【正文】 PROFIBUSDP 的特點：代替 PLC/PC 與 I/O 之間昂貴的電線；快速，傳輸 1 千字節(jié)的輸入數(shù)據(jù)和 1千字節(jié)的輸出數(shù)據(jù)所需時間2 ms；強有力的工具，減少組態(tài)和維護費用；被所有主要的 PLC 制造商支持；有廣泛的產(chǎn)品：PLC, PC, I/O, 驅動器, 編碼器等；允許周期性和非周期性的數(shù)據(jù)傳輸；單主和多主網(wǎng)絡；每個站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最多可達 244 字節(jié)。與標準4～20mA 控制不同，PROFIBUS能夠在由一根雙絞線電纜組成的單一總線網(wǎng)段上，支持32個工作站。這種網(wǎng)絡能夠支持32個節(jié)點，最高運行速度為12Mbps。ET200M通過RPOFIBUSDP與PLC控制柜連接通信。 ET200M由以下部分組成 ： IM153接口：用于與PROFIBUSDP現(xiàn)場總線的連接 ； 各種I/O模塊：用總線連接器連接或插入在有源總線模塊內, 總線連接器設計，在運行過程中不能更換模塊； 有源總線模塊設計，在運行過程中能更換模塊；電源(如有必要) ； S7300自動化單元的所有I/O模塊：都可應用(功能和通信模塊只用于SIMATIC S7/M7主設備)； HART模塊 。最大數(shù)據(jù)傳輸速率為12M位/S。它也適宜于與冗余系統(tǒng)一起使用。由于模塊的種類眾多，ET200M尤其適用于復雜的自動化任務。 ET200M是高密度配置的模塊化I/O站，保護等級為IP20。且與SIMATIC S7300 I/O模塊及功能模塊兼容，安全性高。S7300系列PLC就配有專用電源模塊PS 307。與普通電源相比，PLC電源穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。同一PLC系統(tǒng)的各種不同應用場合的用戶程序可以分別寫入到幾片EPROM中，在改變系統(tǒng)的工作方式時只要更換EPROM就可以了。EPROM寫入器EPROM寫入器用來把用戶程序寫入到EPROM中去。盒式磁帶錄音機和磁盤驅動器可能在編程器系統(tǒng)之內，也可能是單獨的裝置，由編程器或其它智能模塊向它們提供接口。存儲在它們里面的信息可以長期保存。有時用磁帶和磁盤來存儲PLC的用戶程序。用于PLC控制系統(tǒng)的最高級、最復雜的人機接口是一種“智能”終端，它有自己的微處理器和存儲器，能夠與操作人員快速地交換信息，并通過通信接口與PLC相連，它可以作為本地通信網(wǎng)絡的接口。操作員接口用于實現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)之間的對話，人機接口的最簡單和最普通的形式是由安裝在控制臺上的按鈕、轉換開關、指示燈、LED數(shù)字顯示器和聲光報警器等元件組成。由于系統(tǒng)程序用戶不可改變，因而PLC產(chǎn)品樣本或使用說明書中所列存儲器容量，系指用戶程序和數(shù)據(jù)存儲器而言。在掉電時可以保持數(shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱保持數(shù)據(jù)區(qū)。在PLC系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有輸入輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)、計數(shù)器、定時器、輔助繼電器等邏輯部件，這些部件的設定值和當前值是根據(jù)用戶程序的初始設置和運行狀況而確定的。工作數(shù)據(jù)是PLC在應用過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。用戶程序一般存放于帶有后備電池的CMOS靜態(tài)RAM、紫外線可擦的EPROM和電可改寫的EEPROM中。系統(tǒng)程序關系到PLC的性能，用戶不能訪問，修改這一部分存儲器的內容。系統(tǒng)程序是由PLC的制造廠家在研制系統(tǒng)時確定的，和機器的硬件組成有關，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調用管理、邏輯運算、通信和各種參數(shù)設定等功能。QI和QV實際上是同一個端子。采用2線回路時，S+和S可以保持開路，但是輸出精度不如4線回路高。如圖45所示，檢測線S+和S直接接到負載上。在輸出電壓時，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負載相連。SM331有812位和212位兩種規(guī)格型號模塊。20mA以內的電流信號。5V，1～5V等。10V以內的大電壓信號，如：177。1000MV以內的小電壓信號，由于電阻和熱電偶信號均屬于這個范圍，所以“A”位置適用于它們。模擬量模塊都裝有量程模塊，調整量程塊的插入位置可改變模塊的硬件結構。被測模擬量的精度是所設定的積分時間的正函數(shù)，也即積分時間越長，被測值的精度越高。SM331模擬量輸入模塊主要由A/D轉換部件、模擬切換開關、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。繼電器觸點輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊，其額定負載電壓范圍較寬，直流可以從24V到120V，交流可以從48V到230V。晶體管輸出方式的模塊，只能帶直流負載，屬于直流輸出模塊，沒有反極性保護措施，輸出具有短路保護功能，使用于驅動電磁閥和直流接觸器。按負載回路使用的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。數(shù)字量輸入模塊SM321有直流16點輸入、直流32點輸入、交流16點輸入、交流8點輸入四種型號模塊可供選擇。對于現(xiàn)場輸入元件，僅需要提供開關觸點即可。I/O單元的主要類型有：數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。PLC提供了多種操作電平和驅動能力的I/O單元，有各種各樣的I/O單元供用戶選用。通過I/O接口可以檢測被控對象或被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為PLC對被控對象進行控制的信息依據(jù)。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換。另一個是位處理器，也稱為布爾處理器，是一些廠家設計制造的專用芯片。一般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)。 圖54 S7300PLC系統(tǒng)構成框圖一、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，使其具有極高的可靠性，極其適合本系統(tǒng)的需求。它的系統(tǒng)構成如圖54所示。 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)。滿足設計需要。內置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。 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。（3） 響應速度PLC是為工業(yè)自動化而設計的通用控制器，不同檔次的PLC的響應速度一般能滿足起應用范圍內的需要。 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。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。（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)估算值的基礎上計算對PLC存儲器容量的需求。考慮裕量后的I/O總點數(shù)即為I/O點數(shù)估計值。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。PLC柜上設有該泵的禁止啟動按鈕，設備檢修時，可防止其他人員誤操作，以保證系統(tǒng)安全可靠。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。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，并為礦領導提供生產(chǎn)決策信息。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，對井下用電負荷的監(jiān)測量、電機電流和水泵瞬時負荷及累計負荷量、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)可在觸摸屏上設置），以提醒工作人員及時檢修，避免水泵和電機損壞。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。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。流量保護：當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，自動轉換為啟動另一臺水泵。要實現(xiàn)“避峰填谷”，需調度各水泵在用電的“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。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(jīng)及時發(fā)現(xiàn)，當工作泵出現(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)程序設計了3臺泵自動輪換工作控制，控制程序將水泵啟停次數(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(xiàn)、早處理，以免影響礦井安全生產(chǎn)的目的。A/D變換的精度取決于A/D變換器的位數(shù)。 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轉換），其變換速度由采樣定律確定。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。數(shù)據(jù)自動采集主要由PLC實現(xiàn)，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。 PLC地址分配和實現(xiàn)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(shù)據(jù)自動采集與檢測 數(shù)據(jù)自動采集與檢測主要分為兩類：模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)。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。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。這步操作稱為輸出狀態(tài)刷新。當CPU采樣時輸入信號由緩沖區(qū)進入映像區(qū)，這就是數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)刷新；同樣道理，CPU不能直接驅動負載。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。PLC的基本工作過程為： 圖 PLC工作原理示意圖1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(xiàn)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。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