【導(dǎo)讀】央泵房排水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，并能接入數(shù)字化礦井平臺(tái)。排水管的流量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并利用通訊模塊和上位機(jī)進(jìn)行通訊。軟件部分利用組態(tài)軟。壓力、泵進(jìn)水管的真空度及排水管的流量等參數(shù)。制，并且通過控制柜，井下人員還可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。進(jìn)行檢修，同時(shí)對(duì)各臺(tái)泵的使用情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。此外，系統(tǒng)還能對(duì)報(bào)警及操作事件。進(jìn)行記錄，方便管理。工作可靠性和穩(wěn)定性。

　　

【正文】 壓等級(jí) 開關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸入三種類型。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時(shí)間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。 開關(guān)量輸入模塊的輸入信號(hào)的電壓等級(jí)有：直流 5V、 12V、 24V、 48V、 60V 等；交流 110V、 220V 等。選擇 時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5V、 12V、 24V用于傳輸距離較近場(chǎng)合，如 5V輸入模塊最遠(yuǎn)不得超過 10米。距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選用輸入電壓等級(jí)較高的模塊。 (2)輸入接線方式 開關(guān)量輸入模塊主要有匯點(diǎn)式和分組式兩種接線方式 ,匯點(diǎn)式的開關(guān)量輸入模塊所有輸入點(diǎn)共用一個(gè)公共端（ COM）；而分組式的開關(guān)量輸入模塊是將輸入點(diǎn)分成若干組，每一組（幾個(gè)輸入點(diǎn)）有一個(gè)公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關(guān)量輸入模塊價(jià)格較匯點(diǎn)式的高，如果輸入信號(hào)之間不需要分隔，一般選用匯點(diǎn)式的。 (3)注意同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù) 量 對(duì)于選用高密度的輸入模塊 (如 32點(diǎn)、 48點(diǎn)等 )，應(yīng)考慮該模塊同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的 60％。 (4)輸入門檻電平 為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)，具體可參閱 PLC說明書。 2. 開關(guān)量輸出模塊的選擇 開關(guān)量輸出模塊是將 PLC內(nèi)部低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備的開關(guān)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn) PLC 內(nèi)外信號(hào)的電氣隔離。選擇時(shí)主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： (1)輸出方式 開關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。 繼電器輸出的價(jià)格便 宜，既可以用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，但其屬于有觸點(diǎn)元件，動(dòng)作速度較慢（驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)作頻率不得超過 1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場(chǎng)合。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 19 頁 共 41 頁 對(duì)于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點(diǎn)元件。但晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，而晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。 (2)輸出接線方式 開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式 。 分組式輸出是幾個(gè)輸出點(diǎn)為一組，一組有一個(gè)公共端，各組之 間是分隔的，可分別用于驅(qū)動(dòng)不同電源的外部輸出設(shè)備；分隔式輸出是每一個(gè)輸出點(diǎn)就有一個(gè)公共端，各輸出點(diǎn)之間相互隔離。選擇時(shí)主要根據(jù) PLC輸出設(shè)備的電源類型和電壓等級(jí)的多少而定。一般整體式 PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。 (3)驅(qū)動(dòng)能力 開關(guān)量輸出模塊的輸出電流 (驅(qū)動(dòng)能力 )必須大于 PLC外接輸出設(shè)備的額定電流。 用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實(shí)際輸出設(shè)備的電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動(dòng)，可增加中間放大環(huán)節(jié)。 (4)注意同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量 選擇開關(guān)量輸出模塊時(shí)，還應(yīng)考慮能同時(shí)接 通的輸出點(diǎn)數(shù)量。同時(shí)接通輸出設(shè)備的累計(jì)電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個(gè) 220V／ 2A 的 8 點(diǎn)輸出模塊，每個(gè)輸出點(diǎn)可承受 2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是 16A(82A) ，通常要比此值小得多。一般來講，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超出同一公共端輸出點(diǎn)數(shù)的60％。 (5)輸出的最大電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān) 開關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標(biāo)，它與不同的負(fù)載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。另外，晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會(huì)降低，在實(shí)際使用中也應(yīng)注意。 根據(jù)以上輸入輸出點(diǎn)數(shù)的的統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過產(chǎn) 品型號(hào)的查詢 FX2N 基本單位有16/32/48/65/80/128 點(diǎn)，六個(gè)基本 FX2N 單元中的每一個(gè)單元都可以通過 I/O擴(kuò)展單元擴(kuò)充為 256I/O 點(diǎn)，其基本單元如表 25所示。所以選擇 FX2n64MR001型號(hào)。 表 25FX2N 系列的基本單元 型號(hào) 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出 點(diǎn)數(shù) 擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù) 繼電器輸出 可控硅輸出 晶體管輸出 FX2n16MR001 FX2n16MS FX2n16MT 8 8 24～ 32 FX2n32MR001 FX2n32MS FX2n32MT 16 16 24～ 32 FX2n48MR FX2n4 FX2n4 24 24 48～ 64 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 20 頁 共 41 頁 001 8MS 8MT FX2n64MR001 FX2n64MS FX2n64MT 32 32 48～ 64 FX2n80MR001 FX2n80MS FX2n80MT 40 40 48～ 64 FX2n128MR001 FX2n128MT 64 64 48～ 64 模擬量 I／ O模塊的選擇 模擬量 I／ O 模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并與 PLC 內(nèi)部總線相連，同時(shí)為了安全也有電氣隔離功能。模擬量輸入（ A／ D）模塊是將現(xiàn)場(chǎng)由傳感器檢測(cè)而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC內(nèi)部可接受的數(shù)字量；模擬量輸出 (D／ A)模塊是將 PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)輸出。 典型模擬量 I／ O 模塊的量程為 10V～ +10V、 0～ +10V、 4～ 20mA 等，可根據(jù)實(shí)際需要選用，同時(shí)還應(yīng)考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。 由于本次任務(wù)的條件允許和用于畢業(yè)設(shè)計(jì)，所以主要采用 FX2N4AD 模塊。 . PLC 系統(tǒng)的 模塊連接 由產(chǎn)品參數(shù)可知，三菱 PLC FX2N64MR型號(hào) 有 32 個(gè)數(shù)字量輸出 點(diǎn) ， 32個(gè)數(shù)字量輸入 點(diǎn) ，屬 于 繼電器輸出型。它的電源電壓為 AC100240V，允許波動(dòng)范圍為 +10%、15%，數(shù)字量輸入電壓為 DC24V。 支持 I/O 點(diǎn)數(shù) 擴(kuò)展到 256點(diǎn)。具有內(nèi)置式 24V 直流電源，可用于外部設(shè)備的電源輸入?；締卧?X000到 X017具有輸入濾波器調(diào)節(jié)功能，可以用輸入濾波器平整輸入信號(hào)。 下面根據(jù) PLC的產(chǎn)品使用說明書及本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，畫出 PLC系統(tǒng)模塊的連接簡(jiǎn)圖如圖 27所示 圖 27 PLC 系統(tǒng)的模塊連接圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 21 頁 共 41 頁 3. 排水系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) . PLC 的 I/O 點(diǎn) 及寄存器的使用 分配 首先根據(jù)任務(wù)的設(shè)計(jì)需要，為了便于系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。我們根據(jù) 上述 選擇的 PLC型號(hào)，對(duì)系統(tǒng) 各種參數(shù)量與 PLC 的輸入、輸出接口以及相關(guān)的寄存器進(jìn)行分配。 見表3表 3表 33 表 31 輸入接口的分配 外部設(shè)備 輸入 的開關(guān)量 對(duì)應(yīng)的 PLC 輸入接口 系統(tǒng)緊急停機(jī) X1 一號(hào)泵停機(jī)維修 X2 二號(hào)泵停機(jī)維修 X3 三號(hào)泵停機(jī)維修 X4 自動(dòng)、手動(dòng)模式切換 X5 一號(hào)泵手動(dòng)啟動(dòng) X10 一號(hào)泵 01 排水管手動(dòng)啟動(dòng) X11 一號(hào)泵 02 排水管手動(dòng)啟動(dòng) X12 一號(hào)泵回流注水手動(dòng)啟動(dòng) X13 二號(hào)泵手動(dòng)啟動(dòng) X20 二號(hào)泵 01 排水管手動(dòng)啟動(dòng) X21 二 號(hào)泵 02 排水管手動(dòng)啟動(dòng) X22 二號(hào)泵回流注水手動(dòng)啟動(dòng) X23 三號(hào)泵手動(dòng)啟動(dòng) X30 三號(hào)泵 01 排水管手動(dòng)啟動(dòng) X31 三號(hào)泵 02 排水管手動(dòng)啟動(dòng) X32 三號(hào)泵回流注水手動(dòng)啟動(dòng) X33 一號(hào)泵的故障復(fù)位 X25 二號(hào)泵的故障復(fù)位 X26 三號(hào)泵的故障復(fù)位 X27 表 32 輸出接口的分配 PLC 控制的外部設(shè)備 對(duì)應(yīng)的 PLC 的輸出接口 一號(hào)泵的啟動(dòng) Y0 二號(hào)泵的啟動(dòng) Y1 三號(hào)泵的啟動(dòng) Y2 一號(hào)泵的回流閥 Y11 二號(hào)泵的回流閥 Y13 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 22 頁 共 41 頁 三號(hào)泵的回流閥 Y15 一號(hào)泵 01 排水 管 Y20 一號(hào)泵 02 排水管 Y21 二號(hào)泵 01 排水管 Y22 二號(hào)泵 01 排水管 Y23 二號(hào)泵 02 排水管 Y24 三號(hào)泵 01 排水管 Y25 三號(hào)泵 02 排水管 Y26 一號(hào)泵故障顯示 Y30 二號(hào)泵故障顯示 Y31 三號(hào)泵故障顯示 Y32 系統(tǒng)緊急報(bào)警 Y37 表 33 寄存器的分配 PLC 的內(nèi)部寄存器 寄存器的作用 D0 一號(hào)泵開機(jī)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)記錄 D1 二號(hào)泵開機(jī)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)記錄 D2 三號(hào)泵開機(jī)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)記錄 D3 1 號(hào)泵排水管 01 使用 的統(tǒng)計(jì)次數(shù) D4 1 號(hào)泵排水管 02 使用 的統(tǒng)計(jì)次數(shù) D5 2 號(hào)泵排水管 01 使用 的統(tǒng)計(jì)次數(shù) D6 2 號(hào)泵排水管 02 使用 的統(tǒng)計(jì)次數(shù) D7 3 號(hào)泵排水管 01 使用 的統(tǒng)計(jì)次數(shù) D8 3 號(hào)泵排水管 02 使用 的統(tǒng)計(jì)次數(shù) D200 監(jiān)測(cè)水位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器 D201 一號(hào)泵的真空度檢測(cè)值寄存器 D202 二號(hào)泵的真空度檢測(cè)值寄存器 D203 三號(hào)泵的真空度檢測(cè)值寄存器 D205 一號(hào)泵的水壓檢測(cè)值寄存器 D206 二號(hào)泵的水壓檢測(cè)值寄存器 D207 三號(hào)泵的水壓檢測(cè)值寄存器 D209 1 號(hào)管 水流量檢測(cè) D210 2 號(hào)管 水流量檢測(cè) D250 水位 1 抽水設(shè)定值寄存器 D251 水位 2 抽水設(shè)定值寄存器 D252 水位 3 抽水設(shè)定值寄存器 D253 緊急水位設(shè)定 D254 1 號(hào)泵真空度設(shè)定值存儲(chǔ)器 D255 2 號(hào)泵真空度設(shè)定值存儲(chǔ)器 D256 3 號(hào)泵真空度設(shè)定值存儲(chǔ)器 D257 1 號(hào)泵水壓設(shè)定值存儲(chǔ)器 D258 2 號(hào)泵水壓設(shè)定值存儲(chǔ)器 D259 3 號(hào)泵水壓設(shè)定值存儲(chǔ)器 D260 1 號(hào)泵水流量設(shè)定值存儲(chǔ)器 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 23 頁 共 41 頁 D261 2 號(hào)泵水流量設(shè)定值存儲(chǔ)器 D262 3 號(hào)泵水流量設(shè)定值存儲(chǔ)器 . 程序流程 框圖 及程序代碼 . 泵、排水管輪換工作的實(shí) 現(xiàn) D0 、 D D2 三個(gè)寄存器的值進(jìn)行相互比較 開始 D0 值是否為最小 D1 值是否為最小 D2 值是否為最小 是 是 是 否 否 滿足條件啟動(dòng)1 號(hào)泵 滿足條件啟動(dòng)2 號(hào)泵 滿足條件啟動(dòng)3 號(hào)泵 D0 自加1 D1 自加1 D2 自加1 結(jié)束 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 24 頁 共 41 頁 圖 31 水泵的輪班制程序流程圖 在上述的流程圖中， D0、 D D2 的 比較， 并不能在一步比較中得出最小值，而是通過 D0、 D1 先比較得出最小值再和 D2 比較。在 PLC 的程序中主要用到了 CMP 指令。 CMP指令的格式： CMP D0 D1 M5 當(dāng) D0D1 時(shí) M5被 置為 1 當(dāng) D0=D1 時(shí) M6被 置為 1 當(dāng) D0D1 時(shí) M7被 置為 1 在 D0 和 D1 間選出最小的值后，再通過 CMP 指令與 D2比較 指令如下： CMP D2 D0 M20 CMP D2 D1 M25 實(shí)現(xiàn)上述功能的程序段如下： LD M8000 。開機(jī)運(yùn)行 CMP D0 D1 M5 ；比較 D0、 D1 的值的大小 LD M5 ；如果 D1的值小于等于 D0 OR M6 比較的 D D1的值的大小 CMP D2 D1 M25 LD M7 ；如果 D1的值大于 D0 CMP D2 D0 M20 比較 D2和 D0的值的大小 LD M20 ； D0 的值為最小 OR M21 OUT Y0 ；輸出 Y0 啟動(dòng)一號(hào)泵 INC D0 ； D0 自加 1 LD M25 ； D1 的值最小 OR M2