【正文】 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(lèi)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。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。 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)。滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要。 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。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)。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。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。10V以?xún)?nèi)的大電壓信號(hào)，如：177。在輸出電壓時(shí)，可以采用2線(xiàn)回路和4線(xiàn)回路兩種方式與負(fù)載相連。系統(tǒng)程序是由PLC的制造廠(chǎng)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。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(hù)程序的初始設(shè)置和運(yùn)行狀況而確定的。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。EPROM寫(xiě)入器EPROM寫(xiě)入器用來(lái)把用戶(hù)程序?qū)懭氲紼PROM中去。且與SIMATIC S7300 I/O模塊及功能模塊兼容，安全性高。最大數(shù)據(jù)傳輸速率為12M位/S。與標(biāo)準(zhǔn)4～20mA 控制不同，PROFIBUS能夠在由一根雙絞線(xiàn)電纜組成的單一總線(xiàn)網(wǎng)段上，支持32個(gè)工作站。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。它也適宜于與冗余系統(tǒng)一起使用。S7300系列PLC就配有專(zhuān)用電源模塊PS 307。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。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(huà)，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。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)。QI和QV實(shí)際上是同一個(gè)端子。SM331有812位和212位兩種規(guī)格型號(hào)模塊。1000MV以?xún)?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。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。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。位處理器也稱(chēng)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。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。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)。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。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。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。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。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。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(hù)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(hù)程序后立即使“看門(mén)狗”復(fù)位，表示程序執(zhí)行正常。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(hù)程序，此時(shí)PLC切斷一切輸出聯(lián)系。這種分時(shí)操作進(jìn)程稱(chēng)為CPU對(duì)程序的掃描。在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。 .擴(kuò)展算術(shù):平方根、三角函數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算。因此，PLC在機(jī)電一體化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。接線(xiàn)極其簡(jiǎn)單、工作量極少。因此，要求在各種惡劣工作環(huán)境和條件(如電磁干擾、灰塵等)下可靠工作，將故障率降至最低。53 排水控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 PLC的主要特點(diǎn)PLC（ Programmable Logic Controller） ，即可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。硬件組態(tài)確定了輸入/輸出變量的地址,為編制順序控制程序打下了基礎(chǔ)。S7 系列PLC包括一個(gè)供電單元、一個(gè)CPU，以及輸入和輸出模塊(I/O 模塊)。即當(dāng)PLC讀取的水倉(cāng)水位值為H4時(shí)，表示水倉(cāng)水位低于低限水位，水泵機(jī)組將不投入運(yùn)行；水位值≥H3，一臺(tái)水泵機(jī)組投入運(yùn)行，則等待水位上漲到H2時(shí)再投入一臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行。當(dāng)水位下降到低水位限以下時(shí)，則停止一臺(tái)水泵。PLC自動(dòng)巡檢，通過(guò)擴(kuò)展工業(yè)以太網(wǎng)模塊及井下以太網(wǎng)交換機(jī)及光纖收發(fā)器傳給地面調(diào)度中心。負(fù)壓表(Z)采用抗振式真空表與真空度傳感器配接。采用AC660V電動(dòng)閘閥或電液控閘閥。就地控制箱：就地控制箱主要由按鈕、指示燈等組成，每個(gè)就地箱備有急停按鈕與相關(guān)按鈕等。PLC柜為礦用隔爆型，PLC選用西門(mén)子公司S7200系列。與其它系統(tǒng)的接口：本系統(tǒng)除地面監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)接口外還提供了豐富的與電力等系統(tǒng)的接口，例如與高壓開(kāi)關(guān)柜及軟啟動(dòng)柜之間的開(kāi)關(guān)量報(bào)警接口、可以輸入0100V及05A的模擬量輸入接口[4]。與之匹配的電機(jī)型號(hào)為Y200L22，電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)速，額定功率。在選取水泵的時(shí)候主要考慮兩個(gè)參數(shù)，即排水流量Q及揚(yáng)程H。(3)機(jī)械方面可靠性高、噪聲低、振動(dòng)小。(4)目前，PLC在國(guó)內(nèi)外工業(yè)控制中已獲得廣泛應(yīng)用，在礦井排水系統(tǒng)中，采用PLC自動(dòng)監(jiān)測(cè)排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)記錄、故障報(bào)警、事故分析、多臺(tái)水泵啟動(dòng)的自動(dòng)切換等，所得到的動(dòng)態(tài)資料準(zhǔn)確性高，控制的可靠性高第三章 中央水泵房系統(tǒng)的特點(diǎn) 安全可靠性本系統(tǒng)采用高可靠性的多線(xiàn)制開(kāi)關(guān)量接口“星型”結(jié)構(gòu)模式。PLC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)傳至地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機(jī)，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。另外，對(duì)水位、涌水量大小等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的判斷依賴(lài)于工人的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)水倉(cāng)水位到達(dá)設(shè)定的高水位時(shí)，工人打開(kāi)射流泵(或真空泵)，為水泵抽真空，同時(shí)觀測(cè)真空表的讀數(shù)。表殼的公稱(chēng)直徑和壓力表一樣，也分為60, 100, 150，和250mm五種。當(dāng)排水管中有存水時(shí)，也可通過(guò)旁通管向水泵和吸水管中灌引水，此時(shí)要將旁通管上的閥門(mén)打開(kāi)。②閘閥調(diào)節(jié)閘閥安裝在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止閥的下方。井下排水設(shè)備所配備電機(jī)的功率，小的幾千瓦到幾十千瓦，大的幾百千瓦到上千千瓦、在我國(guó)煤炭行業(yè)中，井下排水用電量占原煤生產(chǎn)總耗電量的18%41%，一般為20%左右。礦井涌水與采區(qū)的水文地質(zhì)及當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件有關(guān)系，涌水量在不同的季節(jié)也呈現(xiàn)不同。控制系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)接入礦井工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦井的監(jiān)控系統(tǒng)信息共享，滿(mǎn)足礦井自動(dòng)化控制的要求。本文重點(diǎn)討論了中央水泵房的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)過(guò)程、通信、模擬仿真等問(wèn)題。如果不能及時(shí)地將這些積水排送到井上，井下的生產(chǎn)就可能受到阻礙，井下的安全就會(huì)得不到保障，嚴(yán)重者會(huì)造成重大事故。離心式水泵排水系統(tǒng)主要由離心式水泵、電動(dòng)機(jī)、起動(dòng)設(shè)備、儀表、管路及管路附件等組成。其缺點(diǎn)是密封面容易擦傷，檢修較為困難，高度尺寸較大，在安裝位置受到限制時(shí)，安裝不便，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高。常用的壓力表為普通彈簧管壓力表，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可分為徑向無(wú)邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。在無(wú)底閥的排水系統(tǒng)中，水泵每次起動(dòng)都要灌水，這一工作由抽真空設(shè)備完成，一般使用射流泵或真空泵。 停泵過(guò)程要進(jìn)行相反的操作。人工操作無(wú)法避免高強(qiáng)度的勞作。傳統(tǒng)的繼電器控制方法，用人工進(jìn)行檢測(cè)(如人工檢測(cè)水倉(cāng)水位、淤泥厚度、管道、閘閥及配電設(shè)備狀況等)，這種檢測(cè)控制方法效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且由于井下環(huán)境惡劣，故障率較高。如下圖所示：?jiǎn)?dòng)按鈕自動(dòng)模式被控設(shè)備手動(dòng)模式PLC開(kāi)關(guān)量輸出停止按鈕閉鎖觸點(diǎn)圖32 手動(dòng)和自動(dòng)模式轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)具有高可靠性因?yàn)殚_(kāi)關(guān)量本身具有不受周?chē)h(huán)境干擾的特點(diǎn)，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)本身是一種“星型結(jié)構(gòu)”，所以某一故障點(diǎn)不會(huì)影響其它環(huán)節(jié)的工作，也就是說(shuō)整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性。對(duì)水泵臺(tái)數(shù)和型號(hào)進(jìn)行選定，滿(mǎn)足對(duì)水量和水壓的要求。水泵在運(yùn)行時(shí)，流量減小系數(shù)，這里取，則每臺(tái)工作水泵的流量。不僅使可靠性大為提高而且使程序更加具有通用性，也使系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)及擴(kuò)容變得更加規(guī)范、容易。該程序結(jié)構(gòu)具有清晰、簡(jiǎn)捷、易懂，便于模擬調(diào)試，運(yùn)行速度快等特點(diǎn)；并可利用PLC控制柜上的觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)界面切換、系統(tǒng)巡查、故障復(fù)位、控制方式轉(zhuǎn)換等功能。集中控制柜為隔爆兼本質(zhì)安全型，顯示屏（嵌裝）、指示燈、按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、繼電器、電源開(kāi)關(guān)、蜂鳴器等都安裝在集中控制臺(tái)內(nèi)。上位計(jì)算機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與PLC柜里面的觸摸屏進(jìn)行通訊，對(duì)水泵系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，計(jì)算機(jī)安裝了MCGS組態(tài)軟件，通過(guò)組態(tài)軟件將采集到的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。電動(dòng)球閥它具有旋轉(zhuǎn)90度的動(dòng)作，旋塞體為球體，有圓形通孔或通道通過(guò)其軸線(xiàn)。手動(dòng)閘閥