【導(dǎo)讀】井安全生產(chǎn)預(yù)防事故的主要措施之一，也是現(xiàn)代化礦井管理水平的重要標(biāo)志。煤礦安全生產(chǎn)將起到一定的作用。氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)是對(duì)井下幾。大事故，提高井下作業(yè)的安全性。闡述了利用PLC的高速計(jì)數(shù)器對(duì)8路通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。西門子公司的S7-200系列可編程序控制器是繼S5系列后的新產(chǎn)品。系列PLC具有模擬量處理、通信聯(lián)網(wǎng)、系統(tǒng)診斷、中斷處理和高速計(jì)數(shù)等功能。又具有擴(kuò)展能力。編程軟件STEP7-Micro為用戶提供了界面友好而功能強(qiáng)大的。其配套EEPROM存儲(chǔ)卡也使修改和調(diào)試程序、設(shè)備維護(hù)十分方便和。CPU214S7-200系列PLC中的典型產(chǎn)品，其基本單元有14點(diǎn)輸入和10點(diǎn)。輸入的高速計(jì)器，有內(nèi)藏的實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘。

　　

【正文】 調(diào)、控和構(gòu)成通訊網(wǎng)。 4) 模擬量處理功能 S720OPLC的模擬量擴(kuò)展模塊除了可用于一般的模擬量輸入 /輸出外，可以直接將溫度傳感器，如 PtlOO熱電阻信號(hào)接入，在處理溫度量時(shí)可省去中間環(huán)節(jié)，提高精度與可靠性。響應(yīng)時(shí)間 10哪，模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間 25μ s，分辨率 12位 +符號(hào)位。 5) 程序卡 CPU上都有一個(gè)存儲(chǔ)卡插孔，可以插人程序器卡。該程序器卡是一個(gè) EEPROM存儲(chǔ)器，是存放用戶程序的附件。 PLC中的程序與數(shù)據(jù)都可寫人程序卡，以備以后使用，故該程序器卡也可以作為程序與數(shù)據(jù)的備份。 當(dāng)需要裝載程序時(shí)，只需將已存人程序的存儲(chǔ)卡插入 PLC后再上電，幾秒鐘后斷電并把存儲(chǔ)卡拔下，存儲(chǔ)卡上的程序就自動(dòng)裝入 PLC，這一功能為進(jìn)行批量生產(chǎn)，產(chǎn)品維護(hù)或者更新程序提供了很大的方便。使用時(shí)只需把裝有程序的存儲(chǔ)卡郵寄給用戶，把以上“插卡 上電 斷電 拔卡”裝載程序的操作過程告訴用戶，不必派專門技術(shù)人員，由用戶自己就能實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品程序的加載，升級(jí)和維護(hù)。對(duì)于沒有集成實(shí)時(shí)時(shí)鐘的 CPU221，CPU222，還有一款時(shí)鐘卡供用戶 選擇。 6) 模擬電位器 CPU上都有模擬電位器， 8位分辨率，可用于不同的場合，例如在進(jìn)行模擬量輸入時(shí)，該電位器可作為零點(diǎn)調(diào)整使用。另外， S720OPLC尋址方式很自由，模擬電位器則提供一個(gè)變量，通過用戶程序?qū)崿F(xiàn)各種各樣的功能，如 :定時(shí)器的預(yù)置值，模擬量的濾波時(shí)間，PWM輸出的占空比， PID調(diào)節(jié)的積分時(shí)間等。 綜上所述不難看出， S7200PLC的新 CPU系列產(chǎn)品作為小型 PLC，其硬件水平已達(dá)到了一個(gè)新的境界，拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，方便了廣大應(yīng)用者。這些特點(diǎn)在目前的控制領(lǐng)域都具有十分重要的實(shí)用價(jià)值，如進(jìn)行充分開 發(fā)和利用，并結(jié)合小型 PLC價(jià)廉的優(yōu)勢，則完全有可能在有限的費(fèi)用范圍內(nèi)大大提高控制系統(tǒng)的性能和檔次。 煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計(jì) 16 S7200系列的 PLC的通信 S7200系列 PLC的通信方式有三種 :一種是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信 ， 即 PPI協(xié)議 。一種為 ProfibusDP方式 ， 最后一種方式是自由口通信方式 (Freeport)。首先將數(shù)據(jù)移到 S7200CPU中的變量存儲(chǔ)器，就可將輸入、計(jì)數(shù)值、定時(shí)器值或其他計(jì)算值傳送到主站。類似地，從主站來的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 S7200CPU中的變量存儲(chǔ)器內(nèi)，并可移到其它數(shù)據(jù)區(qū)。 井下分站常見故 障及其處理方法 對(duì)于整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)來說，常見的故障是傳輸不正常。若所以接在系統(tǒng)上的分站都不正常，應(yīng)檢查中心站的主機(jī) 傳輸接口及傳輸電纜是否有故障；若某一部分的分站工作不正常，則應(yīng)檢查這些分站，以及相應(yīng)的電控箱和傳輸電纜有無故障。待故障被查找而局限到某個(gè)設(shè)備時(shí)，再根據(jù)該設(shè)備的故障排除方法進(jìn)行排除。 分站及電控箱的故障及其處理方法如表 22： 表 22 故障及其處理方法 故障現(xiàn)象 故障原因 處理方法 分站中的某一個(gè)模擬量或開關(guān)量無輸出 ，輸入引線接法有誤 線有問題 ，檢查接線 分站中的模擬量或開關(guān)量全無輸出 分站中的模擬量或開關(guān)量信號(hào)正常，但分站無輸出 誤 分站內(nèi)的信號(hào)輸出正常，但地面無信號(hào) 誤 分站不能上電 ，重新接線。 沒有電壓，看指定接線柱有煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計(jì) 17 沒有連通，沒有連通的把線接好 ，仍無用則換分站板 分站不能發(fā)送 發(fā)送部分沒有電源 將電源打開后馬上合上 電控箱電源無輸出時(shí)，首先檢查保險(xiǎn)絲管是否完好，若已斷，應(yīng)檢查內(nèi)部電路和關(guān)聯(lián)設(shè)備的相關(guān)電路有無短路情況。在查出短路原因并處理后，換上備用的熔絲管。 電控箱控制電路無輸出：若只有一路無輸出，可將相應(yīng)的繼電器拆 下，檢查動(dòng)作部分是否靈活，線圈是否完好；若幾路全無輸出，應(yīng)將底板拆下，送井上檢修。 系抗干擾措施 傳輸系統(tǒng)抗干擾措施 傳輸系統(tǒng)一般采用以下抗干擾措施： 1) 用雙絞信號(hào)線，抑制共模干擾； 2) 端均采用光電隔離式電磁隔離； 3) 意傳輸線路與其它線路分開敷設(shè)； 4) 用軟件技術(shù) .如奇偶校驗(yàn)，誤碼重發(fā) (二次重發(fā) )，延時(shí)，容錯(cuò)技術(shù)等。 分站及傳感器抗干擾措施 在分站及傳感器電路中應(yīng)用了較多的抗干擾措施。分述如下： 1) 使用輸入濾波器，將干擾信號(hào)濾除。 2) 對(duì)輸入信號(hào)采取平均值測量，使對(duì)稱變化的 差模信號(hào)干擾被平均掉； 3) 采用雙端對(duì)稱輸入，最大限度消除共模信號(hào)，有些傳感器直接采用橋式電路檢測，也可起到消除共模信號(hào)干擾作用； 4) 單扳機(jī)輸入輸出端光電隔離； 5) 屏蔽； 6) 電源兩級(jí)或多級(jí)穩(wěn)壓； 7) 接地與浮置，將檢測放大電路接作一個(gè)公共地，單扳機(jī)部分采用浮置電路； 8) 軟件抗干擾技術(shù)。 井下分站配接設(shè)備表 煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計(jì) 18 表 23 井下分站配接設(shè)備表 配接設(shè)備名稱 配接設(shè)備 型號(hào) 信號(hào)輸出 傳輸距離 生產(chǎn)廠家 防爆合格證號(hào) 低濃瓦斯傳感器 KG9701 200HZ1000HZ 煤科院重慶 分院 3963118 設(shè)備開 /停傳感器 KGKTC10B 200HZ1000HZ 宜興煤礦電子儀器場 2954034 設(shè)備開 /停傳感器 KGKTC1011 200HZ1000HZ 宜興煤礦電子儀器場 2954034 設(shè)備開 /停傳感器 KGT2A 200HZ1000HZ 撫順安儀廠 1964029 溫度傳感器 KGWIB 200HZ1000HZ 撫順安儀廠 1964057 一氧化碳傳感器 KG3013A 200HZ1000HZ 撫順安儀廠 1981803 低濃瓦斯傳感器 KGJ1B 200HZ1000HZ 撫順安儀廠 1964057 壓力變送器 CYYZ200A 200HZ1000HZ 永普自動(dòng)化公司 2974014 溫度變送器 KW200A（ G） 200HZ1000HZ 永普自動(dòng)化公司 2974016 風(fēng)速傳感器 CW1 200HZ1000HZ 煤科院重慶分院 398346 低濃瓦斯傳感器 KDJ1C 200HZ1000HZ 撫順安儀廠 1994242 智能開停傳感器 RS485 煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計(jì) 19 3 硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)框圖 本設(shè)計(jì)是以 PLC 為核心的微機(jī)系統(tǒng)，共有四塊印刷板：主板、顯示板、電阻板和通訊板，為減小分站體積，采用盡可能緊湊的方式連接成一體的結(jié)構(gòu)。其系統(tǒng)框圖如圖 31： PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路原理 PLC 基本單元連接如圖 所示。選擇 CPU224 為基本單元，采用 24V 直流 P 型輸入。 分別設(shè)備掉電信號(hào)燈（ DDL）、死機(jī) 信號(hào)燈（ SJL）、事故信號(hào)燈（ SGL）、開信號(hào)燈（ KML）、關(guān)信號(hào)燈（ GML）、正常信號(hào)燈（ OKL）、復(fù)位信號(hào)燈（ REL）和報(bào)警燈（ BJL）。 PLC 電源掉電或不足 12V 時(shí)設(shè)備掉電信號(hào)燈亮； PLC 死機(jī)時(shí)死機(jī)信號(hào)燈亮；事故是指檢測的氣體濃度超過安全警戒值或溫度、壓力不正常；風(fēng)門及設(shè)備狀態(tài)為開時(shí)亮“開” 指示燈；風(fēng)門及設(shè)備停止時(shí)亮“關(guān)”指示燈；當(dāng)一切正常時(shí)正常信號(hào)燈亮，不正常時(shí)報(bào)警燈亮；系統(tǒng)復(fù)位時(shí)復(fù)位信號(hào)燈亮。 S7224PLC 的高速計(jì)數(shù)器（ HighSpeed Counter）可對(duì) PLC 掃描速率來不及處理 的高速事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。 CPU224 中有 HSC0、 HSC HSC2 三個(gè)高速計(jì)數(shù)器。 HSC0 是一個(gè)單一時(shí)鐘輸入的遞增或遞減計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)方向（加法計(jì)數(shù)或減法計(jì)數(shù)）由程序通過方向控制位來控制， HSC0 的最高計(jì)數(shù)頻率為 2KHZ。 HSC1 和 HSC2 是多功能計(jì)數(shù)器，如表31 所示可有 12 種工作模式，對(duì)時(shí)鐘、方向控制、復(fù)位和啟動(dòng)有專用的輸入，最高時(shí)鐘頻率 7KHZ。對(duì)于雙脈沖計(jì)數(shù)器， 2 個(gè)時(shí)鐘可以在 7KHZ，在正交模式下，計(jì)數(shù)速率可選擇 *1 或 *4。如果 *1，則最高計(jì)數(shù)速率為 7KHZ，如果為 *4，則最高計(jì)數(shù)速率為 28KHZ。HSC1 和 HSC2 相互獨(dú)立，互不影響，即 2 個(gè)計(jì)數(shù)器在最高頻率也互不干涉。根據(jù)系統(tǒng) 主板 兩路控制輸出 一路電平控制信號(hào) 電源箱 通訊板 顯示板 電阻板 200HZ1000HZ 頻率信號(hào) 05mA 電流型、觸點(diǎn)型開關(guān)量信號(hào) 圖 31 分站的系統(tǒng)框圖 煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計(jì) 20 實(shí)際情況選擇 HSC1， 作為檢測頻率輸入端。此頻率信號(hào)是傳感器傳出的被測氣體濃度。 DDL SJL SGL KML GML OKL REL BJL 表 31 CPU224 的 HSC1(HSC2)的工作模式 CPU224 的 HSC1（ HSC2） 模式 說明 0 具有內(nèi)部控制的單脈沖計(jì)數(shù)器 =0（ =0）減法計(jì)樹 =1（ =1）加法計(jì)樹 時(shí)鐘 1 復(fù)位 2 啟動(dòng) 3 具有外部控制的單脈沖計(jì)數(shù)器 =0（ =0），減法計(jì)樹 =1（ =1） ，加法計(jì)樹 時(shí)鐘 方向 4 復(fù)位 5 啟動(dòng) 6 具有增減時(shí)鐘輸入的雙脈沖計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘 方向 7 復(fù)位 8 啟動(dòng) 9 A/B 脈沖正交計(jì)數(shù)器 脈沖 A 超前 BB90 度是順時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng) 脈沖 B 超前 AB90 度是逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng) A相脈沖 B 相脈沖 10 復(fù)位 11 啟動(dòng) 控制系統(tǒng)及外圍系統(tǒng) 頻率選通模塊 本系統(tǒng)選擇 EM222 為擴(kuò)展塊 . 分別街道 16 選 1 芯片 4067 的通道選擇端 A、B、 C、 D，即可由 PLC 控制選通信 號(hào)使某一通道（ I00I07）的頻率的以選通進(jìn)入 PLC， … S7224 … 圖 32 PLC基本單元 CP 煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計(jì) 21 再由 PLC 的高速計(jì)數(shù)器 HSC1 對(duì)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而的到對(duì)應(yīng)的氣體濃度和溫度、風(fēng)速值。其框圖如圖 ： 分站箱外部插頭座 設(shè)計(jì)一端為五只 19 芯航空插座，為傳感器電源幾傳感器信號(hào)輸入口，另兩側(cè) 4 芯插座為開出 14 口和通訊口，圖 34 為分站結(jié)構(gòu)示意圖。 通訊電纜插頭接通訊 1 口上；每個(gè)開出口接兩路開出控制，依次接 18 開出。 頻入 1 至頻入 3 口可接四路頻率輸入或三態(tài)開入信號(hào)，頻入 4 可接四路頻率輸入信號(hào)或兩態(tài)開入信號(hào)。 如果要接入 RS485 通信信號(hào)，由于傳感器電源必須從頻入 4 引入，必須在機(jī)箱接轉(zhuǎn)接盒，同時(shí)頻入 4 端停用（由于本系統(tǒng)頻入輸入口較多，頻入 4 使用的情況不多）。 4067 A、 B、 C、 D 8 路頻率信號(hào) 選通頻率信號(hào) 圖 33 頻率選通控制 開出 1 RS485 開出 4 頻入 1 通訊 開出 2 開出 3 電源 頻入 2 頻入 3 頻入 4 圖 34