【正文】 5V， 1～ 5V 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢。10V 以內(nèi)的大電壓信號(hào)，如： 177。1000MV 以內(nèi)的小電壓信號(hào)，由于電阻和熱電偶信號(hào)均屬于這個(gè)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(diào)整量程塊的插入位置可改變模塊的硬件結(jié)構(gòu)。被測(cè)模擬量的精度是所設(shè)定的積分時(shí)間的正函數(shù)，也即積分時(shí)間越長(zhǎng)，被測(cè)值的精度越高。 SM331 模擬量輸入模塊主要由 A/D 轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。繼電器觸點(diǎn)輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊，其額定負(fù)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(fù)載，屬于直流輸出模塊，沒有反極性保護(hù)措施，輸出具有短路保護(hù)功能，使用于驅(qū)動(dòng)電磁閥和直流接觸器。按負(fù)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(diǎn)輸入、直流 32 點(diǎn)輸入、交流 16 點(diǎn)輸入、交流 8 點(diǎn)輸入四種型號(hào)模塊可供選擇。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)輸入元件，僅需要提供開關(guān)觸點(diǎn)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(qū)動(dòng)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(cè)被控 對(duì)象或被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為 PLC 對(duì)被控對(duì)象進(jìn)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(jī)器操作系統(tǒng)的管理下實(shí)現(xiàn) PLC編程語(yǔ)言向機(jī)器語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換。另一個(gè)是位處理器，也 稱為布爾處理器，是一些廠家設(shè)計(jì)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 41 S7300PLC 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 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(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，再加上其全面 的診斷功能和完善的自我保護(hù)技術(shù)，使其具有極高的可靠性，極其適合本系統(tǒng)的需求。 S7300 系列 PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種單獨(dú)模塊之間可以 進(jìn)行廣泛組合和擴(kuò)展。不論投入幾臺(tái)水泵，水位必須下降至低限水位方可停泵。當(dāng)水位繼續(xù)上升至超限水位時(shí)，則不論電網(wǎng)負(fù)荷若何，必須立即啟動(dòng)水泵。如今全國(guó)大部分地區(qū)已經(jīng)實(shí)行電價(jià)分段收費(fèi)，峰段與谷段的差價(jià)是相當(dāng)大的，所以針對(duì)水泵機(jī)組是郝能大戶這一事實(shí)，實(shí)施電價(jià)避峰填谷是非常有意義的，可以節(jié)省大量的成本。當(dāng)某臺(tái)水泵或其所屬閥門故障或檢修時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)該泵退出輪換，其余各泵仍按輪換工作制運(yùn)行，以達(dá)到均勻磨損的目的。 水泵的合理調(diào)度應(yīng)包括如下幾個(gè)方面； 1）根據(jù)水倉(cāng)水位啟動(dòng)或停止水 泵； 2)根據(jù)礦井的涌水量控制水泵運(yùn)行的臺(tái)數(shù)； 3）控制各臺(tái)水泵輪流工作 ,使其磨損程度均等； 機(jī)組均勻磨損：由于水泵機(jī)組一般有 5 臺(tái) ，為了防止因備用泵或者管路長(zhǎng)期不用而使電機(jī)受潮或者其他故障而未被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)緊急情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全，本自動(dòng)控制系統(tǒng)按 “輪換工作制 ”來設(shè)計(jì)，以達(dá)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。 泵房?jī)?nèi)的吸水小井與水倉(cāng)相連 ,通過在吸水井設(shè)置水位傳感器 ,控制系統(tǒng)據(jù)此和其它參數(shù)合理調(diào)度水泵。 系統(tǒng)具有就地控制、半自動(dòng)的集中控制和遠(yuǎn)方控制、全自動(dòng)控制三種方式的選擇。 具有參數(shù)越限報(bào)警、故障報(bào)警以及自動(dòng)保護(hù)等功能。 檢測(cè)水泵及其電機(jī)的工作參數(shù)。 控制各泵輪流工作 ,使每臺(tái)磨損程度均等。 運(yùn)行參數(shù)的檢測(cè) 通過傳感器和變送器 ,可檢測(cè)水泵排水流量、軸溫、轉(zhuǎn)速、電機(jī)溫度、電流、功率等水泵與電機(jī)的工作參數(shù) ,以監(jiān)測(cè)水泵機(jī)組的運(yùn)行狀況 ,并適時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。如采用模擬量壓力表 ,可提高系統(tǒng)的可靠性 ,并可連續(xù)檢測(cè)壓力隨電動(dòng)閥打開時(shí)的變化情況 ,為水泵效率及工況的測(cè)量提供條件。自動(dòng)控制時(shí) ,只需將控制信號(hào)接入啟動(dòng)柜并將狀態(tài)信號(hào)返回控制系統(tǒng)即可。通過檢測(cè)水泵及吸水管的真空度可得知其充滿水否。這種方式通常由兩套抽真空系統(tǒng)組成 ,一為射流泵系統(tǒng)、二為電動(dòng)真空泵系統(tǒng) ,兩者由管路并聯(lián)使用 ,通過閥門可相互切換。 單臺(tái)水泵自動(dòng)啟停的實(shí)現(xiàn) 單臺(tái)水泵自動(dòng)啟動(dòng)的過程為 :啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)、檢測(cè)真空度、啟泵、檢測(cè)水泵出水口壓力、打開水泵出水口電動(dòng)閥。 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)通過檢測(cè)水倉(cāng)水位和其它參數(shù) ,并依據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型 ,實(shí)現(xiàn) “避峰用 谷 ”,合理調(diào)度水泵運(yùn)行。 故障復(fù)位：故障排除后，需將故障泵復(fù)位后才能重新投入使用，點(diǎn)擊操作界面上按鈕，跳出復(fù)位確認(rèn)對(duì)話框，點(diǎn)擊 按鈕，完成故障復(fù)位，對(duì)應(yīng)水泵機(jī)組重新投入使用。 系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)后自動(dòng)停止故障泵，運(yùn)行狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至故障狀態(tài)，同時(shí)給出報(bào)警提示。保護(hù)流程可參考監(jiān)控原理部分給出的流程圖。當(dāng)運(yùn)行 中水泵出現(xiàn)故障時(shí)，啟動(dòng)下一臺(tái)水泵。在平時(shí)當(dāng)水位超過上限時(shí)啟動(dòng)水泵，谷時(shí)的時(shí)候判斷水倉(cāng)里的蓄水需要多久能夠抽完，并將該時(shí)間與谷時(shí)結(jié)束前所剩時(shí)間進(jìn)行比較，滿足要求則啟動(dòng)水泵，確保在谷時(shí)結(jié)束時(shí)將水位抽到最低，谷時(shí)結(jié)束后進(jìn)行蓄水。 2)全自動(dòng)控制 水泵就地控制箱上按鈕旋至全自動(dòng)，則對(duì)應(yīng)水泵處于全自動(dòng)狀態(tài)，水泵將按照排水用時(shí)測(cè)算以及用電峰谷時(shí)段的劃分等條件自動(dòng)啟動(dòng) /停止水泵。水泵分閘成功后，主排水管壓力降低，流量減小， 當(dāng)流量小于 50 立方米 /小時(shí)，系統(tǒng)水流顯示信息關(guān)閉，表示系統(tǒng)停止成 功。此時(shí)流量值繼續(xù)增大，當(dāng)流量值超過 50 立方米 /小時(shí)，主排水管上顯示水流信息，水泵正常啟動(dòng)。當(dāng)主排水泵開關(guān)合上后，電機(jī)啟動(dòng)，然后短路電抗器合閘，此時(shí)水泵上可顯示旋轉(zhuǎn)的 ，當(dāng)出現(xiàn)該圖 形并且轉(zhuǎn)動(dòng)表示水泵合閘成功。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 17 系統(tǒng)啟動(dòng)過程中信息顯示說明圖 該按鈕是系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕，當(dāng)該按鈕可用時(shí)，點(diǎn)擊該按鈕可實(shí)現(xiàn)水泵半自動(dòng)遠(yuǎn)程控制啟停，在點(diǎn)擊啟動(dòng)或停止按鈕時(shí)都會(huì) 彈出一個(gè)確認(rèn)窗口，這個(gè)窗口可 對(duì)前一動(dòng)作進(jìn)行確認(rèn)或是取消，當(dāng)操作命令下發(fā)成功后則會(huì)根據(jù)返回信息彈出一個(gè)提示操作成功的框口，若是命令下發(fā)失敗后則會(huì)彈出一個(gè)提示操作失敗的窗口水泵也不會(huì)啟動(dòng)。此方式主要用于設(shè)備檢修時(shí)。 就地集中控制方式 此種方式下 ,操作人員可在 PLC 控制柜觸摸屛上實(shí)現(xiàn)一鍵開泵 ,程序自動(dòng)執(zhí)行啟泵的全過程 ,可大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 ,提高操作的可靠性。通過接口向上傳送數(shù)據(jù)，對(duì)全礦井涌水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)全礦井供電負(fù)荷調(diào)整要求，按預(yù)定的工作程序進(jìn)行定期排水，實(shí)現(xiàn)礦井排水優(yōu)化控制。運(yùn)行方式顯示在水泵操作界面的左上角。若沒有關(guān)閉電動(dòng)閘閥就將高壓開關(guān)柜分閘，則會(huì)發(fā)生水 錘現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)將管路中的逆止閥打壞，造成嚴(yán)重后果。 系統(tǒng)運(yùn)行方式水泵系統(tǒng)工作原理 開泵工作過程：?jiǎn)闻_(tái)水泵自動(dòng)啟動(dòng)的過程為 : 單臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)首先要對(duì)真空度進(jìn)行檢測(cè)，啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)（開啟球閥），如果真空度達(dá)到要求（即達(dá)到 21Ka），將高壓開關(guān)合閘，啟泵（同時(shí)串入電抗器，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速切除）電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，再檢測(cè)水泵出 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 15 水口處的壓力，如果壓力達(dá)到水泵的額定壓力（ ），即可以打開電動(dòng)閘閥。地面集控系統(tǒng)與集中控制柜通過光纖以太網(wǎng)相連，實(shí) 現(xiàn)水泵系統(tǒng)的遙測(cè)、遙控，集中控制柜安裝于井下變電所內(nèi)。 （ 3） PLC 集中控制柜：集中控制柜由 S7300PLC 系統(tǒng)構(gòu)成，將多臺(tái)就地控制柜通過 MPI 網(wǎng)絡(luò)連成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)各水泵的聯(lián)機(jī)控制。 （ 2） PLC 就地控制柜由 S7300PLC 系統(tǒng)構(gòu)成，完成水泵自動(dòng)開 /停所需的模擬量及狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)并發(fā)出控制命令，控制各個(gè)相應(yīng)閥門及電機(jī)動(dòng)作。由此得出， AIW0 的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實(shí)際壓力值（單位為 KPa）的計(jì)算公式為： VW0 的值＝ (AIW0 的值－ 6400)(5000－ 100)/(32020－ 6400)＋ 100（單位： KPa） 開關(guān)量檢測(cè)部分 將高壓?jiǎn)?dòng)柜中的真空斷路器狀態(tài)、電抗柜中的真空接觸狀態(tài)、電動(dòng)閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)等開關(guān)量信號(hào)接入 PLC 控制系統(tǒng)中，可檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。為了讓您方便地理解，我們?cè)倥e一個(gè)例子： 某壓力變送器，當(dāng)壓力達(dá)到滿量程 5MPa 時(shí)，壓力變送器的輸出電流是 20mA， AIW0的數(shù)值是 32020。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 14 又如，某溫度傳感器，－ 10—60℃ 與 4—20mA 相對(duì)應(yīng)，以 T 表示溫度值， AIW0為 PLC 模擬量采樣值，則根據(jù)上式直接代入得出： T=70（ AIW0－ 6400）／ 25600－ 10 可以用 T 直接顯示溫度值。將該方程式逆變換，得出函數(shù)關(guān)系 D＝ f（ A）可以表示為數(shù)學(xué)方程： D＝（ A－ A0） （ Dm－ D0）／（ Am－ A0）＋ D0。 表 模擬量值和 A/D 轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換 假設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是 A0—Am（如： 4—20mA）， A/D 轉(zhuǎn)換后數(shù)值為 D0—Dm（如： 6400—32020），設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是 A， A/D 轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)值為 D，由于是線性關(guān)系，函數(shù)關(guān)系 A＝ f（ D）可以表示為數(shù)學(xué)方程： A＝（ D－ D0） （ Am－ A0）／（ Dm－ D0）＋ A0。每個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊至少占兩個(gè)通道，即使第一個(gè)模塊只有一個(gè)輸出 AQW0,第二個(gè)模塊模擬量輸出地址也應(yīng)從 AQW4開始尋址，以此類推。模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個(gè)字長(zhǎng)，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始。 3. EM235 輸出數(shù)據(jù)字格式 圖 表 給出了 12 位數(shù)據(jù)值在 CPU 的模擬量輸出字中的位置： 表 數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換器（ DAC）的 12 位讀數(shù)在其輸出格式中是左端對(duì)齊的，最高有效位是符號(hào)位， 0 表示正值。在單極性格式中， 3 個(gè)連續(xù)的 0 使得模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（ ADC）每變化 1 個(gè)單位，數(shù)據(jù)字則以 8 個(gè)單位變化。 2. EM235 輸入數(shù)據(jù)字格式 下 表 給出了 12 位數(shù)據(jù)值在 CPU 的模擬量輸入字中的位置 表 可見，模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（ ADC）的 12 位讀數(shù)是左對(duì)齊的。 5）調(diào)節(jié) GAIN（增益）電位計(jì)，直到讀數(shù)為 32020 或所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。10V 5mV 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 12 3）調(diào)節(jié) OFFSET（偏置）電位計(jì)，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。 OFF ON OFF OFF OFF OFF 177。500 250μV OFF OFF ON OFF ON OFF 177。100mV 50μV ON OFF OFF OFF ON OFF 177。25mV OFF ON OFF ON OFF OFF 177。 2）接通 CPU 和模塊電源，使模塊穩(wěn)定 15 分鐘。其實(shí)出廠前已經(jīng)進(jìn)行了輸入校準(zhǔn)，如果OFFSET 和 GAIN 電位器已被重新調(diào)整，需要重新進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。也就是說開關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個(gè)模塊，開關(guān)設(shè)置也只有在重新上電后才能生效。 SW4 和 SW5 決定輸入模擬量的增益選擇，而 SW1， SW2， SW3 共同決定了模擬量的衰減選擇。10V 電流輸出 0～ 20mA 數(shù)據(jù)字格式 電壓 32020～ +32020 電流 0～ 32020 分辨率電流 電壓 12 位 電流 11 位 表 下表說明如何用 DIP 開關(guān)設(shè)置 EM235 擴(kuò)展模塊，開 關(guān) 1 到 6 可選擇輸入模擬量的單/雙極性、增益和衰減。50mV 177。250mV 177。1V 177。5V 177。 EM235 的常用技術(shù)參數(shù) 如下表 模擬量輸入特性 模擬量輸入點(diǎn)數(shù) 4 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ）