【正文】 輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)名稱所需點(diǎn)數(shù)控制模式選擇2急停1復(fù)位1水泵啟動(dòng)、停止6水泵的工作方式選擇6自動(dòng)、手動(dòng)1真空泵的選擇1真空泵啟動(dòng)、停止2排水閥開、關(guān)12排空閥開、關(guān)12數(shù)字液位開關(guān)3合計(jì)47 通訊口數(shù)目統(tǒng)計(jì)通訊口數(shù)目通訊對(duì)象所需點(diǎn)數(shù) 上位計(jì)算機(jī)1電量檢測(cè)模塊1合計(jì)2 數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)名稱 所需點(diǎn)數(shù) 水泵啟動(dòng)、停止 6水泵運(yùn)行的指示3故障指示1急停指示1水位超限指示1報(bào)警1排水閥開、關(guān) 12排空閥開、關(guān) 12合計(jì)37從上面的幾個(gè)表我們可以統(tǒng)計(jì)出，數(shù)字量輸入點(diǎn)共有47個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn)共有37個(gè)，模擬量輸入點(diǎn)有18個(gè)，通訊口共有2個(gè)，其中PLC與文本顯示器通過RS485通信；PLC和PC機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)的信號(hào)傳送交換機(jī)，供地面監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)使用。PLC的I/O端口對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)，不然會(huì)因?yàn)檫壿嫽靵y而使系統(tǒng)無法正常工作。數(shù)字輸入和輸出連接到中間繼電器來實(shí)現(xiàn)隔離保護(hù)和抑制信號(hào)干擾。之后統(tǒng)計(jì)了系統(tǒng)輸入輸出的點(diǎn)數(shù)，根據(jù)點(diǎn)數(shù)選擇對(duì)PLC模塊進(jìn)行類型并對(duì)各個(gè)模塊的端口進(jìn)行定義，最后給出系統(tǒng)硬件的接線圖，為系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。使用軟件提供的梯形圖邏輯編程語(yǔ)言來完成程序編譯，然后可直接通過S7200專用的PC/PPI電纜完成程序的下載和PLC與計(jì)算機(jī)的通信。上電延時(shí)是為了給PLC足夠的啟動(dòng)時(shí)間，為了避免開機(jī)的誤操作，本系統(tǒng)設(shè)置了5秒的上電延時(shí)時(shí)間。： 主程序主程序共用了十個(gè)子程序，包括模擬量采集、水位判斷、水泵輪換工作、避峰就谷和水泵控制方式等。將水倉(cāng)的水位劃分為4個(gè)等級(jí)，即分別為：超低限水位、底限水位、高限水位和超高限水位。即1和2號(hào)浮球?yàn)榈谝唤M，3和4號(hào)浮球?yàn)榈诙M，5和6號(hào)為第三組。水位判斷的程序如下圖所示 水位判斷 水泵輪換工作一般情況并不需要水泵和排水管全部投入使用，如果長(zhǎng)期使用部分水泵和排水管路，則這部分的水泵和排水管道會(huì)受到更嚴(yán)重的磨損，會(huì)大大縮短設(shè)備的使用壽命，而另一部分水泵和排水管道則會(huì)閑置很長(zhǎng)時(shí)間。在編輯程序時(shí)，使用輔助繼電器 、 作為三臺(tái)水泵的啟動(dòng)標(biāo)志。當(dāng)該水泵停止工作時(shí)，相對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)標(biāo)志器斷開，定時(shí)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。當(dāng)所有水泵停止工作時(shí)水泵的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行的次數(shù)將會(huì)自動(dòng)疊加，同時(shí)清零累加器。因?yàn)橄到y(tǒng)選用的傳感器同類型產(chǎn)品均為同一型號(hào)，為了簡(jiǎn)化說明，只給出一套產(chǎn)品 A/D 轉(zhuǎn)換的程序。 模擬量采集 避峰就谷原則為了節(jié)能和降低運(yùn)行成本，排水系統(tǒng)在自動(dòng)控制時(shí)通常會(huì)采用避峰就谷的控制方式，這種方法是根據(jù)用電部門提供的不同時(shí)間段的電價(jià)和本安式數(shù)字液位開關(guān)的信號(hào)自動(dòng)控制水泵的啟停數(shù)量。在判斷是否啟動(dòng)水泵的控制邏輯中，水倉(cāng)水位的變化是最重要的因素，但同時(shí)為了節(jié)約電能消耗，也要著重考慮到“避峰填谷”的因素?；谶@種思想，制定出下面的控制邏輯。由于礦井水涌量涉及多方面的因素，涌水率又是隨著時(shí)間的變化而變化的，在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，每十分鐘來采集水倉(cāng)的水位，并通過簡(jiǎn)單的運(yùn)算計(jì)算出水位的變化率。2）當(dāng)水位處于低水位時(shí)，啟動(dòng)一臺(tái)水泵使其工作。 4）處于超高水位段時(shí)，三臺(tái)水泵全部工作，超限指示燈亮并報(bào)警。2）當(dāng)水位處于低水位時(shí)，三臺(tái)水泵不工作。3） 當(dāng)水位處于高水位時(shí)，一臺(tái)水泵工作，超限指示燈亮并開始檢測(cè)涌水率，若滿足條件，再啟動(dòng)一臺(tái)臺(tái)水泵，若條件滿足將繼續(xù)檢測(cè)。 避峰就谷流程圖 自動(dòng)控制 系統(tǒng)自動(dòng)控制流程圖 從上面自動(dòng)控制的流程圖可知，當(dāng)系統(tǒng)選擇自動(dòng)控制方式后，系統(tǒng)開始對(duì)模擬量進(jìn)行采集，接著運(yùn)行避峰就谷和水泵輪換程序，然后判斷系統(tǒng)是否滿足啟動(dòng)條件，當(dāng)條件滿足時(shí)，進(jìn)行真空泵選擇，接著打開真空閥，判斷真空度是否達(dá)到設(shè)定值，如果真空度達(dá)到設(shè)定值則將排水閥關(guān)閉同時(shí)打開水泵開始排水。本章利用流程框圖和梯形圖對(duì)自動(dòng)排水系統(tǒng)進(jìn)行編程，分析了PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)中模擬量采集、水位判斷、水泵的輪換工作、避峰就谷、控制方式選擇等程序。 5 PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)的干擾因素經(jīng)過仔細(xì)分析可知，對(duì)PLC的干擾的產(chǎn)生過程主要有三個(gè)因素組成：一是各種干擾源，二是各種干擾的傳播途徑，三是各種干擾的接受體。PLC受到電源干擾的主要原因是雷電沖擊輸電線、開關(guān)的操作、大型用電設(shè)備的啟停和電網(wǎng)短路瞬態(tài)沖擊等引起的波動(dòng)通過輸電線路傳遞到PLC的系統(tǒng)電源上，從而影響PLC控制系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也會(huì)影響到PLC的擴(kuò)展模塊和CPU，導(dǎo)致PLC出現(xiàn)故障無法正常工作。在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中電磁干擾很難得到解決，主要干擾環(huán)境如下：1)各種輸入信號(hào)線間電場(chǎng)感應(yīng)，線間串?dāng)_產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3)輸入接點(diǎn)、輸出繼電器和接觸器等元器件的觸點(diǎn)在開閉時(shí)產(chǎn)生電火花(或電弧)，I/O端口侵入電磁噪聲。5)輸入信號(hào)源為感性元件，輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，輸入或輸出回路開關(guān)通斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢(shì)或浪涌電流。PLC控制系統(tǒng)的地線是由系統(tǒng)地線、交流地線、屏蔽地線和保護(hù)地線等組成的。但是如果系統(tǒng)接地和其他接地處理比較混亂，將影響正常運(yùn)行的內(nèi)部邏輯電路和模擬電路，使邏輯數(shù)據(jù)混亂模擬信號(hào)失真。在抗干擾源方面，工程設(shè)計(jì)應(yīng)充分提高系統(tǒng)的電磁環(huán)境，使PLC的模塊和信號(hào)輸入/輸出線遠(yuǎn)離高電壓、高電流和高頻率的設(shè)備。為了減少電網(wǎng)電壓的波動(dòng)以及畸變對(duì)系統(tǒng)電源產(chǎn)生的干擾，可采取如下措施：1） 使用隔離變壓器。3） 使用交流穩(wěn)壓電源。 I/0通道的抗干擾措施絕緣的輸入輸出信號(hào)要比非絕緣的抗干擾能力強(qiáng)，無觸點(diǎn)輸出比有觸電輸出產(chǎn)生的干擾要小，輸入模塊允許輸入信號(hào)的電壓差大抗干擾能力好，等等。 小結(jié)本章對(duì)PLC控制系統(tǒng)的的可靠性進(jìn)行研究，先是介紹了PLC控制系統(tǒng)的干擾因素，即電源引入干擾、輸入/輸出信號(hào)線干擾、接地線引入干擾，然后介紹了PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施、電源系統(tǒng)的抗干擾措施、輸入/輸出通道的抗干擾措施?？? 結(jié)本文根據(jù)現(xiàn)在礦井排水控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，以當(dāng)前先進(jìn)的PLC工業(yè)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，基于S 200系列的PLC為中心控制單元，對(duì)煤礦煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)進(jìn)行研究。根據(jù)煤礦的排水系統(tǒng)的情況統(tǒng)計(jì)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，然后依此來確定PLC及其擴(kuò)展模塊的類型，然后完成PLC硬件部分的連接圖，最后完成排水控制系統(tǒng)軟件工作。同時(shí)在生活給人們帶來極大的便利。該系統(tǒng)包括一個(gè)單片機(jī)（SCM）Atmega169和工業(yè)PC機(jī)作為一種主從結(jié)構(gòu)。同時(shí)，還發(fā)起了一個(gè)基于模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)離心泵故障診斷的研究項(xiàng)目。 關(guān)鍵詞：礦井排水系統(tǒng)，單片機(jī)，特征參數(shù)，故障診斷，模糊綜合評(píng)價(jià)1簡(jiǎn)介一個(gè)礦井排水系統(tǒng)的主要功能是把水很快從地下提取到礦山地面。同時(shí)，如果對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不能進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)和處理，排水系統(tǒng)可能發(fā)生故障。因此，為了實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)控制，確保煤礦安全生產(chǎn)，減少能源浪費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)效率，需要設(shè)計(jì)一個(gè)功能性，安全可靠的故障診斷系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以監(jiān)控排水系統(tǒng)的自動(dòng)操作，收集并記錄準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，及時(shí)報(bào)警和分析事故。其硬件包括工業(yè)若干個(gè)PC機(jī)，單SCM和通信子系統(tǒng)。AtMega169是一個(gè)RISC，低功耗CMOS，高性能AVR微處理器與保存有16K字節(jié)的Flash程序存儲(chǔ)器集成，53個(gè)通用I/O線和一個(gè)8通道A/D轉(zhuǎn)換器。該電路的監(jiān)測(cè)時(shí)間為1200 ms， V。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行不規(guī)則或崩潰時(shí)，1200毫秒后，看門狗將復(fù)位系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。為了提高抗干擾能力和遠(yuǎn)程傳輸能力，選擇具有傳輸設(shè)備與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)輸出集成傳感器。分辨率是1 / 1024的滿刻度。一個(gè)水泵的轉(zhuǎn)速由變頻器調(diào)整，一個(gè)AD7547芯片被用來將數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬輸出信號(hào)。這種監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)采用光電耦合器TLP521來隔離每個(gè)裝置。被選擇的SCM有許多的輸入輸出端口。I/O的連接功能框圖如圖2所示。RS485總線采用平衡傳輸和不同接收方式進(jìn)行通信。總線具有很強(qiáng)的抗干擾能力和接收靈敏度，并且支持多點(diǎn)連接。因具有優(yōu)秀的性能優(yōu)勢(shì)，RS485總線已經(jīng)達(dá)到廣泛的應(yīng)用。該通信電路模塊，如圖3所示。圖3 通信模塊電路3軟件設(shè)計(jì)根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)原理，工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件分為五個(gè)模塊，包括參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)查詢，狀態(tài)監(jiān)測(cè)，故障診斷和幫助。各個(gè)模塊之間的耦合應(yīng)當(dāng)盡可能的降低，從而使得軟件結(jié)構(gòu)清晰、使用方便。由于采礦業(yè)的具體要求，綜合監(jiān)控系統(tǒng)不僅要處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，還要處理所有時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)分析。監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)用Visual C++開發(fā)。多個(gè)變量之間是交叉耦合，尤其是在管道和水泵中。圖4 上位機(jī)軟件主要功能在圖4中，主要狀態(tài)參數(shù)包括振動(dòng)，水位，電流，電機(jī)的溫度和水的pH值。礦山排水設(shè)備的運(yùn)行周期可以是一天。兩種參數(shù)可以用來表示礦井排水，即狀態(tài)特性，瞬態(tài)變化率和整體平均趨勢(shì)狀態(tài)變化。瞬態(tài)變化率對(duì)隨機(jī)的行為包括振動(dòng)和步進(jìn)信號(hào)很敏感，但當(dāng)她減慢了變化是，則不敏感，例如，溫度和水位的變化等等。眾所周知，排水系統(tǒng)中回流或空化的的水泵可以帶來流量的強(qiáng)烈的脈動(dòng)和壓力，導(dǎo)致強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)和噪音。在煤礦中的水不僅含有泥沙、煤矸石量，而且有不同的酸性或堿性礦物質(zhì)溶解。我可以將樣本值與一個(gè)水狀態(tài)整體平均的變化進(jìn)行比較來確定是否應(yīng)采用耐酸方法。在SCM的軟件的主要功能是數(shù)據(jù)采集和控制排水。當(dāng)?shù)V井水流量減少和低于閾值低的水位，程序立即停泵。變頻器的控制采用模糊PID控制方法。很難處理泵在精確的數(shù)學(xué)方程中的故障。因此，需要利用模糊數(shù)學(xué)的方法來解決這種不確定性問題。通過綜合考慮原因在癥狀上起的作用對(duì)故障的影響程度和他們的因果關(guān)系，就有可能發(fā)現(xiàn)一些故障出現(xiàn)的原因。對(duì)一個(gè)水泵的故障診斷是一種不確定性問題。另一方面，一個(gè)故障可能導(dǎo)致種癥狀，這可能表示為。模糊矩陣中的數(shù)據(jù)必須是在現(xiàn)場(chǎng)收集到的。鑒于許多事件的經(jīng)驗(yàn)，可以總結(jié)出離心水泵故障與轉(zhuǎn)子的振動(dòng)有直接關(guān)系。一般來說，水泵故障有九個(gè)原因：轉(zhuǎn)子不平衡，軸中心線錯(cuò)位，油膜振蕩，氣蝕和其他液壓振動(dòng)，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)摩擦，軸承損壞或潤(rùn)滑不良和泵體松動(dòng)，轉(zhuǎn)子與泵體和電機(jī)故障的 ，電動(dòng)機(jī)失靈?？紤]到他們的權(quán)重的影響，這十個(gè)特性參數(shù)可分為兩組癥狀。第二組包括五種敏感參數(shù)：的軸方向的振幅，軸方向的振幅，軸方向的振幅，振動(dòng)相位和軸承回油溫度。每個(gè)特征都有它自己的親和度與故障原因。在這個(gè)排水系統(tǒng)中，用最大從屬度原則來確定故障的原因，選擇最大作為最終判斷故障原因。通過連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位和其它參數(shù)，該系統(tǒng)能確定一個(gè)合理的泵排水量，使得實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，高可靠性和低成本更加有效。這種對(duì)離心式水泵進(jìn)行模糊故障診斷方法的允許管理者和經(jīng)營(yíng)者利用一個(gè)可行性的能夠發(fā)現(xiàn)故障原因的系統(tǒng)進(jìn)行定量分析故障的癥狀。此外，該系統(tǒng)功能可以進(jìn)一步擴(kuò)展，以滿足更高的要求。 Economy, 2006, 17(16): 235236. (In Chinese)[8] Wu J X, Ding Y, Jiang X Z. Research on integration ofcoal mine monitoring and control system with field bus control system. Journal of China University of Mining amp。 control unit for onboard highspeed data handling system. Journal of China University of Mining amp。從論文的選題到相關(guān)材料的收集，從論文框架的設(shè)計(jì)到具體內(nèi)容遣詞造句，每一章節(jié)都凝聚著導(dǎo)師的心血。宗老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、積極的人生觀、學(xué)術(shù)上孜孜追求的精神以及對(duì)學(xué)生無微不至的關(guān)懷，都給我留下了終生難忘的印象，必然將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生重要影響。在此，我向所有在學(xué)業(yè)上、生活上幫助、理解、支持我的老師、同學(xué)、朋友和親人致以最真