【正文】 型 類型 數(shù)量 類型 數(shù)量 類型 數(shù)量 總管壓力 1 自動 /手動 4 啟動 /停止 4 進氣壓力 4 控制臺急停 5 加載 /減載 4 出口壓力 4 合閘反饋 4 放氣 4 電機電流 4 分閘反饋 4 壓風(fēng) 機溫度 4 統(tǒng)計點數(shù) AI 17 DI 17 DO 12 總計 49 根據(jù)以上幾個方面比較， 從性價比以及其它幾個方面進行比較 ，本設(shè)計采用SIEMENS 公司的 S7300 系列的 CPU3152DP。 2 存儲器容量的確定。 由于 PLC 采用的是掃描工作過程，所以當(dāng)一個掃描周期結(jié)束之后，即使此時外部設(shè)備傳輸進來的輸入發(fā)生改變，但此時的輸入狀態(tài)映射寄存器中的內(nèi)容也不會發(fā)生改變，等到下一個周 期到達時才會隨之改變。具體電氣原理圖如圖 31 所示 。 其具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 24 所示。 2）、 配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 產(chǎn)品已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。 以 PC 機為核心控制系統(tǒng) 以 PC 機為核心控制系統(tǒng)的簡略系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 21 所示。 PLC 與上位機有效的結(jié)合在一起將解決這一系列的問題，通過 PLC 對現(xiàn)場設(shè)備的控制，并把工作狀態(tài)上傳給上位機，我們就可以通過上位機進行實時監(jiān)控，這樣使得壓風(fēng)機的使用壽命增加，故障排除簡單，工作效率提高。另外礦用壓風(fēng)機需要長時間的運行，而且煤礦每時的風(fēng)量又都不一樣，則會出現(xiàn)供風(fēng)壓力不穩(wěn)定的現(xiàn)象，為避免這種情況，壓風(fēng)機就要在空載（或輕載）和負載狀態(tài)下切換， 經(jīng) 常這樣使用會導(dǎo)致設(shè)備使用時間的減短，對國家電力資源造成浪費。同時電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，由 PLC 自動控制壓風(fēng)系統(tǒng)，具有較高 的可靠性和較好的節(jié)能效果， PLC 自動控制系統(tǒng)正是這種技術(shù)的產(chǎn)物。本文在了解社會發(fā)展與需求的情況下，以山東某礦井壓 風(fēng)機 為項目背景，設(shè)計和開發(fā)了一種 PLC 自動控制壓風(fēng)機系統(tǒng)，取代了舊時代的手工控制和分散控制， 從而提高了系統(tǒng)的自動化程度。 針對上述情況，就需要設(shè)計出對于壓風(fēng)機的自動控制同時又能智能檢測的系統(tǒng)，以提高空壓機的工作效率。 為煤礦礦井壓風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造提供一條新途徑。 圖 21 基于 PC 機為核心結(jié)構(gòu)圖 以 PC 機為核心的控制系統(tǒng)在大小型工業(yè)控制中占有一定的比例，基于其技術(shù)開放、操作方便、結(jié)構(gòu)簡單，并且具有豐富的軟件資源。 3）、 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員的歡迎 采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。 現(xiàn)場設(shè)備層 現(xiàn)場設(shè)備層由執(zhí)行機構(gòu)和傳感器組成。 圖 31 主電路圖 系統(tǒng)硬件配置 確定了 系統(tǒng)方案之后，首先對系統(tǒng)的硬件進行選取設(shè)計，其中包括檢測技術(shù)與傳感器的選型以及 PLC 選型。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 的硬件組成是由 7 部分組成，如圖 33 所示 。存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于村粗器容量。 CPU3152DP 具有大中規(guī)模的程序容量，對二進制和浮點數(shù)有較高處理性能，有兩個 PROFIBUSDP 主站 /從站接口，可以建立分布式 I/O 結(jié)構(gòu)和大規(guī)模的 I/O 配置 。感性負載最大輸出電流 2A/AC 230V、2A/DC 24V。然后將這些數(shù)字量上傳到上位機，并且有上位機及觸摸屏將上傳的各個參數(shù)顯示在顯示屏上。為了對壓風(fēng)機進行保護，可以設(shè)定每臺壓風(fēng)機的加卸載時間不能超過 30 分鐘，這樣可以避免出現(xiàn)某一臺壓風(fēng)機長時間連續(xù)工作，減少對壓風(fēng)機的損害。 圖 44 MCGS 組態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu) 主界面的設(shè)計 壓風(fēng)機房共有 4 臺壓風(fēng)機，每臺設(shè)備的狀態(tài)都要進行實時監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)基本由畫面設(shè)計、變量定義和動態(tài)連接、數(shù)據(jù)存檔、設(shè)備連接等構(gòu)成。 2)、 基于 PLC 的自動控制系統(tǒng)， PLC 的控制加上上位機的監(jiān)控， 利用該 方式 開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，具有實時性 強 、成本低等特點， 且 有重大的推廣價值。最后，再次感謝我的指導(dǎo)老師，是他在鞏固了我的基礎(chǔ)知識的同時又培養(yǎng)了我的自學(xué)能力 ，這將是我在之后的工作中一個大的推動力。 4)、將 上位機 和 PLC 結(jié)合運用， 對壓風(fēng)機房的空壓機進行監(jiān)控，工作人員在控制室內(nèi)通過觀察上位機的人機交互界面便可以看到壓風(fēng)機的工作狀況，一般情況壓風(fēng)機組處于自動控制狀態(tài)，當(dāng)我們需要遠程控制的時候，在控制室內(nèi)便可以通過人機界面上的操作進行遠程操作。具體由以下各部分組成 : 主監(jiān)控界面 現(xiàn)場中共有 4 臺空壓機，每臺空壓機有 8 個參數(shù)需 要進行實時監(jiān)控， 在主界面中可以看到壓風(fēng)機運行的整體狀況，我們可以根據(jù)具體的需求去操作響應(yīng)的按鈕進行切換。通過外部設(shè)備對壓風(fēng)機的溫度進行測量，我們通過程序把測量值和給定值進行比較，當(dāng)超過給定值，壓風(fēng)機進行停機操作。 主程序的設(shè)計 針對本系統(tǒng)選用的 PLC 硬件設(shè)置，本次的軟件設(shè)計將采用 STEP 7 軟件。短路保護為外部提供?？商峁?基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機的自動控制系統(tǒng) 12 準的 24VDC 的輸入輸出電壓。許多文獻資料都給出了不同的估算公式，但是大體上都是按照 I/O 點數(shù)的 10~15 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，再按此數(shù)的 25%考慮余量，一次作為存儲器的容量估算。 啟動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)機的自動控制系統(tǒng) 10 圖 33 PLC 的組成 表 31 PLC 組成硬件簡介 CPU 模塊 CPU 是 PLC 的核心部分，它不斷采集輸入信號，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，同時進行各種內(nèi)部診斷。 壓力傳感器的選型 現(xiàn)場需要對進出壓力、潤滑油壓力和總管壓力進行測量，然后把壓力信號轉(zhuǎn)化為 4~20mA電流信號輸出給 PLC， PLC 再傳輸給上位機。 因為生產(chǎn)環(huán)境的惡劣，所以對現(xiàn)場設(shè)備層的質(zhì)量和工作的穩(wěn)定性要求都 比較高，我們在硬件設(shè)計中對硬件的選取就非常重要。 4）、 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小、維護方便、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、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。 這 種方案以其結(jié)構(gòu)簡單、器件少而立足， 但是也正是由于它過于簡單，所以存在著很多的不足之處： 我們所要檢測點信號都集中到一起，信號線過多造成現(xiàn)場信號相互之間存在一定的干擾，并且維護也不方便； 控制中心只有一臺 PC 機，當(dāng)計算機出現(xiàn)故障，系統(tǒng)整體就有可能出現(xiàn)癱瘓，風(fēng)險高； 工作現(xiàn)場不能夠看到檢測數(shù)據(jù)，也不能報警，靈活性差。這些信號遵循一定的邏輯條件和邏輯關(guān)系按順序做出相應(yīng) 的動作，根據(jù)動作的結(jié)果來驅(qū)動。 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 在其中又起到至關(guān)重要的作用 ，壓風(fēng)機一般用在氣動設(shè)備的動力提供上 ，將空氣壓縮成一定壓力的氣體，使之運轉(zhuǎn)。 并進行了綜述，同時，設(shè)計出了壓風(fēng)機自動控制的總體方案、硬件配置以及軟件與程序的設(shè)計。螺桿式空氣壓風(fēng)機更以其損失小、效率高、適應(yīng)性強等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。由于對 4臺壓風(fēng)機的操作要進行現(xiàn)場調(diào)試，給整個壓風(fēng)機房的操作、維護和管理帶來了不變。可靠性和快速性是勢在必行的。通過此系統(tǒng)能夠 達到 礦井壓風(fēng)機的無人值守，提高壓風(fēng)效率、節(jié)能減排、減員增效的目的。 表 21 PLC 特點 1）、 集成電路式樣可靠性高，抗干擾能力強是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 當(dāng) PLC 或者控制對象某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障的時候不會影響其它壓風(fēng)機的正常工作。同時 PLC 上也接有觸摸屏，觸摸屏上裝有監(jiān)控軟件，通過觸摸屏上的軟按鈕也可以對壓風(fēng)機進行操作。周期掃描方式大致分為 7個過程，如圖 32 所示 圖 32 PLC 工作過程 PLC 啟動后，要進行第一次啟動的初始化處理。確定 I/O 點數(shù)時應(yīng)考慮到為以后擴展留有余量，通常根據(jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，然后再增加 10%~20%的擴展余量，作為 I/O 點數(shù)估算數(shù)據(jù)。因此，要結(jié)合工程需求和現(xiàn)場條件，選擇更為合適的 PLC。 本系統(tǒng)采用 SM3221HH000AA0，該模塊有 16 點繼電器輸出， 8 點 /組，光電隔離，最高電壓 DC120V/AC230V。自動控制主要是由上位機發(fā)出指令，由 PLC 根據(jù)其內(nèi)部的邏輯程序?qū)崿F(xiàn)對風(fēng)機的自動控制。我們通過外部設(shè)備獲得總管壓力，壓 風(fēng)機組正常工作狀態(tài)下的總管壓力值處于加載值和卸載值之間，當(dāng)測量出總管壓力值偏高，程序進行判斷出加載時間最長的壓風(fēng)機并控制其卸載操作；反之，當(dāng)總管壓力值偏低，則判斷出卸載時間最長的壓風(fēng)機并控制其加載操作。每個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系統(tǒng)。使得工作人員能偶 及時了解系統(tǒng)的工作狀況，對系統(tǒng)故障的診斷和處理等 起到了關(guān)鍵性的作用 。 很慶幸的是我的指導(dǎo)老師楊老師一次次對我的細心指導(dǎo)，使得我把大學(xué)期間零散的知識可以簡單整合到一起，同時， 當(dāng)遇到問題時我會更好使用各種途徑進行解決，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)機的利用率，對于壓風(fēng)機的控制更加簡潔，對壓風(fēng)機也起到到了保護作用，提高了壓風(fēng)機的使用壽命。界面如圖 46 所示。 其流程圖如圖 43 所示。 這種程序結(jié)構(gòu)簡單清晰、易于修改。由于系統(tǒng)就用到兩機架，且兩機架之間距離很近，故選用 IM365接口模塊 。 系統(tǒng)選用 PS307（ 5A） ，標準型號為 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 。對于以 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。 輸入 /輸出接口 輸入 /輸出接口時 PLC 與外部設(shè)備信息交換所需的連接部件。 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（ 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)，適用被測的介質(zhì)可以使腐蝕性氣體、液體，測量范圍在 20KPa~20MPa，測量精度為 %、 %、 %，三倍過壓范圍。 數(shù)據(jù)呈現(xiàn)層 由觸摸屏和上位機組成。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。 但是采用單片機控制，還有很多不足之處： 在對此系統(tǒng)進行設(shè)計時，擴展電路和系統(tǒng)配置電路這兩部分設(shè)計比較復(fù)雜，耗費了大量的時間，影響了工作進程。 隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展， 企業(yè)規(guī)模的不斷擴大，對生產(chǎn)率的要求也越來越高，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。 所以 壓風(fēng)機是礦井 系統(tǒng)安全運行的重要保障。系統(tǒng)運行結(jié)果顯示出本系統(tǒng)具有良好的可靠性和實用性，提高了整個壓風(fēng)機控制系統(tǒng)的自動化、智能化的水平。對本文的研究所做貢獻集體和個人，均己在說明書中作了明確的說明并表示謝意。 Configuration software。 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)機的使用就顯得越發(fā)的至關(guān)重要。 效果 預(yù)測 本系統(tǒng)通過智能傳感器對設(shè)備層的一些數(shù)據(jù)進行檢測，通過背板總線上傳給 PLC控制單元， PLC 存儲器中是可以進行程序編寫的，通過對測量數(shù)據(jù)的比較，對壓風(fēng)機組進行輪流工作，以達到自動化控制的目的。 監(jiān) 控 計算 機通 訊 模 塊通 訊 模 塊電 源聲 光 報 警鍵 盤顯 示單 片 機