【正文】 很慶幸的是我的指導(dǎo)老師楊老師一次次對(duì)我的細(xì)心指導(dǎo)，使得我把大學(xué)期間零散的知識(shí)可以簡(jiǎn)單整合到一起，同時(shí)， 當(dāng)遇到問(wèn)題時(shí)我會(huì)更好使用各種途徑進(jìn)行解決，這使我的自學(xué)能力得到了更大的提升，這一切都要感謝指導(dǎo)老師孜孜不倦的教導(dǎo)。 本系統(tǒng)在投入使用之后，大大提高了壓風(fēng)機(jī)的利用率，對(duì)于壓風(fēng)機(jī)的控制更加簡(jiǎn)潔，對(duì)壓風(fēng)機(jī)也起到到了保護(hù)作用，提高了壓風(fēng)機(jī)的使用壽命。使得工作人員能偶 及時(shí)了解系統(tǒng)的工作狀況，對(duì)系統(tǒng)故障的診斷和處理等 起到了關(guān)鍵性的作用 。界面如圖 46 所示。每個(gè)部分都具有自己的功能，這些功能合理的組在一起才能完成一個(gè)系統(tǒng)。 其流程圖如圖 43 所示。我們通過(guò)外部設(shè)備獲得總管壓力，壓 風(fēng)機(jī)組正常工作狀態(tài)下的總管壓力值處于加載值和卸載值之間，當(dāng)測(cè)量出總管壓力值偏高，程序進(jìn)行判斷出加載時(shí)間最長(zhǎng)的壓風(fēng)機(jī)并控制其卸載操作；反之，當(dāng)總管壓力值偏低，則判斷出卸載時(shí)間最長(zhǎng)的壓風(fēng)機(jī)并控制其加載操作。 這種程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰、易于修改。自動(dòng)控制主要是由上位機(jī)發(fā)出指令，由 PLC 根據(jù)其內(nèi)部的邏輯程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制。由于系統(tǒng)就用到兩機(jī)架，且兩機(jī)架之間距離很近，故選用 IM365接口模塊 。 本系統(tǒng)采用 SM3221HH000AA0，該模塊有 16 點(diǎn)繼電器輸出， 8 點(diǎn) /組，光電隔離，最高電壓 DC120V/AC230V。 系統(tǒng)選用 PS307（ 5A） ，標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)為 3071EA000AA0，該電源模塊輸出電流 5A，輸出電壓 24VDC， 隔離性好 ， 具有防開路和短路的功能 。因此，要結(jié)合工程需求和現(xiàn)場(chǎng)條件，選擇更為合適的 PLC。對(duì)于以 開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A／ D 和 D／ A 單元。確定 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)應(yīng)考慮到為以后擴(kuò)展留有余量，通常根據(jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，然后再增加 10%~20%的擴(kuò)展余量，作為 I/O 點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。 輸入 /輸出接口 輸入 /輸出接口時(shí) PLC 與外部設(shè)備信息交換所需的連接部件。周期掃描方式大致分為 7個(gè)過(guò)程，如圖 32 所示 圖 32 PLC 工作過(guò)程 PLC 啟動(dòng)后，要進(jìn)行第一次啟動(dòng)的初始化處理。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（ 20xx） 9 表 31 壓力變送器基本特性 1）、主要特性：傳感器為 316 不銹鋼膜片結(jié)構(gòu)，適用被測(cè)的介質(zhì)可以使腐蝕性氣體、液體，測(cè)量范圍在 20KPa~20MPa，測(cè)量精度為 %、 %、 %，三倍過(guò)壓范圍。同時(shí) PLC 上也接有觸摸屏，觸摸屏上裝有監(jiān)控軟件，通過(guò)觸摸屏上的軟按鈕也可以對(duì)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行操作。 數(shù)據(jù)呈現(xiàn)層 由觸摸屏和上位機(jī)組成。 當(dāng) PLC 或者控制對(duì)象某一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障的時(shí)候不會(huì)影響其它壓風(fēng)機(jī)的正常工作。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。 表 21 PLC 特點(diǎn) 1）、 集成電路式樣可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 但是采用單片機(jī)控制，還有很多不足之處： 在對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，擴(kuò)展電路和系統(tǒng)配置電路這兩部分設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，耗費(fèi)了大量的時(shí)間，影響了工作進(jìn)程。通過(guò)此系統(tǒng)能夠 達(dá)到 礦井壓風(fēng)機(jī)的無(wú)人值守，提高壓風(fēng)效率、節(jié)能減排、減員增效的目的。 隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展， 企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)生產(chǎn)率的要求也越來(lái)越高，控制系統(tǒng)的可靠性也要隨之提高，以至于原有的繼電器控制方式漸漸不能滿足這些需求?？煽啃院涂焖傩允莿?shì)在必行的。 所以 壓風(fēng)機(jī)是礦井 系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障。由于對(duì) 4臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的操作要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，給整個(gè)壓風(fēng)機(jī)房的操作、維護(hù)和管理帶來(lái)了不變。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果顯示出本系統(tǒng)具有良好的可靠性和實(shí)用性，提高了整個(gè)壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化的水平。螺桿式空氣壓風(fēng)機(jī)更以其損失小、效率高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。對(duì)本文的研究所做貢獻(xiàn)集體和個(gè)人，均己在說(shuō)明書中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。 并進(jìn)行了綜述，同時(shí)，設(shè)計(jì)出了壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制的總體方案、硬件配置以及軟件與程序的設(shè)計(jì)。 Configuration software。 課題研究意義 煤礦礦井壓風(fēng)系統(tǒng)是煤礦礦井安全生產(chǎn)的重要組成部分， 壓風(fēng)機(jī) 在其中又起到至關(guān)重要的作用 ，壓風(fēng)機(jī)一般用在氣動(dòng)設(shè)備的動(dòng)力提供上 ，將空氣壓縮成一定壓力的氣體，使之運(yùn)轉(zhuǎn)。 礦井中工作環(huán)境的好壞，將直接決定了工作效率與工作人員的身體健康，所以壓風(fēng)機(jī)的使用就顯得越發(fā)的至關(guān)重要。這些信號(hào)遵循一定的邏輯條件和邏輯關(guān)系按順序做出相應(yīng) 的動(dòng)作，根據(jù)動(dòng)作的結(jié)果來(lái)驅(qū)動(dòng)。 效果 預(yù)測(cè) 本系統(tǒng)通過(guò)智能傳感器對(duì)設(shè)備層的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)背板總線上傳給 PLC控制單元， PLC 存儲(chǔ)器中是可以進(jìn)行程序編寫的，通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的比較，對(duì)壓風(fēng)機(jī)組進(jìn)行輪流工作，以達(dá)到自動(dòng)化控制的目的。 這 種方案以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、器件少而立足， 但是也正是由于它過(guò)于簡(jiǎn)單，所以存在著很多的不足之處： 我們所要檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)都集中到一起，信號(hào)線過(guò)多造成現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)相互之間存在一定的干擾，并且維護(hù)也不方便； 控制中心只有一臺(tái) PC 機(jī)，當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)整體就有可能出現(xiàn)癱瘓，風(fēng)險(xiǎn)高； 工作現(xiàn)場(chǎng)不能夠看到檢測(cè)數(shù)據(jù)，也不能報(bào)警，靈活性差。 監(jiān) 控 計(jì)算 機(jī)通 訊 模 塊通 訊 模 塊電 源聲 光 報(bào) 警鍵 盤顯 示單 片 機(jī)信號(hào)隔離變換現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn) 場(chǎng) 集 中 顯 示設(shè) 備遠(yuǎn) 程 P C遠(yuǎn) 程 P C本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（ 20xx） 5 圖 23 以 PLC 為核心控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 PLC 是適合于工業(yè)生產(chǎn)控制的一個(gè)電子裝置，通過(guò)在其內(nèi)部村存儲(chǔ)器中編寫程序來(lái)進(jìn)行邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、算法運(yùn)算等操作，同時(shí)通過(guò)外部設(shè)備對(duì)一些數(shù)字量和模擬量的提取，并通過(guò)輸出對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制。 4）、 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小、維護(hù)方便、容易改造 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)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。 監(jiān)控系統(tǒng)方面： 上位機(jī)是在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上通過(guò) MCGS 軟件設(shè)計(jì)出主監(jiān)控 畫面，從而工作人員便可以在控制室通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控和控制。 因?yàn)樯a(chǎn)環(huán)境的惡劣，所以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的質(zhì)量和工作的穩(wěn)定性要求都 比較高，我們?cè)谟布O(shè)計(jì)中對(duì)硬件的選取就非常重要。系統(tǒng)可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制和手動(dòng)控制對(duì)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行操作。 壓力傳感器的選型 現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)進(jìn)出壓力、潤(rùn)滑油壓力和總管壓力進(jìn)行測(cè)量，然后把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為 4~20mA電流信號(hào)輸出給 PLC， PLC 再傳輸給上位機(jī)。 本系統(tǒng) 選擇用 PT100 作為本次設(shè)計(jì)的溫度傳感器。 啟動(dòng)處理共同處理通信服務(wù)外設(shè)服務(wù)輸入刷新程序執(zhí)行輸出刷新掃 描 周 期基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng) 10 圖 33 PLC 的組成 表 31 PLC 組成硬件簡(jiǎn)介 CPU 模塊 CPU 是 PLC 的核心部分，它不斷采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，并根據(jù)執(zhí)行結(jié)果控制輸出設(shè)備響應(yīng)外部設(shè)備的，同時(shí)進(jìn)行各種內(nèi)部診斷。 I/O 擴(kuò)展接口 擴(kuò)展輸入 /輸出單元，可以配置開關(guān)量 I/O 單元，也可配置其他特殊 I/O 單元，它使得 PLC 的控制規(guī)模配置更加靈活。許多文獻(xiàn)資料都給出了不同的估算公式，但是大體上都是按照 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10~15 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，再按此數(shù)的 25%考慮余量，一次作為存儲(chǔ)器的容量估算。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)， PLC 的響應(yīng)速度都可以滿足要求，不是主要問(wèn)題?？商峁?biāo) 基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng) 12 準(zhǔn)的 24VDC 的輸入輸出電壓。本系統(tǒng)采用 SM3211BL000AA0，該模塊 為 32 點(diǎn)輸入，16 組，額定輸入電壓 DC24V， 允許最大靜態(tài)電流 。短路保護(hù)為外部提供。 本系統(tǒng)度礦井通風(fēng)機(jī)的程序設(shè)計(jì)主要包括一下幾部分：風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和停止控制、數(shù)據(jù)的采集處理以及故障的報(bào)警處理等。 主程序的設(shè)計(jì) 針對(duì)本系統(tǒng)選用的 PLC 硬件設(shè)置，本次的軟件設(shè)計(jì)將采用 STEP 7 軟件。 基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng) 18 圖 42 故障判斷流程圖 程控子程序的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)以總管壓力為依據(jù)，運(yùn)用程序自動(dòng)控制功能 ， 實(shí)現(xiàn)了 4 臺(tái)壓風(fēng)機(jī)之間的自動(dòng)控制， 其控制時(shí)序的設(shè)定如下： 在程序中設(shè)定了 4 個(gè)量，即停機(jī)值、開機(jī)值、加載值、卸載值， 并且對(duì)每一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的停機(jī)時(shí)間、開機(jī)時(shí)間、加載時(shí)間、卸載時(shí)間通過(guò)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，例如一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)開始工作時(shí)，則觸發(fā)開機(jī)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，同時(shí)停機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)器清零，反之，當(dāng)壓風(fēng)機(jī)停止工作，則觸發(fā)其停機(jī)計(jì)時(shí)器，開機(jī)計(jì)時(shí)器清零。通過(guò)外部設(shè)備對(duì)壓風(fēng)機(jī)的溫度進(jìn)行測(cè)量，我們通過(guò)程序把測(cè)量值和給定值進(jìn)行比較，當(dāng)超過(guò)給定值，壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行停機(jī)操作。本系統(tǒng)的上位機(jī)和觸摸屏都采用的是 MCGS。具體由以下各部分組成 : 主監(jiān)控界面 現(xiàn)場(chǎng)中共有 4 臺(tái)空壓機(jī)，每臺(tái)空壓機(jī)有 8 個(gè)參數(shù)需 要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控， 在主界面中可以看到壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行的整體狀況，我們可以根據(jù)具體的需求去操作響應(yīng)的按鈕進(jìn)行切換。通過(guò)傳感器把壓風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字表格，可以更清晰的看到壓風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)。 4)、將 上位機(jī) 和 PLC 結(jié)合運(yùn)用， 對(duì)壓風(fēng)機(jī)房的空壓機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，工作人員在控制室內(nèi)通過(guò)觀察上位機(jī)的人機(jī)交互界面便可以看到壓風(fēng)機(jī)的工作狀況，一般情況壓風(fēng)機(jī)組處于自動(dòng)控制狀態(tài)，當(dāng)我們需要遠(yuǎn)程控制的時(shí)候，在控制室內(nèi)便可以通過(guò)人機(jī)界面上的操作進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。田金云 。最后，再次感謝我的指導(dǎo)老師，是他在鞏固了我的基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)又培養(yǎng)了我的自學(xué)能力 ，這將是我在之后的工作中一個(gè)大的推動(dòng)力。 王傳松 。 2)、 基于 PLC 的自動(dòng)控制系統(tǒng)， PLC 的控制加上上位機(jī)的監(jiān)控， 利用該 方式 開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)性 強(qiáng) 、成本低等特點(diǎn)， 且 有重大的推廣價(jià)值。 通過(guò)主監(jiān)控界面，我們可以看到整體壓風(fēng)機(jī)的具體情況，但界面畢竟是有限的，我們不能只用一個(gè)界面就能概括一個(gè)系統(tǒng)。 圖 44 MCGS 組態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu) 主界面的設(shè)計(jì) 壓風(fēng)機(jī)房共有 4 臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)設(shè)備的狀態(tài)都要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)基本由畫面設(shè)計(jì)、變量定義和動(dòng)態(tài)連接、數(shù)據(jù)存檔、設(shè)備連接等構(gòu)成。 表 41 壓力值的設(shè)定 參數(shù) 停機(jī)值 卸載值 加載值 開機(jī)值 設(shè)定值（ var） 人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì) 人機(jī)交互界面方便了工作人員對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備的查看，本文人機(jī)交互界面使用的軟件是 MCGS MCGS 軟件的介紹 組態(tài)軟件的主要作用就是監(jiān)控，他集監(jiān)控與控制于一身，工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了許多方便次軟件在控制系統(tǒng)的層次中屬于監(jiān)控層，是直接面對(duì)用戶的，所以開發(fā)者在開發(fā)時(shí)不僅僅要完成功能，也要考慮到人機(jī)之間交互的和諧性。為了對(duì)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，可以設(shè)定每臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的加卸載時(shí)間不能超過(guò) 30 分鐘，這樣可以避免出現(xiàn)某一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，減少對(duì)壓風(fēng)機(jī)的損害。 表 41 SM331I/O 分配表 SM331 模擬量 輸入模塊 輸入 端口的定義 輸入 端口的定義 CHO 1壓風(fēng)機(jī)電流 CHO 1壓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣壓力 CH1 2壓風(fēng)機(jī)電流 CH1 2壓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣壓力 CH2 3壓風(fēng)機(jī)電流 CH2 3壓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣壓力 CH3 4壓風(fēng)機(jī)電流 CH3 4壓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣壓力 CH4 1壓風(fēng)機(jī)溫度 CH4 1壓風(fēng)機(jī)出口壓力 輸入 端口的定義 輸入 端口的定義 基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng) 16 CH5 2壓風(fēng)機(jī)溫度 CH5 2壓風(fēng)機(jī)出口壓力 CH6 3壓風(fēng)機(jī)溫度 CH6 3壓風(fēng)機(jī)出口壓力 CH7 4壓風(fēng)機(jī)溫度 CH7 4壓風(fēng)機(jī)出口 壓力 CHO 總管壓力 表 42 SM321I/O 分配表