存器（ bfm） 29， 30中讀出 16 位數(shù)據(jù)傳送至 plc 的 d0， d1寄存器里。 1預(yù)設(shè)范圍（ 4ma到 20ma） 2預(yù)設(shè)范圍（ 20ma 到 20ma）； 3通道關(guān)閉 ③ 、將 4寫(xiě)入緩沖區(qū) 1， 2，即將通道 1和通道 2的平均采樣數(shù)設(shè)為 4，含義大概意思就是每讀取 4次將這 4次的平均值寫(xiě)入 5， 6。 . 系統(tǒng)的 I／ O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 根據(jù)以上控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案， 同時(shí)滿足 排水系統(tǒng)的控制需要，統(tǒng)計(jì) 出 所需PLC的 I/O口的數(shù)目 如下表所示，便于用戶(hù)根據(jù)實(shí)際的需要對(duì) PLC的型號(hào)作出合理的選擇。距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選用輸入電壓等級(jí)較高的模塊。 繼電器輸出的價(jià)格便 宜，既可以用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，但其屬于有觸點(diǎn)元件，動(dòng)作速度較慢（驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)作頻率不得超過(guò) 1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場(chǎng)合。 用戶(hù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際輸出設(shè)備的電流大小來(lái)選擇輸出模塊的輸出電流。所以選擇 FX2n64MR001型號(hào)。具有內(nèi)置式 24V 直流電源，可用于外部設(shè)備的電源輸入。 CMP指令的格式： CMP D0 D1 M5 當(dāng) D0D1 時(shí) M5被 置為 1 當(dāng) D0=D1 時(shí) M6被 置為 1 當(dāng) D0D1 時(shí) M7被 置為 1 在 D0 和 D1 間選出最小的值后，再通過(guò) CMP 指令與 D2比較 指令如下： CMP D2 D0 M20 CMP D2 D1 M25 實(shí)現(xiàn)上述功能的程序段如下： LD M8000 。它的電源電壓為 AC100240V，允許波動(dòng)范圍為 +10%、15%，數(shù)字量輸入電壓為 DC24V。另外，晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會(huì)降低，在實(shí)際使用中也應(yīng)注意。一般整體式 PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。 2. 開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇 開(kāi)關(guān)量輸出模塊是將 PLC內(nèi)部低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備的開(kāi)關(guān)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn) PLC 內(nèi)外信號(hào)的電氣隔離。選擇 時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來(lái)考慮。PLC 的 I／ O模塊有開(kāi)關(guān)量 I／ O模塊、模擬量 I／ O模塊及各種特殊功能模塊等。 ② 、建立模擬輸入通道 1， 2 。范圍： 132767 TO k1 k12 d0 k2 指令的作用是： 將 PLC 的 16位寄存器 d0， d1 的數(shù)值分別寫(xiě)入特殊單元（或模塊） 的緩沖寄存器（ BFM） 12， 13 中。 10VDC（分辨率位 5mV）或 4～ 20mA、20～ 20mA（分辨率位 20181。 圖 23為系統(tǒng)排水的工作過(guò)程 圖 23系統(tǒng)排水的流程圖 . 排水 系統(tǒng)的控制 結(jié)構(gòu)