【正文】 連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)。 PLC 專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，采用典型的計算機結(jié)構(gòu)，它主要與 CPU、電源、儲存器和專門設(shè)計的輸入 /輸出接口電路等組成。用戶程序存儲器來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的 PLC 編程語言編寫的應(yīng)用程序。這個過程主要分為三個階段即，輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段 ，這三個階段是 PLC 工作過程的中心內(nèi)容，也是 PLC 工作原 13 理的實質(zhì)所在。 PLC 的 功能特點 一． PLC 鮮明的特點 ，可靠性高 針對工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境因素，為提高抗干擾能力， PLC 在硬件和軟件方面都采取了許多措施。 ，易于使用 PLC 是面向底層用戶的智能控制器，因此其最初的目的就是取代繼電器邏輯，所以在 PLC 誕生之時，其設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，其編程語言采用可和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中電氣原理圖類似的梯形圖語言。 二． S7200 的幾個特性 1)定義掉電保護 S7200 PLC 允許用戶定義掉電保護區(qū)的地址范圍，這些元件包括： V、M、 C、 T。當(dāng)一個輸入點設(shè)置了脈沖捕捉功能后，輸入點的狀態(tài)變化被鎖存并一直保持到下一個掃描采樣階段，這就保證了一個持續(xù)時間很短的脈沖 信號能被捕捉到。 主排水控制系統(tǒng) 排水系統(tǒng)原理 在手動控制排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改進，使排水系統(tǒng)具備手動和自動兩種控制方式，達到智能工作的目的。 ，如高水位警報和其他故障警報。顯示操作臺由開關(guān)按鈕。 21 圖 射流泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1噴 嘴； 2吸入室； 3混合管； 4擴散管； 5吸水管； 6壓出管 射流泵的特點 結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低 工作可靠，無泄漏，無磨損，維護方便 可綜合利用，兼作反應(yīng)器、混合器等 能量轉(zhuǎn)換效率較低 射流泵具有結(jié)構(gòu)簡單、占地少、安裝容易、工作可靠、維護方便等優(yōu)點，是一種常用的引水設(shè)備，適合井下排水設(shè)備使用。此外吸水管采用無底閥設(shè)計，在泵啟動前使用真空泵把水泵排水腔和吸入管道中的氣體抽空，使得水泵葉輪能夠完全浸沒在水中，達到良好的排水。數(shù)字輸出 信號包括控制水泵起停信號、故障指示信號、水泵操作指令、控制排水閘閥和電磁閥開關(guān)的信號等。之后統(tǒng)計了系統(tǒng)輸入輸出的點數(shù)，根據(jù)點數(shù)選擇對 PLC 模塊進行類型并對各個模塊的端口進行定義，最后給出系統(tǒng)硬件的接線圖，為系統(tǒng)軟件的設(shè)計打好基礎(chǔ)。 25 圖 PLC 各模塊信號連接圖 根據(jù)上圖，詳細(xì)統(tǒng)計出 PLC 所需的模擬量輸入點數(shù)，數(shù)字量輸入、輸出點P L C 的 C P U 模 塊數(shù) 字 量 輸 入 模 塊 模 擬 量 輸 入 模 塊水泵控制方式選擇水泵啟動、停止排水排空閘閥開關(guān)到位主、副真空泵選擇水泵工作方式選擇真空泵啟動、停止液位開關(guān)水泵開停檢測排水管流量水泵入水口負(fù)壓水泵出水口正壓水泵軸承溫度電機軸承溫度水倉的水位數(shù) 字 量 輸 出 模 塊通 信 模 塊水泵啟動、停止水泵運行指示電動閘閥控制信號電磁閥控制信號故障警報水位超限指示急停指示電量檢測模塊上位監(jiān)控計算機 26 數(shù)和通訊模塊點數(shù)，見表 表 模擬量輸入點數(shù)統(tǒng)計 模擬量輸入點數(shù)統(tǒng)計 參數(shù)名稱 所需點數(shù) 水泵出水口壓力 3 水泵吸收口真空度 3 水泵軸承溫度 3 電機軸承溫度 3 排水管的流量 2 水泵開停檢測 3 水倉的水位 1 合計 18 表 數(shù)字量輸入點數(shù)統(tǒng)計 數(shù)字量輸入點數(shù)統(tǒng)計 參數(shù)名稱 所需點數(shù) 控制模式選擇 2 急停 1 復(fù)位 1 水泵啟動、停止 6 水泵的工作方式選擇 6 自動、手動 1 真空泵的選擇 1 真空泵啟動、停止 2 排水閥開、關(guān) 12 排空閥開、關(guān) 12 數(shù)字液位開關(guān) 3 合計 47 表 通訊口數(shù)目統(tǒng)計 通訊口數(shù)目 通訊對象 所需點數(shù) 上位計算機 1 電量檢測模塊 1 合計 2 表 數(shù)字量輸出點數(shù)統(tǒng)計 27 數(shù)字量輸出點數(shù)統(tǒng)計 參數(shù)名稱 所需點數(shù) 水泵啟動、停止 6 水泵運行的指示 3 故障指示 1 急停指示 1 水位超限指示 1 報警 1 排水閥開、關(guān) 12 排空閥開、關(guān) 12 合計 37 從上面的幾個表我們可以統(tǒng)計出，數(shù)字量輸入點共有 47 個，數(shù)字量輸出點共有 37個，模擬量輸入點有 18 個，通訊口共有 2 個，其中 PLC 與文本顯示器通過 RS485 通信； PLC 和 PC 機通過工業(yè)以太網(wǎng)通信， PLC 通信模塊的信息首先傳遞到地下光纖通信箱，然后通過光纖傳輸?shù)降孛婀饫w接線盒，再把用光端機轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)的信號傳送交換機，供地面監(jiān)測和控制系統(tǒng)使用。此外，主排水管路和副排水管路上都安裝了流量傳感器，正壓力傳感器安裝在每臺水泵的出水口處，負(fù)壓力傳感器安裝在水泵吸水口處來檢測水泵的真空度，1 水 泵 2 水 泵3 水 泵水 位 線水 倉1 主排 水管2 副排 水管 2 電 動 機 電 動 機1 排水閘閥1 2 電 磁 閥3 4 5 6 電 磁 閥電 磁 閥排 空 管 道3 4 5 6 24 將溫度傳感器安裝在水泵和電機上來檢測電機軸承溫度和水泵軸承溫度。射流泵的工作會導(dǎo)致水泵入口處的真空度增加，離心泵的腔體會在大氣壓的作用下被配水井中的水注滿，當(dāng)水泵入口處的真空度達到要求后，水泵機組的電動機觸電接通使水泵被開啟。水泵相關(guān)聯(lián)設(shè)備主要包括各種傳感器和各種閥門。 ，實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、查詢等功能。而手動控制則需要操作員根據(jù)要求，按照一定順序來進行水泵及其相關(guān)設(shè)備的 開?？刂?。這些電位器可以完成很多功能，如更新定時器、計時器的設(shè)定值、修改限定值等。只有保持型定時器可以設(shè)為設(shè)為掉電保護的，對計數(shù)器和定時器來說，只有當(dāng)前值可以保持，它們的位不能保持。 ，成本低 現(xiàn)在 PLC 幾乎可以滿足所有工業(yè)控制領(lǐng)域的需要。 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器件完成，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯器件和繁雜的連線軟件被軟件程序取代，所以 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性就大大提高。接著系統(tǒng)進入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。用戶存儲器的大小關(guān)系到用戶程序容量的大小，是反應(yīng) PLC 性能的重要指標(biāo)之一。 CPU 通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入 /輸出接口電路相連接。 20 世紀(jì) 60 年代，由于小型計算機的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，人們曾經(jīng)試圖利用小型計算機來實現(xiàn)工業(yè)控制的要求，但由于價格昂貴、編程復(fù)雜等原因一直沒有大規(guī)模的推廣應(yīng)用。 ，啟動故障處理功能。 在許多發(fā)達國家，礦井排水已經(jīng)進入系統(tǒng)管理的階段。 由于 控制理論和現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展，使得自動排水系統(tǒng)的研究在理論和實踐中取得了一些巨大成果。國內(nèi)研究工作者主要是從安全性、可靠性和節(jié)能的角度來研究煤礦排水系統(tǒng)。由于 水不能通過土壤或巖石，如粘土、壤土和致密完整的頁巖、火成巖和變質(zhì)巖。 ⑵ 采空區(qū)老塘水：古代和近期的采空區(qū)及廢棄巷道，由于長期停止排水而使地下水聚集。以西門子 S7200 系列 PLC 作為中心控制單元，并擴展了必要的數(shù)字量輸入模塊，模擬輸入模塊和通信模塊。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。本文結(jié)合當(dāng)前控制技術(shù)， 設(shè)計 了自動控制系統(tǒng)在礦井排水系統(tǒng)中的應(yīng)用。含水層早期對礦井影響較小 ,隨著時間的推移 ,含水層水會長期影響礦山。 ⑸ 斷層水：是指 由不透水巖層 ,切斷了的地下水。因此，設(shè)計一個有效的煤礦井下排水系統(tǒng)是必不可少的 8 國內(nèi)外研究 狀況 國內(nèi)研究狀況 國內(nèi)外學(xué)者在研究煤礦井下排水系統(tǒng)控制上已取得了許多成果。并以北烏拉爾鋁土礦和斯塔哈諾夫煤炭生產(chǎn)聯(lián)合公司為例 ， 具體介紹了幾種工況點經(jīng)修正后的離心泵能耗估算情況。國外很多國家根據(jù)他們特定的環(huán)境問題，由其是對礦井酸性廢水進行大量研究，并發(fā)表數(shù)百篇學(xué)術(shù)論文和一些專著，對世界在礦井排水的研究上作出了巨大的貢獻。 設(shè)備運行、保護等參數(shù)進行實時監(jiān)測和傳送。由于他結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價格便宜，能夠滿足大部分場合電氣順序邏輯控制的要求，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域一直占有主導(dǎo)地位。 圖 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖 一 、中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集中在一個芯片內(nèi)。用戶數(shù)據(jù)存儲器可以用來存放用戶程序中所使用器件的 ON/OFF 狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。 電 源 O N內(nèi) 部 處 理輸 入 處 理 （ 輸 入 傳 送 、 遠 程 I / O ）通 信 服 務(wù) （ 外 設(shè) 、 C P U 、 總 線 服 務(wù) ）更 新 時 鐘 、 特 殊 寄 存 器C P U 運 行 方 式執(zhí) 行 程 序輸 出 處 理執(zhí) 行 自 診 斷P L C 正 常 否 ？存 放 自 診 斷 錯 誤 結(jié) 果致 命 錯 誤C P U 強 制 為 S T O PYNNYR U NS T O P 圖 PLC 的運行框圖 14 一、輸入采樣階段 PLC 在輸入采樣階段， 首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時輸入映像寄存器被刷新。主要模塊均采取采用大模塊與超大規(guī)模集成電路， 15 I/O 系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施 ；對電源部分采取了很好的調(diào)整和保護措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施，采用信息保護和恢復(fù)技術(shù)，實時報警和運行信息顯示等，所以這使 PLC 具有很高的抗干擾能力。這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門計算機知識和語言，只要具有一定的電氣和工藝知識的人員都可以在短時間內(nèi)學(xué)習(xí)。被定義過的區(qū)間，可以在停電后任然保持存儲器中的數(shù)據(jù)。 5)模擬電位器 模擬電位器位于 CPU 模塊的面板上，有些 CPU 有一個，有些有兩個，電位器的標(biāo)定范圍為 0~255。自動控制是指根據(jù)水泵、真空泵以及其它相關(guān)聯(lián)設(shè)備的工作要求設(shè)定程序來自動完成控制。 ，根據(jù)不同時間電費的不同結(jié)合礦井的用水量和用電負(fù)荷，合理調(diào)度水泵的工作狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能的目的。指示燈和文本顯示器組成，顯示各個設(shè)備的狀態(tài)，并實施就地控制。 啟動過程 第一是監(jiān)測水倉的水位，當(dāng)水倉的水位達到設(shè)置的水位標(biāo)準(zhǔn)時，通過控制射 流泵的電磁閥線圈，打開噴射泵為離心式水泵注水。 圖 主排水管道示意圖 從上圖我們可以看到，所有水泵都和 1 主排水管路和 2 副排水管路相接，支路上分別安裝了排水閘閥，并且在 排水管路上安裝了真空閥。模擬輸入信號是指水泵出水口正壓、入水口負(fù)壓、水泵和電機的軸承溫度、排水道路的水流量、水倉庫水位和水泵的開停狀態(tài)等信號。 1 4 自動控制系統(tǒng)的程序設(shè)計 系統(tǒng)采用的編程語言為西門子公司開發(fā)的 STEP7，這是