【正文】 標(biāo)準(zhǔn)的 24VDC 的輸入輸出電壓。CPU3152DP 具有大中規(guī)模的程序容量，對(duì)二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)有較高處理性能，有兩個(gè) PROFIBUSDP 主站/從站接口，可以建立基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)12分布式 I/O 結(jié)構(gòu)和大規(guī)模的 I/O 配置。本系統(tǒng)中共有 4 臺(tái)空壓機(jī)，根據(jù)需求，模擬量輸入 17 個(gè)，數(shù)字量輸入 17 個(gè)，數(shù)字量輸出 12 個(gè)，具體的 I/O 點(diǎn)數(shù)見(jiàn)表 31。為了減少 PLC 的 I／O 響應(yīng)的延遲時(shí)間，可以選用掃描速度高的PLC，或選用具有高速 I／O 處理功能指令的 PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的 PLC 等。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，PLC 的響應(yīng)速度都可以滿足要求，不是主要問(wèn)題。對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn) PID 運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔 PLC。具有加減算術(shù)運(yùn)算。一般小型（低檔）PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。許多文獻(xiàn)資料都給出了不同的估算公式，但是大體上都是按照 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10~15 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，再按此數(shù)的 25%考慮余量，一次作為存儲(chǔ)器的容量估算。存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于村粗器容量。當(dāng)然，在實(shí)際購(gòu)買時(shí)，還需要根據(jù)廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì) I/O 點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。表 33 PLC 選型原則序號(hào) 選型原則1I/O 點(diǎn)數(shù)的確定。I/O 擴(kuò)展接口 擴(kuò)展輸入/輸出單元，可以配置開(kāi)關(guān)量 I/O 單元，也可配置其他特殊 I/O 單元，它使得 PLC 的控制規(guī)模配置更加靈活。外部設(shè)備接口 外部設(shè)備接口可以連接不同的外部設(shè)備以達(dá)到更好的人機(jī)交互。PLC 通過(guò)輸入接口把外部設(shè)備的工作狀態(tài)讀入到中央處理器。電源 PLC 的電源一般使用 AC22V 或 DC24V，直流 24V 電源不僅可以供應(yīng)內(nèi)部使用，還可以供輸出/輸入單元和傳感器使用。啟動(dòng)處理共同處理通信服務(wù)外設(shè)服務(wù)輸入刷新程序執(zhí)行輸出刷新掃 描 周 期基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)10圖 33 PLC 的組成表 31 PLC 組成硬件簡(jiǎn)介CPU 模塊 CPU 是 PLC 的核心部分，它不斷采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，并根據(jù)執(zhí)行結(jié)果控制輸出設(shè)備響應(yīng)外部設(shè)備的，同時(shí)進(jìn)行各種內(nèi)部診斷。PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 的硬件組成是由 7 部分組成，如圖 33 所示。在啟動(dòng)處理過(guò)程通過(guò)以后，要進(jìn)到共同處理過(guò)程，共同處理的主要任務(wù)是復(fù)位監(jiān)視計(jì)時(shí)器、檢查 I/O 總顯示否正常、檢查掃描周期是否過(guò)長(zhǎng)和檢查程序存儲(chǔ)器是否有異常等。PLC 的工作方式有周期掃描方式、定時(shí)中斷方式、輸入中斷方式和通信方式等，最主要的方式是周期掃描方式。本系統(tǒng)選擇用 PT100 作為本次設(shè)計(jì)的溫度傳感器。4） 、外型結(jié)構(gòu)與典型接線：探頭外型尺寸：59mm120mm，重量：650g；GPT 過(guò)程連接外螺紋規(guī)格 M20；GPT 過(guò)程連接內(nèi)螺紋規(guī)格 M12。2） 、供電特性：推薦工作供電電壓：DC/24V，空載工作電壓：DC/12V，最高過(guò)載電壓：DC/40V，最大輸出限流：30mA,內(nèi)設(shè)電壓極性反接保護(hù)。本次設(shè)計(jì)中所采用的是 GRT 壓力變送器，下面簡(jiǎn)單介紹一下 GRT 壓力變送器。壓力傳感器的選型現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)進(jìn)出壓力、潤(rùn)滑油壓力和總管壓力進(jìn)行測(cè)量，然后把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為4~20mA 電流信號(hào)輸出給 PLC，PLC 再傳輸給上位機(jī)。圖 31 主電路圖 系統(tǒng)硬件配置確定了系統(tǒng)方案之后，首先對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行選取設(shè)計(jì)，其中包括檢測(cè)技術(shù)與傳感器的選型以及 PLC 選型。當(dāng)工作人員在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，遇到突發(fā)事件或進(jìn)行器件的檢修時(shí)我們可以采用手動(dòng)控制。工作人員通過(guò)對(duì)上位機(jī)的操作來(lái)完成壓風(fēng)機(jī)啟停和風(fēng)壓的改變。系統(tǒng)可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制和手動(dòng)控制對(duì)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行操作。最終我們?cè)诂F(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上研究并確立了本次設(shè)計(jì)的具體系統(tǒng)方案。與下位機(jī) PLC 進(jìn)行通訊，獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用 MCGS 軟件，可以觀察壓風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，也可以根據(jù)不同的需求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，同時(shí)還具有報(bào)警畫面、歷史曲線等功能，工作人員可以通過(guò)觸摸屏上的軟按鈕對(duì)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。初次之外每個(gè) PLC 除了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層進(jìn)行控制意外，還要和觸摸屏、PC 機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，每個(gè) PLC 把采集的數(shù)據(jù)信息通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳給上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，上位機(jī)通過(guò)分析結(jié)果向 PLC 傳達(dá)指令，PLC 執(zhí)行指令操作設(shè)備層。因?yàn)樯a(chǎn)環(huán)境的惡劣，所以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的質(zhì)量和工作的穩(wěn)定性要求都比較高，我們?cè)谟布O(shè)計(jì)中對(duì)硬件的選取就非常重要。 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器組成?？刂葡到y(tǒng)按功能劃分成了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，中央控制層，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)層這三個(gè)層次。系統(tǒng)的組成：本方案采用分布控制系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)方面：上位機(jī)是在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上通過(guò) MCGS 軟件設(shè)計(jì)出主監(jiān)控畫面，從而工作人員便可以在控制室通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控和控制。因此，安全、穩(wěn)定、高校是貫穿本次設(shè)計(jì)的一個(gè)宗旨。在本次設(shè)計(jì)方案的選取中，考慮到現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境的惡劣，抗干擾性強(qiáng)，價(jià)格經(jīng)濟(jì)等方便，故選取 PLC 控制系統(tǒng)是更為適合。監(jiān) 控 計(jì)算 機(jī)通 訊 模 塊通 訊 模 塊聲 光 報(bào) 警顯 示PLC現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn) 程 P C遠(yuǎn) 程 P C本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（2022）5PLC 的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，通過(guò) PLC 上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。4） 、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小、維護(hù)方便、容易改造PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。3） 、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員的歡迎采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。PLC 具備以下特點(diǎn)見(jiàn)表 21 所示。監(jiān) 控 計(jì)算 機(jī)通 訊 模 塊通 訊 模 塊電 源聲 光 報(bào) 警鍵 盤顯 示單 片 機(jī)信號(hào)隔離變換現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn) 場(chǎng) 集 中 顯 示設(shè) 備遠(yuǎn) 程 P C遠(yuǎn) 程 P C基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)4圖 23 以 PLC 為核心控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PLC 是適合于工業(yè)生產(chǎn)控制的一個(gè)電子裝置，通過(guò)在其內(nèi)部村存儲(chǔ)器中編寫程序來(lái)進(jìn)行邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、算法運(yùn)算等操作，同時(shí)通過(guò)外部設(shè)備對(duì)一些數(shù)字量和模擬量的提取，并通過(guò)輸出對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制。每個(gè)系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)之后都有一個(gè)維修周期，而單片機(jī)控制方案維修不方便，給維修人員帶來(lái)了不便。由于此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的使用環(huán)境是礦井，工作環(huán)境比較惡劣，所以對(duì)系統(tǒng)的抗干擾性的要求就比較高，而用單片機(jī)控制方案抗干擾性差，雖然我們采取了一些措施減少干擾，但總體效果并不是怎樣理想。監(jiān) 控 計(jì) 算 機(jī)輸 入 板 卡現(xiàn) 場(chǎng) 設(shè) 備遠(yuǎn) 程 P C 遠(yuǎn) 程 P C顯 示報(bào) 警本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（2022）3圖 22 以單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖運(yùn)用單片機(jī)控制方案，是因?yàn)閱纹褂闷饋?lái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。這種方案以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、器件少而立足，但是也正是由于它過(guò)于簡(jiǎn)單，所以存在著很多的不足之處：我們所要檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)都集中到一起，信號(hào)線過(guò)多造成現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)相互之間存在一定的干擾，并且維護(hù)也不方便；控制中心只有一臺(tái) PC 機(jī)，當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)整體就有可能出現(xiàn)癱瘓，風(fēng)險(xiǎn)高；工作現(xiàn)場(chǎng)不能夠看到檢測(cè)數(shù)據(jù)，也不能報(bào)警，靈活性差。圖 21 基于 PC 機(jī)為核心結(jié)構(gòu)圖 以 PC 機(jī)為核心的控制系統(tǒng)在大小型工業(yè)控制中占有一定的比例，基于其技術(shù)開(kāi)放、操作方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且具有豐富的軟件資源?；?PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)22 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 方案的比較與選擇在本次設(shè)計(jì)中，對(duì)于壓風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)的方案，按控制核心的不同，大致可分為以PC 機(jī)為核心控制系統(tǒng)，以單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)，以 PLC 為核心控制系統(tǒng)這三種。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，可以及時(shí)確定故障所在，并把壓風(fēng)機(jī)組的自動(dòng)控制切換到手動(dòng)控制，放便檢修。 效果預(yù)測(cè)本系統(tǒng)通過(guò)智能傳感器對(duì)設(shè)備層的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)背板總線上傳給 PLC控制單元，PLC 存儲(chǔ)器中是可以進(jìn)行程序編寫的，通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的比較，對(duì)壓風(fēng)機(jī)組進(jìn)行輪流工作，以達(dá)到自動(dòng)化控制的目的。而 PLC 作為工業(yè)控制中的電控裝置，其重要性更是不言而喻的。1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司把繼電接觸器控制的有點(diǎn)與計(jì)算機(jī)功能齊全、靈活、通用的特點(diǎn)結(jié) 合起來(lái)研制出了一種新型工業(yè)控制裝置，并在其他行業(yè)很快得到了推廣應(yīng)用，這就是第一代可編程控制器。工廠自動(dòng)化控制的初期階段采用繼電器進(jìn)行控制，但是這種控制方式存在著很多的弊端，這個(gè)繼電器控制組體積過(guò)于龐大、耗電量多、繼電器由于長(zhǎng)時(shí)間的吸合斷開(kāi)導(dǎo)致壽命短、運(yùn)行的速度也不盡人意等，所以后期就急需研發(fā)出一種可以替代繼電器控制的控制方式。這些信號(hào)遵循一定的邏輯條件和邏輯關(guān)系按順序做出相應(yīng) 的動(dòng)作，根據(jù)動(dòng)作的結(jié)果來(lái)驅(qū)動(dòng)。為煤礦礦井壓風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造提供一條新途徑。之前的煤礦壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中，多采用繼電器和接觸器控制方式，這種控制方式體積龐大；由于觸電過(guò)多，會(huì)出現(xiàn)接觸不良等故障的發(fā)生，同時(shí)當(dāng)故障產(chǎn)生時(shí)也不利于檢修；而且運(yùn)行速度慢，生產(chǎn)效率低下。所以提高礦井系統(tǒng)的安全性。礦井中工作環(huán)境的好壞，將直接決定了工作效率與工作人員的身體健康，所以壓風(fēng)機(jī)的使用就顯得越發(fā)的至關(guān)重要。由 PLC 自動(dòng)控制壓風(fēng)系統(tǒng)，提高了可靠性和節(jié)能效果，在整個(gè)自控系統(tǒng)中，通過(guò)遠(yuǎn)程控制能夠更好的完成生產(chǎn)需求。設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性將直接決定整個(gè)生產(chǎn)是否能夠完成指標(biāo)?？梢园丫碌姆蹓m沖淡，這樣就能給工作人員創(chuàng)造出一個(gè)好的工作環(huán)境，保證了他們的健康。 課題研究意義煤礦礦井壓風(fēng)系統(tǒng)是煤礦礦井安全生產(chǎn)的重要組成部分，壓風(fēng)機(jī)在其中又起到至關(guān)重要的作用，壓風(fēng)機(jī)一般用在氣動(dòng)設(shè)備的動(dòng)力提供上，將空氣壓縮成一定壓力的氣體，使之運(yùn)轉(zhuǎn)。針對(duì)上述情況，就需要設(shè)計(jì)出對(duì)于壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制同時(shí)又能智能檢測(cè)的系統(tǒng)，以提高空壓機(jī)的工作效率。此外，原控制系統(tǒng)是繼電器—接觸器控制，這些年，器件經(jīng)常容易損壞，在控制也出現(xiàn)落落很多的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了壓風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。剛壓風(fēng)機(jī)房具有 4 臺(tái)英格索蘭生產(chǎn)的 MM3002S 型螺桿式壓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)壓風(fēng)機(jī)獨(dú)立控制，為礦井建設(shè)提供動(dòng)力。 Configuration software。 PC software USES MCGS software, through the software to develop a visual surveillance images. Both effective bination, using pressure as the main control parameter, to the mine pressure in the working process of the pressor and the effective control a