【文章內容簡介】 為了減少渦流，要求測量管路的材料具有高電阻率。且對于不同直徑的電磁流量計，其電極、測量管路都采用不同的材料做成。三、電磁流量計的特點①測量管路內沒有任何突出和可移動的部件，因此可用于有懸浮顆粒的漿液等流量的測量，且壓力損失極??；②感應電勢與被測液體溫度、壓力、粘度等無關，因此其使用范圍廣泛。③測量范圍寬，；④可以測量各種腐蝕性液體的流量；⑤電磁流量計的慣性小，可以用來測量脈動流量；⑥對測量介質。 隨著工業(yè)生產技術的加強和進步，各種智能型電磁流量計已經很容易的制造出來，并應用于測量管道中導電液體的體積流量，如水、污水、泥漿、礦漿、酸、堿、鹽液體及食品槳液等。在石油化工、礦冶、煤炭、水利工程給排水、污水處理等行業(yè)中廣泛應用。電磁流量計可以達到以下要求: ①420mA信號輸出型； ②抗干擾性強、精度高、穩(wěn)定性可靠、整體防爆；③測量范圍寬，；實際上，以常村煤礦S3水泵房為例，其理論上管路中液體的流速范圍是:。結合電磁流量傳感器自身的特點，煤礦井下水泵房采用電磁流量傳感器檢測水泵出口的流量是簡單易行的。 隨著工業(yè)生產技術的加強和進步，電磁流量計達到抗干擾性強、精度高、穩(wěn)定性可靠、整體防爆的要求，適合在煤礦井下使用，且也逐步的推廣和使用。由于每臺水泵的工作曲線特別是使用了一定年限的離心式水泵的流量/功率、流量/效率等曲線有較大的差異，因此無法給出每臺水泵在工作過程中的流量正常閾值和水泵排出水過少的閾值。這些閾值只有在現場根據每臺水泵不同的流量特性設定出相應的閾值。雖然電磁流量傳感器在使用、安裝的過程中比較復雜，但可以肯定的說，隨著流量傳感器在自動排水系統(tǒng)的應用，將大大提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。 NSK型負壓傳感器采用先進的靜電焊接技術形成穩(wěn)定的參考腔，可以用來測量小于大氣壓的壓力和真空度，廣泛用于石油、化工、冶金、制藥冷凍、真空儀表等自動化行業(yè)。 NSK型負壓傳感器的主要技術指標如表所示：表 NSK型負壓傳感器的主要技術指標輸入0~…1kPa…10kPa…30kPa…50kPa…100kPa過載能力2倍測量介質對不銹鋼不腐蝕的氣、液體工作方式負壓、真空度工作電壓5VDC或10VDC(24V)輸出100mV或0～5V、4～20mA零位輸出≤2mV綜合精度%、%、%非線性177。%（典型值）重復性177。%（典型值）工作溫度范圍40~120℃溫度補償范圍25~80℃溫度漂移%℃第三章 基于PLC的井下自動排水系統(tǒng)總體設計系統(tǒng)采用現場層(遠程IO),控制層(PLC)和管理層(工業(yè)計算機)組成的三級控制系統(tǒng)來實現排水系統(tǒng)的自動控制。工業(yè)計算機利用友好人機界面實現人機對話和遠程監(jiān)控功能，PLC作為控制器完成邏輯處理和控制任務，遠程IO實現現場數據的采集和上傳?？刂葡到y(tǒng)總體結構如圖所示。圖 系統(tǒng)總體結構系統(tǒng)由PLC（可編程邏輯控制器）、觸摸屏、檢測部分（模擬量和開關量采集）和執(zhí)行部分等組成，其硬件結構如圖42所示。圖42排水控制系統(tǒng)硬件結構圖 PLC的主要特點PLC（ Programmable Logic Controller） ，即可編程邏輯控制器，定義是：一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。 1. PLC的特點 1)靈活、通用 在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個系統(tǒng)是根據設計好的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費時費力。如果因為工藝上少許變化，需要改變電氣控制系統(tǒng)時，原先整個電氣控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進行布線、焊接、固定等工作，耗費大量人力、物力、和時間。而PLC是通過在存儲器中的程序實現控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。而且，同一臺PLC還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實現不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的靈活性和通用性，結構形式多樣化，可以適用于各種不同規(guī)模、不同工業(yè)控制要求。2)可靠性高、抗干擾能力強可靠性是工業(yè)控制器件的重要指標。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。PLC具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會出現繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點電弧等現象，故被稱為“專為適應惡劣工業(yè)環(huán)境而設計的計算機”。3)編程簡單、使用方便 PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形圖語言編程方式，它既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到電氣技術人員的讀圖習慣和應用實際，電氣技術人員易于編程，程序修改靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與匯編語言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時間，但對大多數機電控制設備來說，PLC的控制速度還是足夠快的。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現場的用戶設備聯(lián)接。如繼電器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接，具有較強的驅動能力。 4)接線簡單 PLC只需將輸入設備(如按鈕、開關等)與輸入端子聯(lián)接，將輸出設備(如接觸器、電磁閥等)與輸出端子聯(lián)接。接線極其簡單、工作量極少。 5)功能強 PLC不僅具有條件控制、定時、計數、步進等控制功能，而且還能完成A/D. D/A轉換、數字運算和數據處理以及通信聯(lián)網、生產過程監(jiān)控等。因此，PLC既可對開關量進行控制，又可對模擬量進行控制?？煽刂埔慌_單機、一條生產線，也可控制一個機群、多條生產線?？捎糜诂F場控制，也可用于遠距離控制?？煽刂坪唵蜗到y(tǒng)，又可控制復雜系統(tǒng)。 6)體積小、重量輕、易于實現機電一體化 PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點。由于PLC是專為工業(yè)控制而設計的專用計算機，其結構緊湊、堅固耐用，以及有很強的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機械設備內部。因此，PLC在機電一體化產品中被廣泛應用。 2. PLC的主要功能 PLC是應用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動化(FA)和計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)內占重要地位。今天的PLC功能，遠不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。 PLC系統(tǒng)一般由以下基本功能構成 .多種控制功能 .數據采集、存儲與處理功 .通信聯(lián)網功能 .輸入/輸出接口調理功能 .人機界面功能 .編程、調試功能1)控制功能邏輯控制:PLC具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運算功能，可以代替繼電器進行開關量控制。定時控制:它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設定:接通延時、關斷延時和定時脈沖等方式。計數控制:用脈沖控制可以實現加、減計數模式，可以連接碼盤進行位置檢測。順序控制:在前道工序完成之后，就轉入下一道工序，使一臺PLC可作為多部步進控制器使用。 2)數據采集、存儲與處理功能 數學運算功能包括: .基本算術:加、減、乘、除。 .擴展算術:平方根、三角函數和浮點運算。 .比較:大于、小于和等于。 數據處理:選擇、組織、規(guī)格化、移動和先入先出。 模擬數據處理:PID、積分和濾波。3)輸入/輸出接口調理功能具有A/D. D/A轉換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調節(jié)精度，可以根據用戶要求選擇。具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。4)通信、聯(lián)網功能現代PLC大多數都采用了通信、網絡技術，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/O控制，多臺PLC可彼此間聯(lián)網、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現程序和數據交換，如程序轉移、數據文檔轉移、監(jiān)視和診斷。通信接口或通信處理器按標準的硬件接口或專有的通信協(xié)議完成程序和數據的轉移。在系統(tǒng)構成時，可由一臺計算機與多臺PLC構成“集中管理、分散控制”的分布式控制網絡，以便完成較大規(guī)模的復雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng)，現場端和遠程端也可以采用PLC作現場機。5)人機界面功能提供操作者以監(jiān)視機器/過程工作必需的信息；允許操作者和PC系統(tǒng)與其應用程序相互作用，以便作決策和調整。實現人機界面功能的手段:從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機的CRT顯示與鍵盤操作和用通信處理器、專用處理器、個人計算機、工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。6)編程、調試等使用復雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進行編程、調試、監(jiān)視、試驗和記錄，并通過打印機打印出程序文件。 PLC的基本工作原理PLC運行時，內部要進行一系列操作，大致可分為四大類：以故障診斷、通信處理為主的公共操作，聯(lián)系工業(yè)現場的數據輸入和輸出操作，執(zhí)行用戶程序的操作，以及服務于外部設備的操作（如果外部設備有中斷請求）。其過程示意圖如圖43所示。與其它計算機系統(tǒng)一樣，PLC的CPU是采用分時操作的原理，每一時刻執(zhí)行一個操作，隨著時間的延伸一個動作接一個動作順序地進行。這種分時操作進程稱為CPU對程序的掃描。PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按序號順序排列。CPU從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結束。然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復始地重復上述的掃描循環(huán)的。PLC接通電源后，在進行循環(huán)掃描之前，PLC首先確定自身的完好性，這是起始操作的主要工作。PLC進行清零或復位處理，消除各元件狀態(tài)的隨機性；檢查I/O單元連接是否正確；啟動監(jiān)控定時器T0，執(zhí)行一段涉及到各種指令和內存單元的程序，如果所用的時間不超過T0，則可證實自身完好，否則系統(tǒng)關閉。此后，將監(jiān)控定時器T0復位，允許掃描用戶程序。PLC的基本工作過程為： 圖 PLC工作原理示意圖公共操作公共操作是在每次掃描程序前進行自檢，若發(fā)現故障，除了故障燈外，還可判斷故障性質：一般性故障，只報警不停機，等待處理；嚴重故障，則停止運行用戶程序，此時PLC切斷一切輸出聯(lián)系。數據I/O操作數據I/O操作也稱為I/O狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一個是采樣輸入信號，即刷新輸入狀態(tài)表的內容；二是送出處理結果，即用輸出狀態(tài)表的內容刷新輸出電路。在PLC的存儲器中，有一個專門存放I/O的數據區(qū)，其中對應于輸入端子的數據區(qū)，我們稱之為輸入映像存儲器。當CPU采樣時輸入信號由緩沖區(qū)進入映像區(qū)，這就是數據輸入狀態(tài)刷新；同樣道理，CPU不能直接驅動負載。當前處理的結果放在輸出映像存儲器區(qū)內，在程序執(zhí)行結束后，才將輸出映像區(qū)的內容通過鎖存器輸出到端子上。這步操作稱為輸出狀態(tài)刷新。執(zhí)行用戶程序操作在程序執(zhí)行前復位監(jiān)控定時器T1，即執(zhí)行程序并開始計時。監(jiān)控定時器T1就是通常所說的“看門狗”，它是用來監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常的，正常時，執(zhí)行完用戶程序所用的時間不會超過T1的設定值，執(zhí)行完用戶程序后立即使“看門狗”復位，表示程序執(zhí)行正常。當程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進入死循環(huán)時，“看門狗”會發(fā)出超時報警信號，使程序重新開始執(zhí)行。如果是偶然因素造成超時，重新掃描程序不會再遇到“偶然干擾”，系統(tǒng)便轉入正常運行；若由于不可恢復的確定性故障，則系統(tǒng)會自動地停止執(zhí)行用戶程序、切斷外部負荷、發(fā)出故障信號，等待處理。處理外設請求操作每次執(zhí)行完用戶程序后，就進入服務外設請求命令的操作，外設的請求命令包括操作人員的介入和硬件設備的中斷。外設請求一般不會影響系統(tǒng)正常工作，而且可能更有利于系統(tǒng)的控制和管理。如果沒有外設請求，系統(tǒng)則會自動循環(huán)地掃描進行。 PLC地址分配和實現控制功能從系統(tǒng)的控制功能上來說，應具備以下七大功能：一、數據自動采集與檢測　數據自動采集與檢測主要分為兩類：模擬量數據和數字量數據。模擬量檢測的數據主要有：水倉水位、電機工作電流、水泵軸溫、電機溫度、3臺水泵的流量、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力；數字量檢測的數據主要有：水泵高壓啟動柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動閘閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、電動球閥狀態(tài)。數據自動采集主要由PLC實現，PLC模擬量輸入模塊通過傳感器連續(xù)檢測水倉水位，將水位變化信號進行轉換處理，計算出單位時間內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。影響水位的因素主要來自兩方而:一是水位計故障(如遭受雜物撞擊)，二是水位信號受干擾(如水波動較大)。對于前一個因素采用雙水位計，在水倉中設置兩個同樣的水位計，PLC同時對兩個水位計取樣。，要求值班人員進行檢查；而對于信號干擾，則采用軟件過濾，只有當信號在某一值附近穩(wěn)定足夠時間，且回差足夠小時才作為控制量使用，防止了因干擾而濘致機組誤動的情況。 在數據采集過程中，模擬量信號的處理是將模擬信號變換成數字信號（A/D轉換），其變換速度由采樣定律確定。一般情況下，采樣頻率應為模擬信號中最高頻率成分的2倍以上，這樣經A/D變換的精度可完全恢復到原來的模擬信號精度。A/D變換的精度取決于A/D變換器的位數。PLC所采用的A/D模塊均以積分方式變換，可使輸入信號的尖峰噪音和感應噪聲平均化，適用于噪音嚴重的工業(yè)場所。二、自動輪換工作 為了防止因備用泵及其電氣設備或備用管路長期不用而使電機和電氣設備受潮或其他故障未經及時發(fā)現，當工作泵出現緊急故障需投入備用泵時，而不能及時投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設計了3臺泵自動輪換工作控制，控制程序將水泵啟停次數及運行時間和管路使用次數及流量等參數自動記錄并累計，系統(tǒng)根據這些運行參數按一定順序自動啟停水泵和相應管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻，當某臺泵或所屬閥門故障、某趟管路漏水時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警，并在觸摸屏上動態(tài)閃爍顯示，記錄事故，同時將故障泵或管路自動退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動輪換工作，以達到有故障早發(fā)現、早處理，以免影響礦井安全生產的目的。三、“避峰填谷”所謂“避峰填谷”，是指調度水泵在用電的“谷段”和“平段”時間段工作，盡量避免在“峰段”啟動。要實現“避峰填谷”，