【正文】 診 斷 錯 誤 結(jié) 果致 命 錯 誤C P U 強(qiáng) 制 為 S T O PYNNYR U NS T O P 圖 PLC 的運(yùn)行框圖 14 一、輸入采樣階段 PLC 在輸入采樣階段， 首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時輸入映像寄存器被刷新。所以一般來說，輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，或者說輸入信 號的頻率不能太高，否則很可能造成信號丟失。當(dāng)指令涉及輸入、輸出狀態(tài)時， PLC 就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件的當(dāng)前狀態(tài)，然后進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，最新運(yùn)算的結(jié)果馬上再存入到相應(yīng)的元件映像寄存器中。 三、 輸出刷新階段 在用戶程序執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段一起轉(zhuǎn)存到輸 出鎖存器中，通過一定的方式集中輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負(fù)載，在下一個輸出刷新階段開始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會改變，從而相應(yīng)輸出端子的狀態(tài)也不會改變。主要模塊均采取采用大模塊與超大規(guī)模集成電路， 15 I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施 ；對電源部分采取了很好的調(diào)整和保護(hù)措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施，采用信息保護(hù)和恢復(fù)技術(shù)，實(shí)時報(bào)警和運(yùn)行信息顯示等，所以這使 PLC 具有很高的抗干擾能力。 ，通用性強(qiáng) 大部分情況下，一個 PLC 主機(jī)就組成一個控制系統(tǒng)。 PLC 控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)性的好處是當(dāng) 控制要求改變時，需要變更控制系統(tǒng)的功能時，只需對程序進(jìn)行簡單的修改，對硬件部分稍作更改即可，而不像繼電器控制系統(tǒng)那樣，在一個裝配好的控制盤上，對系統(tǒng)進(jìn)行修改幾乎是不可能的事。所以說 PLC 控制系統(tǒng)具有極高的柔性，即通用性強(qiáng)。這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門計(jì)算機(jī)知識和語言，只要具有一定的電氣和工藝知識的人員都可以在短時間內(nèi)學(xué)習(xí)。 PLC 控制系統(tǒng)可大可小，能輕松完成單片機(jī)控制系統(tǒng)、批量控制系統(tǒng)、制造業(yè)自動化中的復(fù)雜邏輯順序控制、流程工業(yè)中大量的模擬量控制，以及組成通信網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理等任務(wù)。由于軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，從而縮短了施工周期。 PLC 的輸入 /輸出端子能夠直觀的反映現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，通過編程工具可以直觀地觀察控制程序和控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、 I/O 點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)，極大的方便了維護(hù)人員查找故障，縮短了對 系統(tǒng)的維護(hù)時間。被定義過的區(qū)間，可以在停電后任然保持存儲器中的數(shù)據(jù)。在默認(rèn)情況下， M 存儲器的前 14 個字節(jié)是非保持的。 3)對輸入信號增加濾波器 干擾信號會引起系統(tǒng)的誤操作， S7200 PLC 允許為 CPU 模塊上的輸入點(diǎn)設(shè)置濾波器，并未濾波器定義延遲時間，延遲時間從 ~ 可選。 4)捕捉窄脈沖 17 S7200 PLC 為 CPU 模塊上的數(shù)字量輸入點(diǎn)提供脈沖捕捉功能，該功能允許 PLC 捕捉到持續(xù)時間很短的脈沖信號。 5)模擬電位器 模擬電位器位于 CPU 模塊的面板上，有些 CPU 有一個，有些有兩個，電位器的標(biāo)定范圍為 0~255。其特點(diǎn)是成本低、簡單，但不直觀、精度低。 S7200 PLC 也支持高速脈沖輸出功能，其輸出點(diǎn) 和 可形成高速脈沖串輸出或脈寬調(diào)制輸出。 S7200 PLC 允許用戶選擇在 STOP 模式下的輸出狀態(tài)，輸出有數(shù)字量信號和模擬信號之分，對這些輸出信號，可以設(shè)置它們是保持 STOP前的狀態(tài)，還是將已知設(shè)定值傳送到輸出端。自動控制是指根據(jù)水泵、真空泵以及其它相關(guān)聯(lián)設(shè)備的工作要求設(shè)定程序來自動完成控制。 18 系統(tǒng)采用 PLC（可編程控制 )為核心，通過采集各種參數(shù)包括水箱水位、壓力、溫度、真空度、電壓、電流等，對水泵的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，當(dāng)接收到來自操作臺的控制命令時，對水泵等電器設(shè)備進(jìn)行啟動、停止等相關(guān)操作，還可以將數(shù)據(jù)傳至上位機(jī)，并通過上位機(jī)對井下排水設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。以水泵的工作效率高為標(biāo)準(zhǔn)，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，優(yōu)化排水系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使系統(tǒng)高效運(yùn)行。 ，如電壓、電流、軸溫、出水口壓力等。 ，根據(jù)不同時間電費(fèi)的不同結(jié)合礦井的用水量和用電負(fù)荷，合理調(diào)度水泵的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。 系統(tǒng)組成 煤礦 井下主排水自動控制系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程控制上位機(jī)、 PLC 控制箱、顯示操作臺、閥門、傳輸光纜、傳感器、交換機(jī)等設(shè)備組成，根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)可分為三層：現(xiàn)場層、控制層和管理層。上位機(jī)用于監(jiān)控井下主排水自控系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)與 PLC 控制箱進(jìn)行信息交換，并根據(jù)攝像儀顯示的現(xiàn)場層水 泵及相關(guān)聯(lián)設(shè)備的參數(shù)信息對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 PLC 控制箱作為主排水控制中心和數(shù)據(jù)采集中心，用來采集水泵及相關(guān)聯(lián)設(shè)備的運(yùn)行信息，并與管理層的上位機(jī)通過以太網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交換，對各個設(shè)備集中監(jiān)控。指示燈和文本顯示器組成，顯示各個設(shè)備的狀態(tài)，并實(shí)施就地控制。 離心式水泵排水系統(tǒng) 離心泵排水系統(tǒng)組成部分 離心式水泵排水系統(tǒng)的主要組成部分有：離心式水泵、電動機(jī)、起動設(shè)備、儀表、管路及管路附件等組成 。真空泵運(yùn)行效率高，水泵啟動快，但需要提供專門的驅(qū)動設(shè)備。其結(jié)構(gòu)如 圖 所示。 啟動過程 第一是監(jiān)測水倉的水位，當(dāng)水倉的水位達(dá)到設(shè)置的水位標(biāo)準(zhǔn)時，通過控制射 流泵的電磁閥線圈，打開噴射泵為離心式水泵注水。此后水泵出口壓力將逐漸增加，當(dāng)達(dá)到一定值時就不再增加，此時開啟該水泵的電動閘閥，使得這個水泵進(jìn)行排水，同時關(guān)閉射流泵停止為其引水。 小結(jié) 本章先是介紹了 PLC 的特點(diǎn)功能，工作原理，然后分析了煤礦井下自動控制的原理，即是以 PLC 控制箱為核心，采集現(xiàn)場設(shè)備的參數(shù)，對水泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，同時與上位機(jī)通信，接收來自上位機(jī)和顯示控制臺的控制命令，實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，最后從硬件方面簡單介紹了井下排水系統(tǒng)的組成部分，最后簡單介紹了射流泵、離心泵等相關(guān)技術(shù)。因?yàn)榈叵颅h(huán)境的復(fù)雜性，所以采用了 3 臺隔爆型三相異步電動機(jī)來作為三臺水泵的驅(qū)動，在正常情況下一臺正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作，一臺備用，一臺維護(hù)。 圖 主排水管道示意圖 從上圖我們可以看到，所有水泵都和 1 主排水管路和 2 副排水管路相接，支路上分別安裝了排水閘閥，并且在 排水管路上安裝了真空閥。 在水倉中裝配兩組液位傳感器，一組為超聲波傳感器用來檢測水倉庫水位的變化趨勢，另一組是數(shù)字液位開關(guān)，是由 3 套浮球液位開關(guān)組成，可以根據(jù)浮球的沉浮情況來判斷水位的高低，使系統(tǒng)能夠根據(jù)水位變化來自動控制水泵的工作狀態(tài)。工作方式是指在本次水泵操作中當(dāng)前水泵被優(yōu)先開啟，備用是指在本次水泵操作時當(dāng)前水泵處于備用狀態(tài)，當(dāng)打開的水泵不能滿足施工的排水要求時，備用水泵才開始工作，檢修是指是在本次水泵的操作中，當(dāng)前的水泵不被使用，則是對該水泵進(jìn)行維護(hù)。數(shù)字量輸入信號主要包括水泵的工作 ,水泵的啟動和停止信號、水泵控制方式選擇的信號、選擇真空泵的信號、真空泵啟動和停止信號、排水閥以及電磁閥等開關(guān)位置的信號等。模擬輸入信號是指水泵出水口正壓、入水口負(fù)壓、水泵和電機(jī)的軸承溫度、排水道路的水流量、水倉庫水位和水泵的開停狀態(tài)等信號。通過對系統(tǒng) I / O點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計(jì)我們選擇西門子 S7 200 系列的 PLC 做為控制核心，包括 226CN的 CPU 模塊 1 個， EM223CN 數(shù)字量輸入 /輸出 擴(kuò)展模塊 2 個， EM231 模擬量輸入模塊 5 個。根據(jù)煤礦井下主排水控制系統(tǒng)的要求，對每個 PLC 模塊 I/O 端口的定義如下表所示 表 端口定義 EM231端口定義 模塊號 輸入端口 端口定義 EM2311 AIW0 1水泵開停檢測 AIW2 1水泵吸水口負(fù)壓 AIW4 1水泵出水口負(fù)壓 AIW6 1主排水管路流量 EM2312 AIW8 2水泵開停檢測 AIW10 2水泵吸水口負(fù)壓 AIW12 2水泵出水口正壓 AIW14 2副排水管路流量 EM2313 AIW16 3水泵開停檢測 AIW18 3水泵吸水口負(fù)壓 AIW20 3水泵出水口正壓 AIW22 水倉水位 EM2314 AIW24 1水泵軸溫 AIW26 1電機(jī)軸溫 AIW28 2水泵軸溫 AIW30 2電機(jī)軸溫 EM2315 AIW32 3水泵軸溫 AIW34 3電機(jī)軸溫 AIW36 備用 AIW38 備用 29 表 EM223CN 端口定義 EM223CN端口定義 模塊號 輸入端口 端口定義 輸出端口 端口定義 EM2231 1排水閘閥開到位 1排水閘閥打開 1排水閘閥關(guān)到位 1排水閘閥關(guān)閉 2排水閘閥開到位 2排水閘閥打開 2排水閘閥關(guān)到位 2排水閘閥關(guān)閉 3排水閘閥開到位 3排水閘閥打開 3排水閘閥關(guān)到位 3排水閘閥關(guān)閉 4排水閘閥開到位 4排水閘閥打開 4排水閘閥關(guān)到位 4排水閘閥關(guān)閉 5排水閘閥開到位 5排水閘閥打開 5排水閘閥關(guān)到位 5排水閘閥關(guān)閉 6排水閘閥開到位 6排水閘閥打開 6排水閘閥關(guān)到位 6排水閘閥關(guān)閉 1電磁閥開到位 1電 磁閥打開 1電磁閥關(guān)到位 1電磁閥關(guān)閉 2電磁閥開到位 2電磁閥打開 2電磁閥關(guān)到位 2電磁閥關(guān)閉 EM2232 3電磁閥開到位 3電磁閥打開 3電磁閥關(guān)到位 3電磁閥關(guān)閉 4電磁閥開到位 4電磁閥打開 4電磁閥關(guān)到位 4電磁閥關(guān)閉 5電磁閥開到位 5電磁閥打開 5電磁閥 關(guān)到位 5電磁閥關(guān)閉 6電磁閥開到位 6電磁閥打開 6電磁閥關(guān)到位 6電磁閥關(guān)閉 備用 備用 備用 備用 備用 備用 備用 備用 備用 備用 備用 備用 備用 備用 30 備用 備用 表 CPU226CN 端口定義 CPU226CN端口定義 輸入端口 端口定義 輸出端口 端口定義 遠(yuǎn)控 故障指示 就地 急停指示 自動 /手動 水位超限指示 復(fù)位 報(bào)警 急停 1水泵運(yùn)行指示 超高限水位開關(guān) 2水泵運(yùn)行指示 高限水位開關(guān) 3水泵運(yùn)行指示 底限水位開關(guān) 1水泵啟動 1水泵工作 1水泵停止 1水泵檢修 2水泵啟動 2水泵工作 2水泵停止 2水泵檢修 3水泵啟動 3水泵工作 3水泵停止 3水泵檢修 備用 1水泵啟動 備用 1水泵停止 備用 2水泵啟動 2水泵停止 3水泵啟動 3水泵停止 1/2真空泵選擇 真空泵選擇 真空泵停止 備用 31 表 部分內(nèi)存變量分配 部分內(nèi)存變量分配 變電量名稱 地址 備注 上電延時 T37 預(yù)設(shè)值 5s 1水泵運(yùn)行計(jì)時 T38 預(yù)設(shè)值 10s 2水泵運(yùn)行計(jì)時 T39 預(yù)設(shè)值 10s 3水泵運(yùn)行計(jì)時 T40 預(yù)設(shè)值 10s 1水泵運(yùn)行時間 VD72 2水泵運(yùn)行時間 VD76 3水泵運(yùn)行時間 VD80 1水泵運(yùn)行次數(shù) VD84 2水泵運(yùn)行次數(shù) VD88 3水泵運(yùn)行次數(shù) VD92 最少運(yùn)行時間 VD96 最少運(yùn)行次數(shù) VD100 1泵啟動標(biāo)志 2泵啟動標(biāo)志 3泵啟動標(biāo)志 排水自動控制系統(tǒng)硬件連接 PLC 作為排水系統(tǒng)的控制中樞和數(shù)據(jù)處理中心，根據(jù)煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)，以為工作在煤礦井下的中央泵房內(nèi)，所以 PLC 的控制柜應(yīng)使用防爆外殼，電纜需要用從外殼上的喇叭進(jìn)出，不用的喇叭嘴用堵片將之密封，這樣就可以達(dá)到防爆的效果。 32 圖 PLC CPU226 接線圖 1M 1L+ 0.0 0.1 0