【正文】 之后統(tǒng)計了系統(tǒng)輸入輸出的點數(shù)，根據(jù)點數(shù)選擇對 PLC 模塊進行類型并對各個模塊的端口進行定義，最后給出系統(tǒng)硬件的接線圖，為系統(tǒng)軟件的設計打好基礎。數(shù)字輸入和輸出連接到中間繼電器來實現(xiàn)隔離保護和抑制信號干擾。 28 各模塊地址分配 PLC 的 I/O 端口對應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應，不然會因為邏輯混亂而使系統(tǒng)無法正常工作。 25 圖 PLC 各模塊信號連接圖 根據(jù)上圖，詳細統(tǒng)計出 PLC 所需的模擬量輸入點數(shù)，數(shù)字量輸入、輸出點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、停止排水排空閘閥開關到位主、副真空泵選擇水泵工作方式選擇真空泵啟動、停止液位開關水泵開停檢測排水管流量水泵入水口負壓水泵出水口正壓水泵軸承溫度電機軸承溫度水倉的水位數(shù) 字 量 輸 出 模 塊通 信 模 塊水泵啟動、停止水泵運行指示電動閘閥控制信號電磁閥控制信號故障警報水位超限指示急停指示電量檢測模塊上位監(jiān)控計算機 26 數(shù)和通訊模塊點數(shù)，見表 表 模擬量輸入點數(shù)統(tǒng)計 模擬量輸入點數(shù)統(tǒng)計 參數(shù)名稱 所需點數(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 電機軸承溫度 3 排水管的流量 2 水泵開停檢測 3 水倉的水位 1 合計 18 表 數(shù)字量輸入點數(shù)統(tǒng)計 數(shù)字量輸入點數(shù)統(tǒng)計 參數(shù)名稱 所需點數(shù) 控制模式選擇 2 急停 1 復位 1 水泵啟動、停止 6 水泵的工作方式選擇 6 自動、手動 1 真空泵的選擇 1 真空泵啟動、停止 2 排水閥開、關 12 排空閥開、關 12 數(shù)字液位開關 3 合計 47 表 通訊口數(shù)目統(tǒng)計 通訊口數(shù)目 通訊對象 所需點數(shù) 上位計算機 1 電量檢測模塊 1 合計 2 表 數(shù)字量輸出點數(shù)統(tǒng)計 27 數(shù)字量輸出點數(shù)統(tǒng)計 參數(shù)名稱 所需點數(shù) 水泵啟動、停止 6 水泵運行的指示 3 故障指示 1 急停指示 1 水位超限指示 1 報警 1 排水閥開、關 12 排空閥開、關 12 合計 37 從上面的幾個表我們可以統(tǒng)計出，數(shù)字量輸入點共有 47 個，數(shù)字量輸出點共有 37個，模擬量輸入點有 18 個，通訊口共有 2 個，其中 PLC 與文本顯示器通過 RS485 通信； PLC 和 PC 機通過工業(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，然后通過光纖傳輸?shù)降孛婀饫w接線盒，再把用光端機轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)的信號傳送交換機，供地面監(jiān)測和控制系統(tǒng)使用。數(shù)字輸出 信號包括控制水泵起停信號、故障指示信號、水泵操作指令、控制排水閘閥和電磁閥開關的信號等。 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。 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水泵的出水口處，負壓力傳感器安裝在水泵吸水口處來檢測水泵的真空度，1 水 泵 2 水 泵3 水 泵水 位 線水 倉1 主排 水管2 副排 水管 2 電 動 機 電 動 機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上來檢測電機軸承溫度和水泵軸承溫度。此外吸水管采用無底閥設計，在泵啟動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，達到良好的排水。 23 3 主排水自動控制系統(tǒng)的硬件設計 主排水自控系統(tǒng)主要設備選型 主要硬件選型 煤礦主排水系統(tǒng)設計了兩套排水管路，分 別為 1 主排水管路和 2 副排水管路。 22 停機過程 在水泵的作用下水倉的水位逐漸下降，當水位低于安全水平時，需要先關閉排水管的電動閘閥，然后再關閉逆止閥，防止排水管中的水倒流到水倉內(nèi)，然后關閉水泵電機 ，使其停止工作。射流泵的工作會導致水泵入口處的真空度增加，離心泵的腔體會在大氣壓的作用下被配水井中的水注滿，當水泵入口處的真空度達到要求后，水泵機組的電動機觸電接通使水泵被開啟。 21 圖 射流泵系統(tǒng)結構 1噴 嘴； 2吸入室； 3混合管； 4擴散管； 5吸水管； 6壓出管 射流泵的特點 結構簡單，加工容易，成本低 工作可靠，無泄漏，無磨損，維護方便 可綜合利用，兼作反應器、混合器等 能量轉(zhuǎn)換效率較低 射流泵具有結構簡單、占地少、安裝容易、工作可靠、維護方便等優(yōu)點，是一種常用的引水設備，適合井下排水設備使用。射流泵的結構簡單，操作方便，根據(jù)礦井的地下環(huán)境和條件，射流泵的應用更為普遍。 20 圖 離心式水泵工作系統(tǒng)圖 1水倉； 2水泵； 3電動閘閥； 4逆止閥； 5射流泵電磁閥； 6靜止水管； 7電機啟動開關； 8電動機； 9射流泵 射流泵的工作原理 引水設備一般為真空泵或射流泵。水泵相關聯(lián)設備主要包括各種傳感器和各種閥門。顯示操作臺由開關按鈕。控制層包括PLC 控制箱和顯示操作臺。 19 網(wǎng)絡視頻服務器上位機 打印機交換機光端機 光端機光纖接線盒光纖接線盒PLC 控制箱 顯示操作臺三個防爆攝像儀水泵及相關聯(lián)設備地面礦井8 芯光纜控制層現(xiàn)場層管理層 圖 井下主排水系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)結構圖 如圖 所示，管理層中網(wǎng)絡視頻服務器與井下的防爆攝像儀通過以太網(wǎng)通信，實現(xiàn)對中央住水泵房工作情況的實時監(jiān)控。 ，實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、查詢等功能。 ，如高水位警報和其他故障警報。 ，可以根據(jù)水倉水位的變化，控制開關閥來控制水泵的工作狀態(tài) 。 具體來說，系統(tǒng)具有以下功能： 。而手動控制則需要操作員根據(jù)要求，按照一定順序來進行水泵及其相關設備的 開?？刂?。 主排水控制系統(tǒng) 排水系統(tǒng)原理 在手動控制排水系統(tǒng)的基礎上加以改進，使排水系統(tǒng)具備手動和自動兩種控制方式，達到智能工作的目的。 7)設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，需要設置在停止狀態(tài)下 PLC的輸出值。 6)高速 I/O S7200 PLC 具有集成的高速計數(shù)功能，它能夠?qū)ν獠扛咚偈录嫈?shù)而不影響 CPU 的性能。這些電位器可以完成很多功能，如更新定時器、計時器的設定值、修改限定值等。當一個輸入點設置了脈沖捕捉功能后，輸入點的狀態(tài)變化被鎖存并一直保持到下一個掃描采樣階段，這就保證了一個持續(xù)時間很短的脈沖 信號能被捕捉到。延遲時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 點的指令，使用這些指令可以直接訪問真正的輸入 /輸出點，而不必使用映像寄存器作為源地址和目的地址來訪問I/O。只有保持型定時器可以設為設為掉電保護的，對計數(shù)器和定時器來說，只有當前值可以保持，它們的位不能保持。 二． S7200 的幾個特性 1)定義掉電保護 S7200 PLC 允許用戶定義掉電保護區(qū)的地址范圍，這些元件包括： V、M、 C、 T。因為PLC 是通過程序完成控制任務的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言，且都具有強制和仿真的功能，故程序的設計、修改和調(diào)試都很方便，這樣大大縮短設計和投運周期。 、施工和調(diào)試的周期短 采用 PLC 控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結構，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 到貨前進行，因而縮減了設計周期。 ，成本低 現(xiàn)在 PLC 幾乎可以滿足所有工業(yè)控制領域的需要。 ，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，其設計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術人員的技能和習慣，其編程語言采用可和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中電氣原理圖類似的梯形圖語言。同一個 PLC 裝置用于不同的控制對象，只是輸入 /輸出組件和應用軟件不同。對于需要擴展的系統(tǒng)只要選好擴展模塊，進過簡單的連接即可。 PLC 采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件完成，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 一． PLC 鮮明的特點 ，可靠性高 針對工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(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。對元件映像寄存器來說，每一個元件的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而刷新。 二、 程序執(zhí)行階段 進入到程序執(zhí)行階段后，一般來說， 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，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。這個過程主要分為三個階段即，輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段 ，這三個階段是 PLC 工作過程的中心內(nèi)容，也是 PLC 工作原 13 理的實質(zhì)所在。PLC 所采用的開關電源輸入電壓范圍寬、體積小、效率高、抗干擾能力強。輸入 /輸出接口單元可以分為兩個部分：一部分是與被控設備 相連的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。用戶存儲器的大小關系到用戶程序容量的大小，是反應 PLC 性能的重要指標之一。用戶程序存儲器來存放用戶針對具體控制任務用規(guī)定的 PLC 編程語言編寫的應用程序。系統(tǒng)程序主要包括三個部分：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和標準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用管理程序。 二 、存儲器 PLC 的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩個部分。 CPU 通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入 /輸出接口電路相連接。 PLC 專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，采用典型的計算機結構，它主要與 CPU、電源、儲存器和專門設計的輸入 /輸出接口電路等組成。 11 的系統(tǒng)組成 PLC 種類繁多，但其組成結構和工作原理基本相同。國外工業(yè)界在 1980年正式將其命名為可編程控制器，簡稱 PC。 20 世紀 60 年代，由于小型計算機的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，人們曾經(jīng)試圖利用小型計算機來實現(xiàn)工業(yè)控制的要求，但由于價格昂貴、編程復雜等原因一直沒有大規(guī)模的推廣應用。 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展 20 世紀 20 年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸電按照一定的邏輯關系 連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種機械，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的設備是根據(jù)易于工業(yè)控制系統(tǒng)和擴充的原則設計的一個有機整體。然后分別介紹了煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)在國內(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。 ，啟動故障處理功能。 “避峰填谷 ”的原則啟停水泵。主要研究內(nèi)容包括： PLC