【正文】 大類。但是由于超聲波液位傳感器不能用在過于狹小的空間內，當條件不具備時，也可以使用兩個投入式傳感器來檢測水位。在水位檢測裝置的選擇上，至少選擇兩個水位傳感器來提高水位檢測裝置的可靠性。也就是說，一旦水位傳感器失靈，后面的排水硬件和響應軟件設置的再好都無法啟動。兩種液位傳感器的比較 投入式液位傳感器的特點在于: : (5 —10米)，但一般能滿足測量水倉水位的要求: (如液體有固體沉積或粘稠)的影響； 、濃煙等的影響 相對而言，超聲波液位傳感器的特點在于: ； ； ，性能不受被檢測介質的影響； 。上述兩種液位傳感器是基于不同的工作原理設計和制造出來的，分別適應于不同的工作場所。其示意圖如圖43所示。 設計中選用二線制輸出型液位計，其參數(shù)如表42：表42超聲波液位計參數(shù)量程：0～8m精度：%盲區(qū)：～溫度：20℃～+55℃電源：24VDC控制：無輸出：4～20mA二線制防護等級：IP65顯示方式：4位LCD 投入式液位傳感器是將傳感器的探頭投入液體中。系統(tǒng)采用超聲波液位計，在測量中脈沖超聲波由傳感器（換能器）發(fā)出，聲波經(jīng)物體表面反射后被同一傳感器接收，轉換成電信號。 超聲波液位傳感器具有精度高和使用壽命長的特點，但若液體中有氣泡或液面發(fā)生波動，便會產(chǎn)生較大的誤差。圖42 超聲波液位計安裝示意圖對于單換能器來說，超聲波從發(fā)射器到液面，又從液面反射到換能器的時間為： （式41）則 （式42）式中： h —換能器距液面的距離； c —超聲波在介質中的傳播速度。下面就單換能器的超聲波傳感器加以介紹。根據(jù)發(fā)射和接受換能器的功能，傳感器又可分為單換能器和雙換能器。超聲波液位傳感器是利用超聲波在兩種介質的分界面上的反射特性而制成的。主要設計出的該系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)自動采集與檢測、自動輪換工作、“避峰填谷”、系統(tǒng)保護功能、自動、半自動和手動檢修3種工作方式等功能進行原理敘述，完成PLC的選型工作。通過簡單的計算，設計中選用數(shù)字量輸入模塊SM321，直流32點輸入，3塊；數(shù)字量輸出模塊SM322，32點晶體管輸出，3塊；模擬量輸入模塊SM331，8通道12位模擬量輸入模塊（8AIl2位），4塊。考慮裕量后的I/O總點數(shù)即為I/O點數(shù)估計值。PS307是交流供電，連接單相交流系統(tǒng)(輸入電壓120/230V AC，50/60Hz)，輸出電壓24V DC，具有防短路和開路保護。設計所選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊、各種智能模塊的總消耗功率之和，有時甚至還要考慮某些執(zhí)行單元的功率，并且要留有30％左右的裕量。滿足設計要求。它是S7300系列中唯一帶現(xiàn)場總線(PROFIBUS) SINEC L2DP接口的CPU模塊。它根據(jù)系統(tǒng)程序的要求完成以下任務：接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)，接收現(xiàn)場輸入設備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，診斷PLC內部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤，完成用戶程序規(guī)定的運算任務，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內容，實現(xiàn)輸出控制或數(shù)據(jù)通信等功能。圖32 排水控制系統(tǒng)硬件結構圖經(jīng)過粗略計算，需要數(shù)字量輸入64點，數(shù)字量輸出54點，模擬量輸入通道21路，其具體分配見表31，32，33。系統(tǒng)可隨時轉換為自動和半自動工作方式運行。自動時，由PLC檢測水位、壓力及有關信號，自動完成各泵組運行，不需人工參與；半自動工作方式時，由工作人員選擇某臺或幾臺泵組投入，PLC自動完成已選泵組的啟停和監(jiān)控工作；手動檢修方式為故障檢修和手動試車時使用，當某臺水泵及其附屬設備發(fā)生故障時，該泵組將自動退出運行，不影響其它泵組正常運。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。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臺泵和2條管路自動輪換工作控制，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實現(xiàn)控制功能從系統(tǒng)的控制功能上來說，應具備以下五大功能： 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：31 PLC工作原理示意圖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)行一段涉及到各種指令和內存單元的程序，如果所用的時間不超過T0，則可證實自身完好，否則系統(tǒng)關閉。PLC就是這樣周而復始地重復上述的掃描循環(huán)的。CPU從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結束。這種分時操作進程稱為CPU對程序的掃描。其過程示意圖如圖31所示。（6）編程、調試等使用復雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進行編程、調試、監(jiān)視、試驗和記錄，并通過打印機打印出程序文件。（5）人機界面功能提供操作者以監(jiān)視機器/過程工作必需的信息；允許操作者和PC系統(tǒng)與其應用程序相互作用，以便作決策和調整。在系統(tǒng)構成時，可由一臺計算機與多臺PLC構成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡，以便完成較大規(guī)模的復雜控制。（4）通信、聯(lián)網(wǎng)功能現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡技術，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/O控制，多臺PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉移、數(shù)據(jù)文檔轉移、監(jiān)視和診斷。（3）輸入/輸出接口調理功能具有A/D. D/A轉換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調節(jié)精度，可以根據(jù)用戶要求選擇。數(shù)據(jù)處理:選擇、組織、規(guī)格化、移動和先入先出。2）擴展算術:平方根、三角函數(shù)和浮點運算。順序控制:在前道工序完成之后，就轉入下一道工序，使一臺PLC可作為多部步進控制器使用。定時控制:它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設定:接通延時、關斷延時和定時脈沖等方式。今天的PLC功能，遠不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。因此，PLC在機電一體化產(chǎn)品中被廣泛應用。（6）體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點?？捎糜诂F(xiàn)場控制，也可用于遠距離控制。因此，PLC既可對開關量進行控制，又可對模擬量進行控制。接線極其簡單、工作量極少。如繼電器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接，具有較強的驅動能力。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與匯編語言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)機電控制設備來說，PLC的控制速度還是足夠快的。（3）編程簡單、使用方便PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。因此，要求在各種惡劣工作環(huán)境和條件(如電磁干擾、灰塵等)下可靠工作，將故障率降至最低。因此，PLC具有很大的靈活性和通用性，結構形式多樣化，可以適用于各種不同規(guī)模、不同工業(yè)控制要求。而PLC是通過在存儲器中的程序實現(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。 （1）靈活、通用在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個系統(tǒng)是根據(jù)設計好的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費時費力。3 系統(tǒng)硬件設計 PLC的主要特點PLC（ Programmable Logic Controller），即可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。系統(tǒng)所要實現(xiàn)三個主要功能：，本文將著重闡述避峰填谷機制在煤礦井下排水系統(tǒng)的運用。當排水管路出口的壓力到達預定值時，開啟排水閥14，進行排水。 圖25 煤礦井下排水系統(tǒng)圖系統(tǒng)工作原理如下：以離心泵10和排水管1作為常用工作系統(tǒng)，離心泵20，離心泵30和排水管2作為備用的輪換系統(tǒng)。水位在水泵的作用下逐漸下降，直到達到需要關閉水泵的水平，即水位下降到安全水位以下，這時要先關閉排水管的電動閘閥，再關閉逆止閥，防止排水管中井水倒流，隨后關閉水泵電機，使其停止工作。最后會達到某一數(shù)值（通常為該離心式水泵的堵轉水頭）而不再增加，達到預先設定的壓力值后，為該水泵開啟其出口處的電動閘閥，使得這個水泵機組進行排水。在射流泵的作用下，水泵入口處的真空度會增加，配水井中的水會在大氣壓的作用下注入離心泵的腔體直至注滿，當水泵入口處的真空度達到要求后（水泵入口處的真空度增加到一定的數(shù)值時不在會繼續(xù)增加），接通水泵機組中的電動機觸點來開啟水泵。地面泵提供的高壓動力流體通過噴嘴把其位能(壓力)轉換成高速流體的動能噴射流體將其周圍的井液從匯集室吸入喉道而充分混合,同時動力液把動量傳給井液而增大井液能量,在喉道末端,兩種完全混合的流體仍具有很高的流速 (動能),此時,它們進人一擴散管通過流速降低而把 部分動能轉換成壓能,流體獲得的這一壓力足以把自己從井下返出地面,其結構原理如圖24。射流泵的工作原理是水射流時的“虹吸現(xiàn)象”。 真空泵運行效率高，水泵啟動快，但需要提供專門的驅動設備。這種泵通常在分子流狀態(tài)下工作。這種泵具體可分為：（1)牽引分子泵氣體分子與高速運動的轉子相碰撞而獲得動量，被驅送到泵的出口。 5）動量傳輸泵 它依靠高速旋轉的葉片或高速射流，把動量傳輸給氣體或氣體分子，使氣體連續(xù)不斷地從泵的入口傳輸?shù)匠隹凇? 4)羅茨真空泵泵內裝有兩個相反方向同步旋轉的雙葉形或多葉形的轉子。3)干式真空泵 它是一種泵內不用油類(或液體)密封的變容真空泵。當它旋轉時，把工作液體拋向泵殼形成與泵殼同心的液環(huán)，液環(huán)同轉子葉片形成了容積周期變化的幾個小的旋轉變容吸排氣腔。它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑閥式真空泵、余擺線真空泵等。它大致有如下幾種分類： 1)油封式真空泵 它是利用真空泵油密封泵內各運動部件之間的間隙，減少泵內有害空間的一種旋轉變容真空泵。又稱為活塞式空泵。這種泵分為往復式及旋轉式兩種。機械真空泵按其工作原理及結構特點分述如下： 它是利用泵腔容積的周期變化來完成吸氣和排氣以達到抽氣目的的真空泵。為了使用方便和各種真空工藝過程的需要，有時將各種真空泵按其性能要求組合起來，以機組型式應用。極限壓力(極限真空)從粗真空到1012Pa以上的超高真空范圍。真空泵可以定義為：利用機械、物理、化學或物理化學的方法對被抽容器進行抽氣而獲得真空的器件或設備。球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質的流動方向。它具有相同的啟閉動作，不同的是閥芯旋轉體不是塞子而是球體。真空泵和射流泵中所用到的閥門都是球閥。無底閥吸入式灌水，要采用撞門的引水設備，對水泵排水腔和吸水管路進行抽真空，使水泵運行前充滿水。水泵房排水設備一般安置在水井液面以上，所以水泵啟動前的灌水一般采用吸入式。在無底閥的排水系統(tǒng)中，水泵每次起動都要灌水，這一工作由抽真空設備完成，一般使用射流泵或真空泵。 MPa(一個大氣壓)。根據(jù)其結構特征也可分為徑向無邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。壓力表所測出的壓力叫做表壓力或相對壓力，它比絕對壓力小1個大氣壓。常用的壓力表為普通彈簧管壓力表，根據(jù)其結構特征可分為徑向無邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。此外，還可通過旁通管，利用排