【導(dǎo)讀】控制已逐步取代繼電器控制，普遍應(yīng)用于各行各業(yè)的自動化控制領(lǐng)域。水泵的啟停及閘閥的開、關(guān)，并具有自診斷功能，可實現(xiàn)水泵房的無人值守。統(tǒng)信息共享，滿足礦井自動化控制的要求。集中控制器采用西門子S7200系列工。部融入整個礦井監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。從而實現(xiàn)中央水泵房的自動控制功能。本文重點討論了中央水泵房的自動控制設(shè)計過程、通信、模擬仿真等問題。然而，目前我國的井下排水系統(tǒng)仍由很多依靠傳統(tǒng)的人工操作方式。控制的研究提供依據(jù)。另外，煤炭開采過程中，由于地層結(jié)構(gòu)被破壞，巖層斷裂，使采區(qū)與儲。水層連通，發(fā)生突水事故，涌水量會突然增加。給人民的生命、國家的財產(chǎn)都帶來了極大的威脅。濾水器安裝在吸水管的下端，插入吸水井下面，不得低于。其缺點是密封面容易擦傷，檢修較為困難，高度尺。致受到水力沖擊而遭到損壞。及時排出積水，又能使泵站合理使用，避免過度頻繁的起停?，F(xiàn)誤操作，甚至發(fā)生大的事故。

　　

【正文】 ，則采用軟件過濾，只有當(dāng)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。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 ２８ 頁 在數(shù)據(jù)采集過程中，模擬量信號的處理是將模擬信號變換成數(shù)字信號（ A/D轉(zhuǎn)換），其變換速度由采樣定律確定。一般情況下，采樣頻率應(yīng)為模擬信號中最高頻率成分的 2 倍以上，這樣經(jīng) A/D 變換的精度可完全恢復(fù)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(shù)。 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(yīng)噪聲平均化， 適用于噪音嚴(yán)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(shè)備或備用管路長期不用而使電機和電氣設(shè)備受潮或其他故障未經(jīng)及時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)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(shè)計了 3 臺泵自動輪換工作控制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運行時間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動記錄并累計，系統(tǒng)根據(jù)這些運行參數(shù)按一定順序自動啟停水泵和相應(yīng)管路，使各水泵及其管路的使用率分布均勻，當(dāng)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(xiàn)、早處理，以免影響礦井安全生產(chǎn)的目的。 三、 “避峰填谷 ” 所謂 “避峰填谷 ”，是指調(diào)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(xiàn)“避峰填谷”，需調(diào)度各水泵在用電的“谷段”和“平段”時間段，將水倉的水位排至設(shè)定的低位，以便水倉能夠騰出盡可能大的容積，使其在“峰段”容納更多的 礦井涌水而不用啟動水泵。 四、 系統(tǒng)保護功能 超溫保護：水泵長期運行，當(dāng)軸承溫度或定子溫度超出允許值時，通過溫度保護裝置 及 PLC 實現(xiàn)超限報警。 流量保護：當(dāng)水泵啟動后或正常運行時，如流量達不到正常值，通過流量保護裝置使本臺水泵停車，自動轉(zhuǎn)換為啟動另一臺水泵。 電動機故障：利用 PLC 及觸摸屏監(jiān)視水泵電機過電流、漏電、低電壓等電氣故障，并參與控制。 電動閘閥故障：由電動機綜保監(jiān)視閘閥電機的過載、短路、漏電、斷相等故障，并參與水泵的聯(lián)鎖控制。 五、 動態(tài)顯示 動態(tài)模擬顯示選用西門子公司的 ET200M（觸摸屏），系統(tǒng)通過圖形動 態(tài)顯示水泵、真空泵、電動閘閥和電動球閥的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警。直觀地顯示電磁閥 和電動閥的開閉位置，實時顯示水泵抽真空情況和壓力值。 用圖形填充以及趨勢圖、棒狀圖方式和數(shù)字形式準(zhǔn)確實時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警，用不同音響形式提醒工作人員注意。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 ２９ 頁 采用圖形、趨勢圖和數(shù)字形式直觀地顯示 3 趟管路的瞬時流量及累計流量，對井下用電負(fù)荷的監(jiān)測量、電機電流和水泵瞬時負(fù)荷及累計負(fù)荷量、水泵軸溫、電機溫度等進行動態(tài)顯示、超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)據(jù)，并在屏幕下端循環(huán)顯示最新出現(xiàn)的 3 條故障（故障顯示條數(shù)可在觸摸屏上設(shè)置），以提醒 工作人員及時檢修，避免水泵和電機損壞。 六、 通訊接口 PLC 通過通訊接口和通訊協(xié)議，與觸摸屏進行全雙工通訊，將水泵機組的工作狀態(tài)與運行參數(shù)傳至觸摸屏，完成各數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示；同時，操作人員也可利用觸摸屏將操作指令傳至 PLC，控制水泵運行。 PLC 同時將水泵機組的運行狀態(tài)與參數(shù)經(jīng)安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)分站傳至地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機，與全礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動化控制信息，實現(xiàn)井下主排水系統(tǒng)的遙測、遙控，并為礦領(lǐng)導(dǎo)提供生產(chǎn)決策信息。觸摸屏 與監(jiān)測監(jiān)控主機均可動態(tài)顯示主排水系統(tǒng)運行的模擬圖、運行參數(shù)圖表，記錄系統(tǒng)運行和故障數(shù)據(jù)，并顯示故障點以提醒操作人員注意。 七、三 種工作方式 系統(tǒng)控制具有自動、半自動和手動檢修 3 種工作方式 。 自動時，由 PLC 檢測水位、壓力及有關(guān)信號，自動完成各泵組運行，不需人工參與；半自動工作方式時，由工作人員選擇某臺或幾臺泵組投入， PLC 自動完成已選泵組的啟停和監(jiān)控工作；手動檢修方式為故障檢修和手動試車時使用，當(dāng)某臺水泵及其附屬設(shè)備發(fā)生故障時，該泵組將自動退出運行，不影響其它泵組正常運。 PLC 柜上設(shè)有該泵的禁止啟動按鈕，設(shè)備 檢修時，可防止其他人員誤操作，以保證系統(tǒng)安全可靠。系統(tǒng)可隨時轉(zhuǎn)換為自動和半自動工作方式運行。 經(jīng)過粗略計算，需要數(shù)字量輸入 64 點，數(shù)字量輸出 56 點，模擬量輸入通道22 路，其具體分配見表 51， 52， 53。 表 51 模擬量輸入通道統(tǒng)計表 模擬量輸入 通道數(shù) 水倉水位 1 水泵真空度 3 出水口壓力 3 排水管流量 3 水泵軸承溫度 3 電機溫度 3 電機電流 3 電機電壓 3 總計 22 表 52 數(shù)字量輸入點數(shù)統(tǒng)計表 數(shù)字量輸入 點數(shù) 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 ３０ 頁 電動 閘閥開 3 電動閘閥關(guān) 3 電動閘閥停 3 電動閘閥開到位 3 電動閘閥關(guān)到位 3 電動閘閥開過轉(zhuǎn)矩 3 電動閘閥關(guān)過轉(zhuǎn)矩 3 真空泵狀態(tài) 2 電機合閘 3 電機分閘 3 電機合閘到位 3 電機分閘到位 3 真空泵球閥開到位 2 真空泵球閥關(guān)到位 2 球閥開到位 9 球閥關(guān)到位 9 故障復(fù)位 1 急停 1 操作方式選擇 3 真空泵射流管啟動方式選擇 1 總計 64 表 53 數(shù)字量輸出點數(shù)統(tǒng)計表 數(shù)字量輸出 點數(shù) 真空泵球閥 開 2 真空泵球閥關(guān) 2 排水泵球閥開 9 排水泵球閥關(guān) 9 電動閘閥開 3 電動閘閥關(guān) 3 電動閘閥開到位 3 電動閘閥關(guān)到位 3 電動閘閥開過轉(zhuǎn)矩 3 電動閘閥關(guān)過轉(zhuǎn)矩 3 真空泵電機開 3 真空泵電機關(guān) 3 水泵電機開 3 水泵電機關(guān) 3 警鈴 1 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 ３１ 頁 故障顯示燈 1 總計 54 考慮到前面的設(shè)計中 I/O 點數(shù)可能有疏漏，并考慮到 I/O 端的分組情況以及隔離與接地要求，應(yīng)在統(tǒng)計后得出的 I/O 總點數(shù)基礎(chǔ)上，增加 10％到 15％的裕量。考慮裕量后的 I/O 總點數(shù)即為 I/O 點數(shù)估計值。 選定的 PLC 機型的 I/O 能力極限值必須大于 I/O 點數(shù)估計值，并應(yīng)盡量避免使 PLC 能力接近飽和，一般應(yīng)留有 30％的裕量。 （ 2） 存儲器容量選擇 PLC 的 I/O 點數(shù)估算值大小，在很大程度上反映了 PLC 系統(tǒng)的功能要求，因此可以在 I/O 點數(shù)估算值的基礎(chǔ)上計算對 PLC 存儲器容量的需求。目前，大多用統(tǒng)計經(jīng)驗公式進行存儲器容量估算。這種方法是以 PLC 處理每個信息量所需存儲器數(shù)的統(tǒng)計平均經(jīng)驗值為依據(jù)，乘以信息量數(shù)再考慮一定的裕量計算得到存儲器需要容量。作為一般應(yīng)用下的一種經(jīng)驗公式是： 存儲器容量 （ KB） =(L1L25)(DIDo5+AI/o100)1024 其中： DI 為數(shù)字量輸入總點數(shù)； DO 為數(shù)字量輸出總點數(shù)； AI/O 為模擬量 I/O 通道總數(shù)。 DI點數(shù)估計值為 64 =74， DO 點數(shù)估計值為 56 =65， AI 通道估計值為 22 =26 個。所以存儲器容量為 : (74 10+65 5+26 100)/1024= 工程實踐中，大多采用粗略估算，加大裕量，實際選型時參考此值采用就高不就低的原則。 （ 3） 響應(yīng)速度 PLC 是為工業(yè)自動化而設(shè)計的通用控制器，不同檔 次的 PLC 的響應(yīng)速度一般能滿足起應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用 PLC，或者應(yīng)用中的某些功能或信號有特別的速度要求時，確定 PLC 的型號就應(yīng)特別慎重。 通過上面的計算，考慮系統(tǒng)通訊要求，選用 SIMATIC S7300 系列中的CPU3152 DP 是最合適的。其中最主要的原因是 CPU3152 DP 是 S7300 系列中唯一帶現(xiàn)場總線 (PROFIBUS) SINEC L2DP接口的 CPU 模塊。內(nèi)置 80KB RAM，隨機存儲器為 48KB，最大數(shù)字量 I/O 點數(shù)為 1024 個，最大模擬量 I/O 通道數(shù)為 128個。最 大配置 4 個機架， 32 塊模塊。滿足設(shè)計需要。 選用： CPU3152 DP 處理器； PS307 電源模塊； ET200M 遠(yuǎn)程控制單元； CP3422DP 通信模塊； CP340 通信模塊； SM321 數(shù)字量輸入模塊； SM322 數(shù)字量輸出模塊； 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 ３２ 頁 SM331 模擬量輸入模塊。 S7300PLC 的基本組成 本系統(tǒng)選用德國西門子公司的 SIMATIC S7300 系列 PLC 系統(tǒng)。 S7300 系列PLC 是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種單獨模塊之間可以進行廣泛組合和擴展。它的系統(tǒng)構(gòu)成如圖 54所示。 其主要組成部分有 導(dǎo)軌 (RACK)、電源模塊 (PS)、中央處理單元模塊 (CPU)、接口模塊 (IM),信號模塊 (SM)、功能模塊 (FM)等。它可以通過 MPI 連接電纜或通訊模塊與計算機進行通訊，再加上其全面的診斷功能和完善的自我保護技術(shù)，使其具有極高的可靠性，極其適合本系統(tǒng)的需求。除此之外，它自帶的 STEP7 編程軟件功能強大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷。 圖 54 S7300PLC 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 一、中央處理單元 CPU 同一般的微處理器一樣，中央處理單元是 PLC 的主要部分，是系統(tǒng)的核心。它通過輸入裝置讀入外設(shè)的狀態(tài)，由用戶程序去處理，并根據(jù)結(jié)果通過輸出裝置去控制外設(shè)。 一般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)。一個為字處理器，多為 8位或 16 位微處理器。另一個是位處理器，也稱為布爾處理器，是一些廠家設(shè)計制造的專用芯片。 字處理器是主處理器，由它處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)總線、內(nèi)部計數(shù)器、內(nèi)部定時器，監(jiān)視掃描時間，統(tǒng)一管理編程接口，同時協(xié)調(diào)位 處理器及輸入輸出。位處理器也稱從處理器，它的主要作用是處理位操作指令和在機器操作系統(tǒng)的管理下實現(xiàn) PLC 編程語言向機器語言的轉(zhuǎn)換。位處理器的采用，加快了 PLC 的掃描速度，使 PLC 能較好的滿足實時控制要求 二、輸入 /輸出部件