【正文】 之后統(tǒng)計(jì)了系統(tǒng)輸入輸出的點(diǎn)數(shù)，根據(jù)點(diǎn)數(shù)選擇對(duì) PLC 模塊進(jìn)行類型并對(duì)各個(gè)模塊的端口進(jìn)行定義，最后給出系統(tǒng)硬件的接線圖，為系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。數(shù)字輸入和輸出連接到中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離保護(hù)和抑制信號(hào)干擾。 28 各模塊地址分配 PLC 的 I/O 端口對(duì)應(yīng)于不同的映像寄存器，端口的分配要與程序中使用的寄存器相互對(duì)應(yīng)，不然會(huì)因?yàn)檫壿嫽靵y而使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。 25 圖 PLC 各模塊信號(hào)連接圖 根據(jù)上圖，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)出 PLC 所需的模擬量輸入點(diǎn)數(shù)，數(shù)字量輸入、輸出點(diǎn)P L C 的 C P U 模 塊數(shù) 字 量 輸 入 模 塊 模 擬 量 輸 入 模 塊水泵控制方式選擇水泵啟動(dòng)、停止排水排空閘閥開關(guān)到位主、副真空泵選擇水泵工作方式選擇真空泵啟動(dòng)、停止液位開關(guān)水泵開停檢測(cè)排水管流量水泵入水口負(fù)壓水泵出水口正壓水泵軸承溫度電機(jī)軸承溫度水倉(cāng)的水位數(shù) 字 量 輸 出 模 塊通 信 模 塊水泵啟動(dòng)、停止水泵運(yùn)行指示電動(dòng)閘閥控制信號(hào)電磁閥控制信號(hào)故障警報(bào)水位超限指示急停指示電量檢測(cè)模塊上位監(jiān)控計(jì)算機(jī) 26 數(shù)和通訊模塊點(diǎn)數(shù)，見表 表 模擬量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 模擬量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 參數(shù)名稱 所需點(diǎn)數(shù) 水泵出水口壓力 3 水泵吸收口真空度 3 水泵軸承溫度 3 電機(jī)軸承溫度 3 排水管的流量 2 水泵開停檢測(cè) 3 水倉(cāng)的水位 1 合計(jì) 18 表 數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 參數(shù)名稱 所需點(diǎn)數(shù) 控制模式選擇 2 急停 1 復(fù)位 1 水泵啟動(dòng)、停止 6 水泵的工作方式選擇 6 自動(dòng)、手動(dòng) 1 真空泵的選擇 1 真空泵啟動(dòng)、停止 2 排水閥開、關(guān) 12 排空閥開、關(guān) 12 數(shù)字液位開關(guān) 3 合計(jì) 47 表 通訊口數(shù)目統(tǒng)計(jì) 通訊口數(shù)目 通訊對(duì)象 所需點(diǎn)數(shù) 上位計(jì)算機(jī) 1 電量檢測(cè)模塊 1 合計(jì) 2 表 數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 27 數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 參數(shù)名稱 所需點(diǎn)數(shù) 水泵啟動(dòng)、停止 6 水泵運(yùn)行的指示 3 故障指示 1 急停指示 1 水位超限指示 1 報(bào)警 1 排水閥開、關(guān) 12 排空閥開、關(guān) 12 合計(jì) 37 從上面的幾個(gè)表我們可以統(tǒng)計(jì)出，數(shù)字量輸入點(diǎn)共有 47 個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn)共有 37個(gè)，模擬量輸入點(diǎn)有 18 個(gè)，通訊口共有 2 個(gè)，其中 PLC 與文本顯示器通過(guò) RS485 通信； PLC 和 PC 機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)通信， PLC 通信模塊的信息首先傳遞到地下光纖通信箱，然后通過(guò)光纖傳輸?shù)降孛婀饫w接線盒，再把用光端機(jī)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)的信號(hào)傳送交換機(jī)，供地面監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)使用。數(shù)字輸出 信號(hào)包括控制水泵起停信號(hào)、故障指示信號(hào)、水泵操作指令、控制排水閘閥和電磁閥開關(guān)的信號(hào)等。 按照系統(tǒng)的需求，礦井主排水控制系統(tǒng)的 PLC 主要包括數(shù)字量輸入、模擬輸入和數(shù)字量輸出三種信號(hào)。 PLC 的選型 根據(jù)煤礦安全監(jiān)管法規(guī)，礦用水泵必須有三 種工作方式即工作、備用和檢修。此外，主排水管路和副排水管路上都安裝了流量傳感器，正壓力傳感器安裝在每臺(tái)水泵的出水口處，負(fù)壓力傳感器安裝在水泵吸水口處來(lái)檢測(cè)水泵的真空度，1 水 泵 2 水 泵3 水 泵水 位 線水 倉(cāng)1 主排 水管2 副排 水管 2 電 動(dòng) 機(jī) 電 動(dòng) 機(jī)1 排水閘閥1 2 電 磁 閥3 4 5 6 電 磁 閥電 磁 閥排 空 管 道3 4 5 6 24 將溫度傳感器安裝在水泵和電機(jī)上來(lái)檢測(cè)電機(jī)軸承溫度和水泵軸承溫度。此外吸水管采用無(wú)底閥設(shè)計(jì)，在泵啟動(dòng)前使用真空泵把水泵排水腔和吸入管道中的氣體抽空，使得水泵葉輪能夠完全浸沒在水中，達(dá)到良好的排水。 23 3 主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 主排水自控系統(tǒng)主要設(shè)備選型 主要硬件選型 煤礦主排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩套排水管路，分 別為 1 主排水管路和 2 副排水管路。 22 停機(jī)過(guò)程 在水泵的作用下水倉(cāng)的水位逐漸下降，當(dāng)水位低于安全水平時(shí)，需要先關(guān)閉排水管的電動(dòng)閘閥，然后再關(guān)閉逆止閥，防止排水管中的水倒流到水倉(cāng)內(nèi)，然后關(guān)閉水泵電機(jī) ，使其停止工作。射流泵的工作會(huì)導(dǎo)致水泵入口處的真空度增加，離心泵的腔體會(huì)在大氣壓的作用下被配水井中的水注滿，當(dāng)水泵入口處的真空度達(dá)到要求后，水泵機(jī)組的電動(dòng)機(jī)觸電接通使水泵被開啟。 21 圖 射流泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1噴 嘴； 2吸入室； 3混合管； 4擴(kuò)散管； 5吸水管； 6壓出管 射流泵的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，成本低 工作可靠，無(wú)泄漏，無(wú)磨損，維護(hù)方便 可綜合利用，兼作反應(yīng)器、混合器等 能量轉(zhuǎn)換效率較低 射流泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地少、安裝容易、工作可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種常用的引水設(shè)備，適合井下排水設(shè)備使用。射流泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，根據(jù)礦井的地下環(huán)境和條件，射流泵的應(yīng)用更為普遍。 20 圖 離心式水泵工作系統(tǒng)圖 1水倉(cāng)； 2水泵； 3電動(dòng)閘閥； 4逆止閥； 5射流泵電磁閥； 6靜止水管； 7電機(jī)啟動(dòng)開關(guān)； 8電動(dòng)機(jī)； 9射流泵 射流泵的工作原理 引水設(shè)備一般為真空泵或射流泵。水泵相關(guān)聯(lián)設(shè)備主要包括各種傳感器和各種閥門。顯示操作臺(tái)由開關(guān)按鈕?？刂茖影≒LC 控制箱和顯示操作臺(tái)。 19 網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器上位機(jī) 打印機(jī)交換機(jī)光端機(jī) 光端機(jī)光纖接線盒光纖接線盒PLC 控制箱 顯示操作臺(tái)三個(gè)防爆攝像儀水泵及相關(guān)聯(lián)設(shè)備地面礦井8 芯光纜控制層現(xiàn)場(chǎng)層管理層 圖 井下主排水系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示，管理層中網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器與井下的防爆攝像儀通過(guò)以太網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)中央住水泵房工作情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 ，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、查詢等功能。 ，如高水位警報(bào)和其他故障警報(bào)。 ，可以根據(jù)水倉(cāng)水位的變化，控制開關(guān)閥來(lái)控制水泵的工作狀態(tài) 。 具體來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)具有以下功能： 。而手動(dòng)控制則需要操作員根據(jù)要求，按照一定順序來(lái)進(jìn)行水泵及其相關(guān)設(shè)備的 開?？刂啤? 主排水控制系統(tǒng) 排水系統(tǒng)原理 在手動(dòng)控制排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，使排水系統(tǒng)具備手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，達(dá)到智能工作的目的。 7)設(shè)置停止模式下的輸出值 有些情況下，為了安全等方 面的原因，需要設(shè)置在停止?fàn)顟B(tài)下 PLC的輸出值。 6)高速 I/O S7200 PLC 具有集成的高速計(jì)數(shù)功能，它能夠?qū)ν獠扛咚偈录?jì)數(shù)而不影響 CPU 的性能。這些電位器可以完成很多功能，如更新定時(shí)器、計(jì)時(shí)器的設(shè)定值、修改限定值等。當(dāng)一個(gè)輸入點(diǎn)設(shè)置了脈沖捕捉功能后，輸入點(diǎn)的狀態(tài)變化被鎖存并一直保持到下一個(gè)掃描采樣階段，這就保證了一個(gè)持續(xù)時(shí)間很短的脈沖 信號(hào)能被捕捉到。延遲時(shí)間可有助于濾除輸入雜波，減少輸入狀態(tài)發(fā)生意外改變的可能性。 2)立即讀寫 I/O S7200 PLC 提供有立即讀寫物理 I/O 點(diǎn)的指令，使用這些指令可以直接訪問真正的輸入 /輸出點(diǎn)，而不必使用映像寄存器作為源地址和目的地址來(lái)訪問I/O。只有保持型定時(shí)器可以設(shè)為設(shè)為掉電保護(hù)的，對(duì)計(jì)數(shù)器和定時(shí)器來(lái)說(shuō)，只有當(dāng)前值可以保持，它們的位不能保持。 二． S7200 的幾個(gè)特性 1)定義掉電保護(hù) S7200 PLC 允許用戶定義掉電保護(hù)區(qū)的地址范圍，這些元件包括： V、M、 C、 T。因?yàn)镻LC 是通過(guò)程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語(yǔ)言，且都具有強(qiáng)制和仿真的功能，故程序的設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都很方便，這樣大大縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。 、施工和調(diào)試的周期短 采用 PLC 控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已經(jīng)商 16 品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作 也可以在 PLC 到貨前進(jìn)行，因而縮減了設(shè)計(jì)周期。 ，成本低 現(xiàn)在 PLC 幾乎可以滿足所有工業(yè)控制領(lǐng)域的需要。 ，易于使用 PLC 是面向底層用戶的智能控制器，因此其最初的目的就是取代繼電器邏輯，所以在 PLC 誕生之時(shí)，其設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，其編程語(yǔ)言采用可和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中電氣原理圖類似的梯形圖語(yǔ)言。同一個(gè) PLC 裝置用于不同的控制對(duì)象，只是輸入 /輸出組件和應(yīng)用軟件不同。對(duì)于需要擴(kuò)展的系統(tǒng)只要選好擴(kuò)展模塊，進(jìn)過(guò)簡(jiǎn)單的連接即可。 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件完成，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯器件和繁雜的連線軟件被軟件程序取代，所以 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性就大大提高。 PLC 的 功能特點(diǎn) 一． PLC 鮮明的特點(diǎn) ，可靠性高 針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境因素，為提高抗干擾能力， PLC 在硬件和軟件方面都采取了許多措施。對(duì)元件映像寄存器來(lái)說(shuō)，每一個(gè)元件的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而刷新。 二、 程序執(zhí)行階段 進(jìn)入到程序執(zhí)行階段后，一般來(lái)說(shuō)， PLC 按從左到右的、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。接著系統(tǒng)進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無(wú)論輸入信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。這個(gè)過(guò)程主要分為三個(gè)階段即，輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段 ，這三個(gè)階段是 PLC 工作過(guò)程的中心內(nèi)容，也是 PLC 工作原 13 理的實(shí)質(zhì)所在。PLC 所采用的開關(guān)電源輸入電壓范圍寬、體積小、效率高、抗干擾能力強(qiáng)。輸入 /輸出接口單元可以分為兩個(gè)部分：一部分是與被控設(shè)備 相連的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。用戶存儲(chǔ)器的大小關(guān)系到用戶程序容量的大小，是反應(yīng) PLC 性能的重要指標(biāo)之一。用戶程序存儲(chǔ)器來(lái)存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù)用規(guī)定的 PLC 編程語(yǔ)言編寫的應(yīng)用程序。系統(tǒng)程序主要包括三個(gè)部分：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用管理程序。 二 、存儲(chǔ)器 PLC 的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩個(gè)部分。 CPU 通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入 /輸出接口電路相連接。 PLC 專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要與 CPU、電源、儲(chǔ)存器和專門設(shè)計(jì)的輸入 /輸出接口電路等組成。 11 的系統(tǒng)組成 PLC 種類繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。國(guó)外工業(yè)界在 1980年正式將其命名為可編程控制器，簡(jiǎn)稱 PC。 20 世紀(jì) 60 年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，人們?cè)?jīng)試圖利用小型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的要求，但由于價(jià)格昂貴、編程復(fù)雜等原因一直沒有大規(guī)模的推廣應(yīng)用。 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展 20 世紀(jì) 20 年代起，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸電按照一定的邏輯關(guān)系 連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，控制各種機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P(guān)的設(shè)備是根據(jù)易于工業(yè)控制系統(tǒng)和擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)的一個(gè)有機(jī)整體。然后分別介紹了煤礦井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的研究狀況，最后根據(jù)目前煤礦排水系統(tǒng)所面臨的的問題，提出本文研究的主要內(nèi)容。 ，啟動(dòng)故障處理功能。 “避峰填谷 ”的原則啟停水泵。主要研究?jī)?nèi)容包括： PLC