礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)（含外文翻譯）

1、<p>　　專 業(yè)： 電氣工程及自動(dòng)化 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：</p><p>　　1．掌握礦井水泵的工作原理和控制方法；</p><p>　　2．設(shè)計(jì)一種應(yīng)用PLC作為控制器的水泵自動(dòng)排水系統(tǒng)；</p&

2、gt;<p>　　3．掌握所用傳感器的工作原理及使用方法；</p><p>　　4．設(shè)計(jì)主排水泵自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)；</p><p>　　5．用PLC語(yǔ)言編制控制系統(tǒng)軟件。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　文章進(jìn)行了排水設(shè)備的選型設(shè)計(jì)，然后根據(jù)排水控制的要求，進(jìn)行自動(dòng)控制方面的設(shè)

3、計(jì)。本系統(tǒng)采用SIEMENS的S7-300系列PLC，并結(jié)合各種傳感器（主要為水位傳感器、負(fù)壓傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等），完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)的控制功能。本系統(tǒng)采用水泵及管路的“自動(dòng)輪換”工作制。又根據(jù)“避峰填谷”的原則確定開啟水泵臺(tái)數(shù)，以達(dá)到節(jié)省用電的目的。在就地PC端，采用易控組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行情況及各個(gè)運(yùn)行參數(shù)，做到有故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)并盡早處理。S7-300通過(guò)CP340通訊模塊，采用RS-232C通信標(biāo)準(zhǔn)與就地PC建

4、立聯(lián)系。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC、排水系統(tǒng)、自動(dòng)控制</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　At first this text chose and designed drainage equipments, then designed autocontrol part based on drai

5、nage control request. This system adopts S7-300 PLC series produced by SIEMENS，with many sensors(mainly incloding water line sensors,minus pressume sensors,pressme sensors,flux sensors) to complete autocontrol function d

6、emanded in this system design. Water pumps and pipelines of this system are controlled to run in turn automatically. The number of running water pumps is confirmed by the princi</p><p>　　KEY WORDS:drainage s

7、ystem； PLC； autocontrol</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　緒論……………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 排水系統(tǒng)概述…………………………………………………………1</p><p>　　1.1.1 礦井生產(chǎn)過(guò)程中排水的重要

8、性………………………………1</p><p>　　1.1.2 礦井排水系統(tǒng)的組成部分……………………………………1</p><p>　　1.2 井下排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題…………………………………………………3</p><p>　　1.3 排水系統(tǒng)為何要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制…………………………………………3</p><p>　　1.4 我國(guó)礦井主排水系統(tǒng)

9、的現(xiàn)狀……………………………………………4</p><p>　　第二章 礦井自動(dòng)排水系統(tǒng)的各種參數(shù)與檢測(cè)………………………4</p><p>　　2.1 水倉(cāng)水位的檢測(cè)…………………………………………………………5</p><p>　　2.1.1 液位傳感器介紹…………………………………………………5</p><p>　　2.1.2 液位檢測(cè)

10、裝置選擇…………………………………………………8</p><p>　　2.2 電機(jī)即水泵溫度檢測(cè)………………………………………………………9</p><p>　　2.3 水泵壓力檢測(cè)………………………………………………………10</p><p>　　2.4 水泵流量檢測(cè)……………………………………………………12</p><p>　　2.4

11、.1 流量檢測(cè)儀器的安裝…………………………………………12</p><p>　　2.4.2 流量計(jì)的要求……………………………………………………13</p><p>　　2.4.3 流量檢測(cè)傳感器的使用…………………………………………15</p><p>　　2.5 水泵負(fù)壓檢測(cè)………………………………………………………15</p><p>

12、;　　第三章 基于PLC的礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)……………16</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)……………………………………………………16</p><p>　　3.2 基于PLC的礦井主排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………17</p><p>　　3.2.1 PLC的主要特點(diǎn)……………………………………………………17</p>

13、;<p>　　3.2.2 PLC的基本工作原理……………………………………………20</p><p>　　3.2.3 PLC地址分配和實(shí)現(xiàn)控制功能………………………………22</p><p>　　3.2.4 3s7—300PLC的基本組成……………………………………27</p><p>　　3.3 西門子ET200M與PROFIBUS-DP總線…………

14、……………………32</p><p>　　第四章 礦井自動(dòng)主排水系統(tǒng)設(shè)備的選型設(shè)計(jì)…………………………33</p><p>　　4.1 初始數(shù)據(jù)……………………………………………………………………33</p><p>　　4.2 選型設(shè)計(jì)……………………………………………………………………33</p><p>　　4.3 引水設(shè)備………………

15、……………………………………………………35</p><p>　　4.4 自動(dòng)閥門……………………………………………………………38</p><p>　　4.5 高壓開關(guān)柜…………………………………………………………40</p><p>　　第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………41</p><p>　　5.1 PL

16、C的軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………41</p><p>　　5.1.1軟件流程圖……………………………………………………41</p><p>　　5.1.2 地址分配……………………………………………………43</p><p>　　5.1.3 水泵的自動(dòng)開啟、運(yùn)行、故障保護(hù)流行圖…………………45</p><p>　　5.

17、1.4 PLC的程序設(shè)計(jì)………………………………………………47</p><p>　　5.2 控制系統(tǒng)上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)………………………………………50</p><p>　　5.2.1 設(shè)計(jì)要求………………………………………………………50</p><p>　　5.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………………………………………51</p><p>

18、;　　5.2.3 上位機(jī)與PLC的通信…………………………………………51</p><p>　　5.2.4 監(jiān)控主界面……………………………………………………53</p><p>　　5.2.5 報(bào)警界面………………………………………………………55</p><p>　　第六章 如何使礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)抗各種干擾……………………56</p><

19、;p>　　6.1 常見的各種干擾源………………………………………………56</p><p>　　6.2 如何采取措施排除這些干擾………………………………………56</p><p>　　第七章 總結(jié)…………………………………………………………57</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………58</p><p&g

20、t;　　致謝……………………………………………………………………………59</p><p>　　翻譯部分………………………………………………………………………60</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　井下排水系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中四大系統(tǒng)之一，擔(dān)負(fù)著井下積水排除的重要任務(wù)。然而，目前我國(guó)的井下排水系統(tǒng)仍由很多依靠傳統(tǒng)

21、的人工操作方式。本章分析這種排水系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程，指出其存在的問(wèn)題，為井下主排水系統(tǒng)自動(dòng)控制的研究提供依據(jù)。</p><p><b>　　1.1排水系統(tǒng)概述</b></p><p>　　1.1.1礦井生產(chǎn)過(guò)程中排水的重要性</p><p>　　在煤礦地下開采的過(guò)程中，由于地層中含水的涌出，雨水和江河中水的滲透，水砂充填和水力采煤礦井的井下供

22、水，將要有大量的水晝夜不停地匯集于井下。礦井涌水與采區(qū)的水文地質(zhì)及當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件有關(guān)系，涌水量在不同的季節(jié)也呈現(xiàn)不同。在一些大水礦井，礦井涌水量可達(dá)到每秒17立方米，甚至超過(guò)每秒20立方米。另外，煤炭開采過(guò)程中，由于地層結(jié)構(gòu)被破壞，巖層斷裂，使采區(qū)與儲(chǔ)水層連通，發(fā)生突水事故，涌水量會(huì)突然增加。如果不能及時(shí)地將這些積水排送到井上，井下的生產(chǎn)就可能受到阻礙，井下的安全就會(huì)得不到保障，嚴(yán)重者會(huì)造成重大事故。給人民的生命、國(guó)家的財(cái)產(chǎn)都帶來(lái)了極大

23、的威脅。因此，井下排水就顯得尤為重要。井下自動(dòng)排水系統(tǒng)的任務(wù)就是把流入井下煤礦巷道中的礦井積水排送至地表。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，每開采1噸煤就要排出2--7噸礦井水，有時(shí)甚至要排出30--40噸礦井水。井下排水設(shè)備所配備電機(jī)的功率，小的幾千瓦到幾十千瓦，大的幾百千瓦到上千千瓦、在我國(guó)煤炭行業(yè)中，井下排水用電量占原煤生產(chǎn)總耗電量的18%--41%，一般為20%左右。</p><p>　　因此，井下排水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性(安全運(yùn)轉(zhuǎn)

24、)與經(jīng)濟(jì)性(效率高、電耗量小)，具有十分重要的意義。</p><p>　　1.1.2礦井排水系統(tǒng)的組成部分</p><p>　　井下排水系統(tǒng)一般采用離心式水泵，一些小型煤礦或淺水井臨時(shí)排水系統(tǒng)也采用潛水泵。離心式水泵排水系統(tǒng)主要由離心式水泵、電動(dòng)機(jī)、起動(dòng)設(shè)備、儀表、管路及管路附件等組成。</p><p><b>　?、贋V水器和底閥</b><

25、;/p><p>　　濾水器安裝在吸水管的下端，插入吸水井下面，不得低于O.5m 。其作用是防止井底沉積的煤泥和雜物吸入泵內(nèi)，導(dǎo)致水泵被堵塞或被磨損。在濾水器內(nèi)裝有舌型底閥，其作用是使灌入水泵和吸水管中的引水，以及停泵后的存水不致漏掉。但是現(xiàn)在的排水系統(tǒng)中，為了提高排水效率，減小水泵腐蝕，一般不用底閥，而用射流泵或真空泵為水泵和吸水管注水。</p><p><b>　?、陂l閥</

26、b></p><p>　　調(diào)節(jié)閘閥安裝在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止閥的下方。其功用為:</p><p>　?、僬{(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程；</p><p>　?、谄饎?dòng)時(shí)將它完全關(guān)閉，以降低起動(dòng)電流。</p><p>　　調(diào)節(jié)閘閥的優(yōu)點(diǎn)是流動(dòng)阻力和關(guān)閉壓力較小，安裝時(shí)無(wú)方向性，能夠方便地來(lái)調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程等。其缺點(diǎn)是密封面容易

27、擦傷，檢修較為困難，高度尺寸較大，在安裝位置受到限制時(shí)，安裝不便，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高。</p><p>　　放水閘閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥上方的排水管路的放水管上，其作用為檢修排水管路時(shí)放水用。</p><p><b>　　③逆止閥</b></p><p>　　逆止閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥的上方，其作用是當(dāng)水泵突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)(如突然停電)時(shí)，或者在未關(guān)閉調(diào)節(jié)閘

28、閥的情況下停泵時(shí)，能自動(dòng)關(guān)閉，切斷水流，使水泵不致受到水力沖擊而遭到損壞。</p><p>　?、芄嘁┒?、放氣栓和旁通管</p><p>　　灌引水漏斗是在水泵初次起動(dòng)時(shí)，向水泵和吸水管中灌引水用。在向水泵和吸水管中灌引水時(shí)，要通過(guò)放氣栓(又叫氣嘴)將水泵和吸水管中的空氣放掉。</p><p>　　當(dāng)排水管中有存水時(shí)，也可通過(guò)旁通管向水泵和吸水管中灌引水，此時(shí)要

29、將旁通管上的閥門打開。此外，還可通過(guò)旁通管，利用排水管中的壓力水的反沖作用，沖掉積存于水泵流通部分和附著于濾水器上的雜物，但此時(shí)須通過(guò)連接在底閥上的鐵絲或鏈條將底閥提起。</p><p><b>　?、輭毫Ρ砗驼婵毡?lt;/b></p><p>　　壓力表安裝在水泵的排水接管上，為檢測(cè)排水管中水壓大小用。常用的壓力表為普通彈簧管壓力表，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可分為徑向無(wú)邊、徑向帶

30、邊和軸向帶邊三種。表殼的公稱直徑有60mm,100mm,150mm,200mm和250mm五種。壓力表所測(cè)出的壓力叫做表壓力或相對(duì)壓力，它比絕對(duì)壓力小1個(gè)大氣壓。</p><p>　　真空表安裝在水泵的吸水接管上，為檢測(cè)吸水管的真空度用。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征也可分為徑向無(wú)邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。表殼的公稱直徑和壓力表一樣，也分為60, 100, 150，和250mm五種。真空表測(cè)量范圍為0--0.1 MPa(一個(gè)大

31、氣壓)。 </p><p><b>　　⑥射流泵或真空泵</b></p><p>　　離心式水泵在起動(dòng)前必須將吸水管和泵腔內(nèi)注滿水才能進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，否則水泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將無(wú)法吸水，形成“干燒”，嚴(yán)重影響水泵的使用壽命。在無(wú)底閥的排水系統(tǒng)中，水泵每次起動(dòng)都要灌水，這一工作由抽真空設(shè)備完成，一般使用射流泵或真空泵。如圖1-2所示。它們的工作原理不同，但都能在系統(tǒng)中使水泵工作腔達(dá)

32、到一定的真空度，保證系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　1.2井下排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題</p><p>　　目前，我國(guó)大多煤礦企業(yè)的井下水泵房使用的仍然是傳統(tǒng)的人工操作排水系統(tǒng)，以離心式水泵系統(tǒng)為主。這種排水系統(tǒng)的操作以離心式水泵的工作特性為基礎(chǔ)，泵站的起停時(shí)間判斷，完全依賴于工人的經(jīng)驗(yàn)和已有的操作規(guī)程。當(dāng)水倉(cāng)水位到達(dá)設(shè)定的高水位時(shí)，工人打開射流泵(或真空泵)，為水泵抽真空，同時(shí)觀測(cè)真空表的

33、讀數(shù)。真空度達(dá)到要求后，起動(dòng)水泵機(jī)組，使水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)水泵出水口壓力表讀數(shù)達(dá)到要求時(shí)，開起閘閥進(jìn)行排水，同時(shí)關(guān)閉抽真空的射流泵(或真空泵)。</p><p>　　停泵過(guò)程要進(jìn)行相反的操作。當(dāng)水倉(cāng)積水降至低水位時(shí)，先將閘閥關(guān)死，再停水泵機(jī)組。</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)涌水量的不同，工人還要判斷同時(shí)投入幾臺(tái)水泵工作，以便于既能及時(shí)排出積水，又能使泵站合理使用，避免過(guò)度頻繁的起停。</p

34、><p>　　其存在的問(wèn)題有如下幾點(diǎn)：</p><p>　　①效率低、可靠性差。這種排水系統(tǒng)的工作流程完全由手工完成，工人按部就班的完成各個(gè)執(zhí)行件的操作。另外，對(duì)水位、涌水量大小等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的判斷依賴于工人的經(jīng)驗(yàn)。作業(yè)過(guò)程比較復(fù)雜，要求工人具有很強(qiáng)的責(zé)任心，否則可能出現(xiàn)誤操作，甚至發(fā)生大的事故。</p><p>　?、诠と藙趧?dòng)強(qiáng)度大。人工操作無(wú)法避免高強(qiáng)度的勞作。尤其是閘

35、閥的操作，勞動(dòng)量最大。而且，水泵房要時(shí)時(shí)有人值守，以便在發(fā)生異常情況時(shí)，及時(shí)報(bào)警檢修。</p><p>　　1.3排水系統(tǒng)為何要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制</p><p>　　針對(duì)上述排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題，本文提出了基于PLC的礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，將使得排水系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)，整個(gè)工作流程通過(guò)軟件的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，程序確定后，水泵機(jī)組將按給定的程序自動(dòng)啟停水泵、開合閥門，極大的減小工

36、人的勞動(dòng)強(qiáng)度。PLC將水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)經(jīng)安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳至地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機(jī)，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測(cè)數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動(dòng)化控制信息，實(shí)現(xiàn)井下主排水系統(tǒng)的遙測(cè)、遙控。</p><p>　　1.4我國(guó)礦井主排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀</p><p>　　井下排水是伴隨著采礦工程產(chǎn)生的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。隨著控制理論和現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)排水系統(tǒng)的研究在理論

37、和實(shí)踐上都取得了一定進(jìn)步。</p><p>　　傳統(tǒng)的繼電器控制方法，用人工進(jìn)行檢測(cè)(如人工檢測(cè)水倉(cāng)水位、淤泥厚度、管道、閘閥及配電設(shè)備狀況等)，這種檢測(cè)控制方法效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且由于井下環(huán)境惡劣，故障率較高。所以靠人工檢測(cè)的方法已不適應(yīng)煤炭發(fā)展的需要，取而代之的是自動(dòng)化排水系統(tǒng)。</p><p>　　隨之，一種新穎的礦井排水計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)問(wèn)世。由于礦井排水系統(tǒng)屬于多變量、非線

38、性、時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)，特別是在管道和水泵等環(huán)節(jié)中，各變量之間又存在著交叉，因此礦井排水系統(tǒng)非常適合于采用模糊控制的方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的集散式控制方式，建立了多級(jí)模塊化的結(jié)構(gòu)體系，提出了多參數(shù)的模糊綜合決策方法。</p><p>　　目前，PLC在國(guó)內(nèi)外工業(yè)控制中已獲得廣泛應(yīng)用，在礦井排水系統(tǒng)中，采用PLC自動(dòng)監(jiān)測(cè)排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)記錄、故障報(bào)警、事故分析、多臺(tái)水泵啟動(dòng)

39、的自動(dòng)切換等，所得到的動(dòng)態(tài)資料準(zhǔn)確性高，控制的可靠性高。</p><p>　　第二章 礦井自動(dòng)排水系統(tǒng)的各種參數(shù)與檢測(cè)</p><p>　　排水裝置要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、無(wú)人職守，最根本的就是讓控制系統(tǒng)了解自動(dòng)化系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的狀況和運(yùn)行狀態(tài)。這些運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)中央處理單元的分析和運(yùn)算后，做出判斷并顯示給集中監(jiān)控室。</p><p>　　圖 主排水泵自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)圖&l

40、t;/p><p>　　排水裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過(guò)程中，必須對(duì)圖所示參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，本章將對(duì)以下5個(gè)監(jiān)控的參數(shù)展開論述并給出檢測(cè)的方法和可實(shí)現(xiàn)性。</p><p>　　(1)水倉(cāng)水位的檢測(cè)</p><p>　　(2)水泵流量的檢測(cè)</p><p><b>　　(3)水泵壓力檢測(cè)</b></p><p><

41、;b>　　(4)水泵負(fù)壓檢測(cè)</b></p><p>　　(5)電機(jī)及水泵溫度檢測(cè)</p><p>　　2.1水倉(cāng)水位的檢測(cè)</p><p>　　2.1.1液位傳感器介紹</p><p>　　一、超聲波液位傳感器</p><p>　　超聲波液位傳感器是利用超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的反射特性而制成的。

42、如果從發(fā)射超聲波脈沖開始，到接受到反射波為止的這個(gè)時(shí)間間隔為已知，就可以求出分界面的位置，利用這種方法可以對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量。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。單換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波使用同一個(gè)換能器，而雙換能器的傳感器發(fā)射和接受各使用一個(gè)換能器。</p><p>　　下面就單換能器的超聲波傳感器加以介紹。</p><p>　　超聲波發(fā)射和接收換能器可以安裝

43、在液面的上方，讓超聲波在空氣中傳播，如圖3-2所示。</p><p>　　圖 超聲波液位計(jì)安裝示意圖</p><p>　　對(duì)于單換能器來(lái)說(shuō)，超聲波從發(fā)射器到液面，又從液面反射到換能器的時(shí)間為：</p><p><b>　?。ㄊ?-1）</b></p><p>　　則 （式

44、3-2）</p><p>　　式中： h —換能器距液面的距離；</p><p>　　c —超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。</p><p>　　從以上公式中可以看出，只要測(cè)得超聲波脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔，便可以求得待測(cè)的液位。</p><p>　　超聲波液位傳感器具有精度高和使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，但若液體中有氣泡或液面發(fā)生波動(dòng)，便會(huì)產(chǎn)生較大的誤差

45、。在一般使用條件下，它的測(cè)量誤差為，檢測(cè)液位的范圍為～m。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用的是Yjsonic系列的超聲波液位計(jì)，在測(cè)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(zhuǎn)換成電信號(hào)。并由聲波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間來(lái)計(jì)算傳感器到被測(cè)物體的距離。</p><p>　　工作特點(diǎn)：采用SMD技術(shù)，提高儀器的可靠性，自動(dòng)功率調(diào)整，增益控制、溫度補(bǔ)償。先進(jìn)的檢

46、測(cè)技術(shù)，豐富的軟件功能適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境。采用新型的波形計(jì)算技術(shù)，提高儀表的測(cè)量精度。具有干擾回波的抑制功能，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)。16位D/A轉(zhuǎn)換，提高電流輸出的精度和分辨率。傳感器采用四氟乙烯材料，可用于各種腐蝕性場(chǎng)合，多種輸出方式：可編程繼電器輸出、高精度4～20mA電流輸出、RS-485數(shù)字通信輸出等方式可供選擇。</p><p>　　圖 超聲波液位計(jì)選型</p><p>　　設(shè)計(jì)中選

47、用二線制輸出型液位計(jì)，其參數(shù)如下：</p><p>　　量程： 0～3、5、8、10、15、20m</p><p>　　精度： 0.25% </p><p>　　盲區(qū)： 0.3～0.5m</p><p>　　溫度： -20℃～+55℃</p><p><b>　　電源： 24VDC</b><

48、/p><p><b>　　控制： 無(wú)</b></p><p>　　輸出： 4～20mA 二線制</p><p>　　防護(hù)等級(jí)：  IP65</p><p>　　顯示方式： 4位LCD  </p><p>　　二、投入式液位傳感器</p><p>　

49、　投入式液位傳感器是將傳感器的探頭投入液體中。利用處于一定深度時(shí)液體會(huì)產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)這個(gè)基本原理制成的。其示意圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4水位計(jì)示意圖</p><p>　　圖 傳感器功能模塊圖</p><p>　　具體的來(lái)說(shuō)是:傳感頭根據(jù)水中的壓力與空氣中的壓力差，傳感頭把水位的高度變換成壓力差，再把壓力差轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)，該微弱的電信號(hào)經(jīng)放大

50、器放大后送A/D變換器，單片機(jī)采集數(shù)字信號(hào)經(jīng)運(yùn)算處理后，輸出的水位高度用數(shù)碼管來(lái)顯示，同時(shí)輸出對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。其內(nèi)部的功能模塊圖如圖3-5。</p><p>　　2.1.2液位檢測(cè)裝置的選擇</p><p>　　上述兩種液位傳感器是基于不同的工作原理設(shè)計(jì)和制造出來(lái)的，分別適應(yīng)于不同的工作場(chǎng)所。當(dāng)然，有些場(chǎng)所可以使用兩種當(dāng)中的任何一種，也可以同時(shí)使用在同一個(gè)被檢測(cè)對(duì)象(水倉(cāng))。</p&

51、gt;<p>　　一、兩種液位傳感器的比較</p><p>　　投入式液位傳感器的特點(diǎn)在于:</p><p>　?、僦圃斐杀鞠鄬?duì)于超聲波液位傳感器較為低廉:</p><p>　　②量程比較小(5 —10米)，但一般能滿足測(cè)量水倉(cāng)水位的要求:</p><p>　　③性能受到被檢測(cè)介質(zhì)物理性質(zhì)(如液體有固體沉積或粘稠)的影響；<

52、;/p><p>　?、軠y(cè)量工作不受空氣中的懸浮成分如粉塵、濃煙等的影響</p><p>　　相對(duì)而言，超聲波液位傳感器的特點(diǎn)在于:</p><p>　?、俪暡▊鞑?huì)受到空氣中粉塵的影響；</p><p>　?、诔暡ㄋ粋鞲衅鞯臏y(cè)量量程大；</p><p>　　③超聲波水位傳感器屬于非接觸式傳感器，性能不受被檢測(cè)介質(zhì)的影

53、響；</p><p><b>　　④制造成本比較高。</b></p><p>　　二、水位檢測(cè)裝置的選擇</p><p>　　由于煤礦井下的排水系統(tǒng)重要的安全地位，而水位傳感器是整個(gè)排水系統(tǒng)的嗅覺器官。也就是說(shuō)，一旦水位傳感器失靈，后面的排水硬件和響應(yīng)軟件設(shè)置的再好都無(wú)法啟動(dòng)。所以，合理設(shè)計(jì)水位傳感也是很重要的。</p><

54、p>　　在水位檢測(cè)裝置的選擇上，至少選擇兩個(gè)水位傳感器來(lái)提高水位檢測(cè)裝置的可靠性。一般選擇一個(gè)超聲波液位傳感器與一個(gè)投入式液位傳感器相結(jié)合的方法來(lái)檢測(cè)水位。但是由于超聲波液位傳感器不能用在過(guò)于狹小的空間內(nèi)，當(dāng)條件不具備時(shí)，也可以使用兩個(gè)投入式傳感器來(lái)檢測(cè)水位。</p><p>　　2.2電機(jī)及水泵溫度檢測(cè)</p><p>　　溫度傳感器一般分為接觸式與非接觸式兩大類。所謂接觸式就是傳

55、感器直接與被測(cè)物體接觸，這是測(cè)溫的基本形式。這類溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最多的一類。</p><p>　　非接觸式溫度傳感器理論上不存在接觸式溫度傳感器的測(cè)量滯后和應(yīng)用范圍上的限制，可測(cè)高溫、腐蝕、有毒、運(yùn)動(dòng)物體及固體、液體表面的溫度，不干擾被測(cè)溫度場(chǎng)，但測(cè)量精度低，使用不太方便。</p><p>　　通過(guò)比較，宜選擇接觸式溫度傳感器測(cè)

56、量溫度比較合適。本文選擇PT100溫度傳感器測(cè)電機(jī)及水泵溫度。</p><p>　　Pt100傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來(lái)進(jìn)行測(cè)溫，其溫度/阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系為：</p><p>　?。?）-200℃<t<0℃時(shí)，  （式3-12）</p><p>　?。?）0℃≤t≤850℃時(shí)， 

57、 （式3-13） </p><p>　　式中，A=3.90802×10-3； B=-5.80×10-7； C=4.2735×10-12。</p><p>　　PT100溫度傳感器是一個(gè)模擬信號(hào)，它在實(shí)際應(yīng)用中有二種形式:一種是不需要顯示的,主要采集到PLC，這樣在使用的時(shí)候只需要一塊PT100的集成電路，要注意的是這個(gè)集成電路采集的不是電流信號(hào)而

58、是電阻值，PT100的集成電路（需要一個(gè)±12VDC電源提供工作電壓）直接把采集到的電阻變?yōu)?-5VDC輸入到PLC，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算就可以得到相應(yīng)的溫度值。（這樣的形式可以同時(shí)采集多路），還有一種就是單獨(dú)的一個(gè)PT100溫度傳感器（工作電源是24VDC），產(chǎn)生一個(gè)4--20mA的電流，然后再通過(guò)一個(gè)4--20mA電流電路板把4--20mA的電流變?yōu)?--5V電壓。它可以串連一個(gè)電磁指示儀表。 </p><p

59、>　　Pt100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　測(cè)量范圍：-200℃～+850℃；</p><p>　　允許偏差值△℃：A級(jí)±（0.15＋0.002│t│），B級(jí)±（0.30＋0.005│t│）；</p><p>　　熱響應(yīng)時(shí)間<30s；</p><p>　　最小置入深度：熱電阻的最小置入深

60、度≥200mm；</p><p><b>　　允通電流≤5mA。</b></p><p>　　另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　應(yīng)用范圍：氣液兩用型，可用于供水系統(tǒng)，液壓，氣動(dòng)系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)，自動(dòng)化工程等。</p><p><b>

61、;　　2.3水泵壓力檢測(cè)</b></p><p>　　一、應(yīng)變式壓力傳感器原理介紹</p><p>　　應(yīng)變式壓力傳感器主要用來(lái)測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)壓力，如動(dòng)力管道設(shè)備的進(jìn)出口氣體或液體的壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的壓力、槍管及炮管內(nèi)部的壓力、內(nèi)燃機(jī)管道的壓力等。</p><p>　　應(yīng)變式壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。</p><

62、;p>　　圖3-9為膜片式壓力傳感器，應(yīng)變片貼在膜片內(nèi)壁，在壓力作用下，膜片產(chǎn)生徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變，表達(dá)式分別為：</p><p><b>　　（式3-8）</b></p><p><b>　?。ㄊ?-9）</b></p><p>　　式中：— 膜片上均勻分布的壓力；</p><p>　　R、

63、— 膜片的半徑和厚度；</p><p>　　X — 離圓心的徑向距離。</p><p>　　由應(yīng)力分布圖可知，膜片彈性元件承受壓力時(shí)，其應(yīng)變變化曲線的特點(diǎn)為：當(dāng)x=0時(shí)，；當(dāng) x=R時(shí)，=0，=。</p><p>　　根據(jù)以上特點(diǎn)，一般在平膜片圓心處切向粘貼R1、R4兩個(gè)應(yīng)變片，在邊緣處沿徑向粘貼R2、R3兩個(gè)應(yīng)變片，然后接成如圖3-10的全橋電路。其中，，且R1=

64、R2=R3=R4，則：</p><p><b>　?。ㄊ?-10）</b></p><p><b>　?。ㄊ?-11）</b></p><p>　　此時(shí)全橋差動(dòng)電路不僅沒(méi)有非線形誤差，而且電壓靈敏度為單片工作時(shí)的4倍，同時(shí)仍具有溫度補(bǔ)償作用。</p><p><b>　　圖 全橋差動(dòng)電路&

65、lt;/b></p><p>　　二、HS-956系列薄膜壓力變送器</p><p>　　在本系統(tǒng)中使用了HS-956系列薄膜壓力變送器。HS-956系列薄膜壓力變送器由高性能的薄膜壓力傳感器與信號(hào)調(diào)理電路組成。該系列產(chǎn)品技術(shù)獨(dú)特、性能優(yōu)越,具有體積小、重量輕、安裝簡(jiǎn)便、能在惡劣環(huán)境長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的特點(diǎn)，特別適合頻繁沖擊壓力的測(cè)量。是目前理想的流體壓力測(cè)量?jī)x表。</p>

66、<p>　　HS-956系列薄膜壓力變送器的特點(diǎn)：</p><p>　　1、穩(wěn)定性高　　　每年優(yōu)于 ±0.1% </p><p>　　2、測(cè)量誤差小　　綜合誤差可小于 ±0.1% </p><p>　　3、溫度范圍寬　　允許介質(zhì)溫度 -40～125℃</p><p>　　4、溫度漂移小　　典型溫漂 ±0

67、.02%/℃</p><p>　　5、適應(yīng)惡劣環(huán)境　耐溫、耐腐、抗振動(dòng) </p><p>　　6、適應(yīng)性廣　　 產(chǎn)品體積小、重量輕、無(wú)隔離膜片和中介液體； 全不銹鋼密封結(jié)構(gòu)，無(wú)可動(dòng)部件；可直接、任意安裝。因此適應(yīng)各種工業(yè)測(cè)量場(chǎng)合及介質(zhì)。</p><p><b>　　主要技術(shù)指標(biāo)：</b></p><p>

68、;　　1、介質(zhì) 　 液體、氣體或蒸汽</p><p>　　2、輸出　　 兩線制4～20mA.DC ；</p><p>　　3、量程 0.1,0.16,0.2,0.25,0.3,0.4,0.5,0.6,0.8,1,1.6,2,　　　　　 　 2.5,3,4,5,6,8,10,16,20,25,30,40,50,60Mpa</p><p&g

69、t;　　4、電源　　 24V.DC,無(wú)負(fù)載時(shí)可工作在12V.DC，</p><p>　　最大電源電壓36 V.DC；</p><p>　　5、負(fù)載范圍　　允許最小負(fù)載為零，最大負(fù)載RL=50（US-12）Ω。其中US為電源電壓；</p><p>　　6、過(guò)壓　　 量程的120% ；</p><p>　　7、輸出限制　 變送

70、器過(guò)壓時(shí)，內(nèi)部限流器輸出電流限制在25mA以下；</p><p>　　8、溫度范圍　 敏感元件工作溫度：-50～125℃；電子部件工作溫度：-40～85℃ ；</p><p>　　9、濕度范圍　　0～99% 相對(duì)濕度 。</p><p><b>　　2.4水泵流量檢測(cè)</b></p><p>　　2.4.1流量檢測(cè)儀器

71、的安裝位置</p><p>　　水泵的流量與水泵出口的閘閥開度和出口壓力、電動(dòng)機(jī)電流有直接的關(guān)系。這些參數(shù)之間相互結(jié)合可以檢測(cè)出水泵、電動(dòng)機(jī)的性能和工況。因此水泵出口流量的檢測(cè)有非常重要的意義。水泵出口流量的檢測(cè)有兩種布置方式:</p><p>　?、倭髁繖z測(cè)器安裝分別安裝在水泵出口的分支管路上，圖3-6所示;</p><p>　?、诹髁繖z測(cè)器安裝在水泵出口的總管路

72、上，如圖3-7所示。</p><p>　　兩種安裝位置的比較，采用圖3-7所示的安裝方式可以滿足需要。</p><p>　　采用如圖3-6示的安裝方式可以保證準(zhǔn)確測(cè)量每一個(gè)水泵在工作過(guò)程中的流量。從而可以比較準(zhǔn)確的判斷出各個(gè)水泵機(jī)組的工作特性。但是結(jié)合煤礦井下排水過(guò)程的特點(diǎn):水泵的工作方式(輪番啟動(dòng))，如果采用如圖3-7所示的安裝方式，也可以判斷出每個(gè)水泵的流量，但是需要比較復(fù)雜的軟件設(shè)&

73、lt;/p><p>　　1.截止閥2.離心式水泵3.流量傳感器</p><p>　　圖 各個(gè)水泵分別安裝流量傳感器</p><p>　　計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件中可以通過(guò)檢測(cè)干路中的流量總和與所開啟的水泵數(shù)目，可以得到整個(gè)排水泵一電機(jī)機(jī)組的工況。因此出于造價(jià)、硬件系統(tǒng)的復(fù)雜等方面的考慮，優(yōu)先選擇圖3-7所示的方式設(shè)置流量計(jì)。</p><p>　　1.截止閥

74、2.離心式水泵3.流量傳感器</p><p>　　圖 各個(gè)水泵只安裝一個(gè)流量傳感器</p><p>　　2.4.2流量檢測(cè)傳感器</p><p>　　一、電磁流量計(jì)工作原理</p><p>　　在工業(yè)中經(jīng)常使用的大口徑流量計(jì)是電磁流量計(jì)。自20世紀(jì)50年代末國(guó)內(nèi)首次工業(yè)應(yīng)用以來(lái)，七八十年代在流量測(cè)量中運(yùn)用和發(fā)展很快。</p>

75、<p>　　電磁流量計(jì)由電磁流量轉(zhuǎn)換器和電磁流量傳感器組成的。電磁流量轉(zhuǎn)換器是為電磁流量傳感器提供電源，并將其測(cè)量的流量信號(hào)整定成為標(biāo)準(zhǔn)的4--20mA電流等其他形式的信號(hào)。電磁流量傳感器是根據(jù)法拉第原理制成的一種流量計(jì)，用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量。其原理圖如圖3-8所示，它是由產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)的系統(tǒng)、不導(dǎo)磁材料的管道以及在管道橫截面上的導(dǎo)電電極組成。磁場(chǎng)方向、電極連線、管道軸線三者之間是相互垂直的。</p><p

76、>　　當(dāng)被測(cè)導(dǎo)電液體流過(guò)管道時(shí)，切割磁力線，于是在和磁場(chǎng)及流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其數(shù)值與液體的流速成正比。即</p><p>　　（式3-3） </p><p>　　式中:B—磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)；</p><p>　　D—切割磁力線的導(dǎo)體液體的長(zhǎng)度(為管道內(nèi)徑)(m)；</p><p>　　v—導(dǎo)電液體在管道

77、內(nèi)的平均流速(m/s )。</p><p>　　由式(3-3 )得被測(cè)導(dǎo)電液體得體積流量為</p><p><b>　?。ㄊ?-4）</b></p><p>　　因此，知道感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就可以測(cè)出導(dǎo)電液體的流量。</p><p>　　圖 電磁流量傳感器原理圖</p><p>　　二、電磁流量傳感器的結(jié)

78、構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　理論上認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度B是常量，即直流磁場(chǎng)。但直流電勢(shì)將使被測(cè)液體電解，使電極極化。正電極被負(fù)離子包圍，負(fù)電極被一層正離子包圍，加大了電極的電阻。破壞了原來(lái)的測(cè)量條件。同時(shí)內(nèi)阻增加隨被測(cè)液體成分的變化和工作時(shí)間長(zhǎng)短而變化，因而使輸出電勢(shì)不固定，影響測(cè)量精度。</p><p>　　而對(duì)被測(cè)量介質(zhì)的流量測(cè)量采用交流電(頻率為5OHz)勵(lì)磁的交流磁場(chǎng)，即

79、 （式3-5）</p><p>　　感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 （式3-6）</p><p>　　所以體積流量為 （式3-7）

80、 </p><p>　　為了避免測(cè)量管路引起磁分流，故需要用非導(dǎo)磁材料做成。另外，由于測(cè)量管路處于較強(qiáng)的交流磁場(chǎng)中，管壁產(chǎn)生渦流，因而產(chǎn)生二次磁通。為了減少渦流，要求測(cè)量管路的材料具有高電阻率。且對(duì)于不同直徑的電磁流量計(jì)，其電極、測(cè)量管路都采用不同的材料做成。</p><p>　　三、電磁流量計(jì)的特點(diǎn)</p><p>　?、贉y(cè)量

81、管路內(nèi)沒(méi)有任何突出和可移動(dòng)的部件，因此可用于有懸浮顆粒的漿液等流量的測(cè)量，且壓力損失極?。?lt;/p><p>　?、诟袘?yīng)電勢(shì)與被測(cè)液體溫度、壓力、粘度等無(wú)關(guān)，因此其使用范圍廣泛;</p><p><b>　?、蹨y(cè)量范圍寬，；</b></p><p>　?、芸梢詼y(cè)量各種腐蝕性液體的流量；</p><p>　?、蓦姶帕髁坑?jì)的慣

82、性小，可以用來(lái)測(cè)量脈動(dòng)流量；</p><p>　?、迣?duì)測(cè)量介質(zhì)，要求導(dǎo)電率大于0.002-0.005Ω/m。</p><p>　　2.4.3流量計(jì)的要求</p><p>　　隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的加強(qiáng)和進(jìn)步，各種智能型電磁流量計(jì)已經(jīng)很容易的制造出來(lái)，并應(yīng)用于測(cè)量管道中導(dǎo)電液體的體積流量，如水、污水、泥漿、礦漿、酸、堿、鹽液體及食品槳液等。在石油化工、礦冶、煤炭、水利工程

83、給排水、污水處理等行業(yè)中廣泛應(yīng)用。電磁流量計(jì)可以達(dá)到以下要求:</p><p>　　①4--20mA信號(hào)輸出型；</p><p>　?、诳垢蓴_性強(qiáng)、精度高、穩(wěn)定性可靠、整體防爆；</p><p>　?、蹨y(cè)量范圍寬，流速0.3-15m/s；</p><p>　　實(shí)際上，以常村煤礦S-3水泵房為例，其理論上管路中液體的流速范圍是:2.46m/s-

84、4.92m/s。結(jié)合電磁流量傳感器自身的特點(diǎn)，煤礦井下水泵房采用電磁流量傳感器檢測(cè)水泵出口的流量是簡(jiǎn)單易行的。</p><p>　　隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的加強(qiáng)和進(jìn)步，電磁流量計(jì)達(dá)到抗干擾性強(qiáng)、精度高、穩(wěn)定性可靠、整體防爆的要求，適合在煤礦井下使用，且也逐步的推廣和使用。由于每臺(tái)水泵的工作曲線特別是使用了一定年限的離心式水泵的流量/功率、流量/效率等曲線有較大的差異，因此無(wú)法給出每臺(tái)水泵在工作過(guò)程中的流量正常閾值和水泵

85、排出水過(guò)少的閾值。這些閾值只有在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)每臺(tái)水泵不同的流量特性設(shè)定出相應(yīng)的閾值。雖然電磁流量傳感器在使用、安裝的過(guò)程中比較復(fù)雜，但可以肯定的說(shuō)，隨著流量傳感器在自動(dòng)排水系統(tǒng)的應(yīng)用，將大大提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。</p><p><b>　　2.5水泵負(fù)壓檢測(cè)</b></p><p>　　NS-K型負(fù)壓傳感器采用先進(jìn)的靜電焊接技術(shù)形成穩(wěn)定的參考腔，可以用來(lái)測(cè)量小于

86、大氣壓的壓力和真空度，廣泛用于石油、化工、冶金、制藥冷凍、真空儀表等自動(dòng)化行業(yè)。</p><p>　　NS-K型負(fù)壓傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)如表所示：</p><p>　　表 NS-K型負(fù)壓傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　第三章 基于PLC的井下自動(dòng)排水系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</p>&

87、lt;p>　　系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)層(遠(yuǎn)程IO),控制層(PLC)和管理層(工業(yè)計(jì)算機(jī))組成的三級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。工業(yè)計(jì)算機(jī)利用友好人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，PLC作為控制器完成邏輯處理和控制任務(wù)，遠(yuǎn)程IO實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和上傳?？刂葡到y(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖所示。</p><p><b>　　圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　3.2基于

88、PLC的礦井主排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)由PLC（可編程邏輯控制器）、觸摸屏、檢測(cè)部分（模擬量和開關(guān)量采集）和執(zhí)行部分等組成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2排水控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.2.1 PLC的主要特點(diǎn)</p><p>　　PLC（ Programmable Logic Co

89、ntroller） ，即可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。</p><p>　　1. PLC的特點(diǎn)</p><p><b>　　1)靈活、通用</b>&l

90、t;/p><p>　　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(gè)系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計(jì)好的電氣控制圖，由人工通過(guò)布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如果因?yàn)楣に嚿仙僭S變化，需要改變電氣控制系統(tǒng)時(shí)，原先整個(gè)電氣控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進(jìn)行布線、焊接、固定等工作，耗費(fèi)大量人力、物力、和時(shí)間。而PLC是通過(guò)在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(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。而且，同一臺(tái)PLC

91、還可用于不同控制對(duì)象，通過(guò)改變軟件則可實(shí)現(xiàn)不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的靈活性和通用性，結(jié)構(gòu)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。</p><p>　　2)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　可靠性是工業(yè)控制器件的重要指標(biāo)。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。PLC具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會(huì)出現(xiàn)繼

92、電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。</p><p>　　3)編程簡(jiǎn)單、使用方便</p><p>　　PLC采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形圖語(yǔ)言編程方式，它既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和應(yīng)用實(shí)際，電氣技術(shù)人員易于編程，程序修改靈活方便。這

93、種面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的編程方式，與匯編語(yǔ)言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時(shí)間，但對(duì)大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，PLC的控制速度還是足夠快的。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現(xiàn)場(chǎng)的用戶設(shè)備聯(lián)接。如繼電器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。</p><p><b>　　4)接線簡(jiǎn)單</b></p><p>　　PLC只需將輸入設(shè)備(如按鈕、開關(guān)等)與輸入端

94、子聯(lián)接，將輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥等)與輸出端子聯(lián)接。接線極其簡(jiǎn)單、工作量極少。</p><p><b>　　5)功能強(qiáng)</b></p><p>　　PLC不僅具有條件控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)等控制功能，而且還能完成A/D. D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等。因此，PLC既可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，又可對(duì)模擬量進(jìn)行控制?？煽刂埔慌_(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線，

95、也可控制一個(gè)機(jī)群、多條生產(chǎn)線。可用于現(xiàn)場(chǎng)控制，也可用于遠(yuǎn)距離控制。可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。</p><p>　　6)體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化</p><p>　　PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn)。由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用，以及有很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部。因此，PLC在機(jī)電一體化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。<

96、/p><p>　　2. PLC的主要功能</p><p>　　PLC是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動(dòng)化裝置，在工廠自動(dòng)化(FA)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)內(nèi)占重要地位。今天的PLC功能，遠(yuǎn)不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。</p><p>　　PLC系統(tǒng)一般由以下基本功能構(gòu)成</p><p><b>　　.多種控制功能</b

97、></p><p>　　.數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功</p><p><b>　　.通信聯(lián)網(wǎng)功能</b></p><p>　　.輸入/輸出接口調(diào)理功能</p><p><b>　　.人機(jī)界面功能</b></p><p><b>　　.編程、調(diào)試功能</b&g

98、t;</p><p><b>　　1)控制功能</b></p><p>　　邏輯控制:PLC具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運(yùn)算功能，可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。</p><p>　　定時(shí)控制:它為用戶提供了若干個(gè)電子定時(shí)器，用戶可自行設(shè)定:接通延時(shí)、關(guān)斷延時(shí)和定時(shí)脈沖等方式。</p><p>　　計(jì)數(shù)控制:用脈沖控

99、制可以實(shí)現(xiàn)加、減計(jì)數(shù)模式，可以連接碼盤進(jìn)行位置檢測(cè)。</p><p>　　順序控制:在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺(tái)PLC可作為多部步進(jìn)控制器使用。</p><p>　　2)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能</p><p><b>　　數(shù)學(xué)運(yùn)算功能包括:</b></p><p>　　.基本算術(shù):加、減、乘、除。<

100、;/p><p>　　.擴(kuò)展算術(shù):平方根、三角函數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算。</p><p>　　.比較:大于、小于和等于。</p><p>　　數(shù)據(jù)處理:選擇、組織、規(guī)格化、移動(dòng)和先入先出。</p><p>　　模擬數(shù)據(jù)處理:PID、積分和濾波。</p><p>　　3)輸入/輸出接口調(diào)理功能</p><p>　

101、　具有A/D. D/A轉(zhuǎn)換功能，通過(guò)I/O模塊完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)精度，可以根據(jù)用戶要求選擇。具有溫度測(cè)量接口，直接連接各種電阻或電偶。</p><p><b>　　4)通信、聯(lián)網(wǎng)功能</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺(tái)PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺(tái)或多臺(tái)可編程控制

102、器的信號(hào)處理單元之間，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。</p><p>　　通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。</p><p>　　在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說(shuō)的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)端和遠(yuǎn)程端也可以采用PLC作現(xiàn)場(chǎng)機(jī)。</p&g

103、t;<p><b>　　5)人機(jī)界面功能</b></p><p>　　提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過(guò)程工作必需的信息；允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整。實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面功能的手段:從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機(jī)的CRT顯示與鍵盤操作和用通信處理器、專用處理器、個(gè)人計(jì)算機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。</p><p><

104、b>　　6)編程、調(diào)試等</b></p><p>　　使用復(fù)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(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)視、試驗(yàn)和記錄，并通過(guò)打印機(jī)打印出程序文件。</p><p>　　3.2.2 PLC的基本工作原理</p><p>　　PLC運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部要進(jìn)行一系列操作，大致可分為四大類：以故障診斷、通信處理為主的公共操作，聯(lián)系工業(yè)

105、現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)輸入和輸出操作，執(zhí)行用戶程序的操作，以及服務(wù)于外部設(shè)備的操作（如果外部設(shè)備有中斷請(qǐng)求）。其過(guò)程示意圖如圖4-3所示。</p><p>　　與其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣，PLC的CPU是采用分時(shí)操作的原理，每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作，隨著時(shí)間的延伸一個(gè)動(dòng)作接一個(gè)動(dòng)作順序地進(jìn)行。這種分時(shí)操作進(jìn)程稱為CPU對(duì)程序的掃描。PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按序號(hào)順序排列。CPU從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用

106、戶程序，直到用戶程序結(jié)束。然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述的掃描循環(huán)的。</p><p>　　PLC接通電源后，在進(jìn)行循環(huán)掃描之前，PLC首先確定自身的完好性，這是起始操作的主要工作。PLC進(jìn)行清零或復(fù)位處理，消除各元件狀態(tài)的隨機(jī)性；檢查I/O單元連接是否正確；啟動(dòng)監(jiān)控定時(shí)器T0，執(zhí)行一段涉及到各種指令和內(nèi)存單元的程序，如果所用的時(shí)間不超過(guò)T0，則可證實(shí)自身完好，否則系統(tǒng)關(guān)閉。

107、此后，將監(jiān)控定時(shí)器T0復(fù)位，允許掃描用戶程序。</p><p>　　PLC的基本工作過(guò)程為：</p><p>　　圖 PLC工作原理示意圖</p><p><b>　　1、公共操作</b></p><p>　　公共操作是在每次掃描程序前進(jìn)行自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了故障燈外，還可判斷故障性質(zhì)：一般性故障，只報(bào)警不停機(jī)，等待處

108、理；嚴(yán)重故障，則停止運(yùn)行用戶程序，此時(shí)PLC切斷一切輸出聯(lián)系。</p><p><b>　　2、數(shù)據(jù)I/O操作</b></p><p>　　數(shù)據(jù)I/O操作也稱為I/O狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一個(gè)是采樣輸入信號(hào)，即刷新輸入狀態(tài)表的內(nèi)容；二是送出處理結(jié)果，即用輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路。在PLC的存儲(chǔ)器中，有一個(gè)專門存放I/O的數(shù)據(jù)區(qū)，其中對(duì)應(yīng)于輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，我們

109、稱之為輸入映像存儲(chǔ)器。當(dāng)CPU采樣時(shí)輸入信號(hào)由緩沖區(qū)進(jìn)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(qū)動(dòng)負(fù)載。當(dāng)前處理的結(jié)果放在輸出映像存儲(chǔ)器區(qū)內(nèi)，在程序執(zhí)行結(jié)束后，才將輸出映像區(qū)的內(nèi)容通過(guò)鎖存器輸出到端子上。這步操作稱為輸出狀態(tài)刷新。</p><p>　　3、執(zhí)行用戶程序操作</p><p>　　在程序執(zhí)行前復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器T1，即執(zhí)行程序并開始計(jì)時(shí)。監(jiān)控定時(shí)器T1就是通常所說(shuō)

110、的“看門狗”，它是用來(lái)監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常的，正常時(shí)，執(zhí)行完用戶程序所用的時(shí)間不會(huì)超過(guò)T1的設(shè)定值，執(zhí)行完用戶程序后立即使“看門狗”復(fù)位，表示程序執(zhí)行正常。當(dāng)程序執(zhí)行過(guò)程中因某種干擾使掃描失控或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，“看門狗”會(huì)發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)，使程序重新開始執(zhí)行。如果是偶然因素造成超時(shí)，重新掃描程序不會(huì)再遇到“偶然干擾”，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行；若由于不可恢復(fù)的確定性故障，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地停止執(zhí)行用戶程序、切斷外部負(fù)荷、發(fā)出故障信號(hào)，等待處理。&l

111、t;/p><p>　　4、處理外設(shè)請(qǐng)求操作</p><p>　　每次執(zhí)行完用戶程序后，就進(jìn)入服務(wù)外設(shè)請(qǐng)求命令的操作，外設(shè)的請(qǐng)求命令包括操作人員的介入和硬件設(shè)備的中斷。外設(shè)請(qǐng)求一般不會(huì)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。如果沒(méi)有外設(shè)請(qǐng)求，系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)循環(huán)地掃描進(jìn)行。</p><p>　　3.2.3 PLC地址分配和實(shí)現(xiàn)控制功能</p><

112、;p>　　從系統(tǒng)的控制功能上來(lái)說(shuō)，應(yīng)具備以下七大功能：</p><p>　　一、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)　</p><p>　　數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)主要分為兩類：模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)。模擬量檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要有：水倉(cāng)水位、電機(jī)工作電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、3臺(tái)水泵的流量、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力；數(shù)字量檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要有：水泵高壓?jiǎn)?dòng)柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動(dòng)閘閥的工作

113、狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、電動(dòng)球閥狀態(tài)。</p><p>　　數(shù)據(jù)自動(dòng)采集主要由PLC實(shí)現(xiàn)，PLC模擬量輸入模塊通過(guò)傳感器連續(xù)檢測(cè)水倉(cāng)水位，將水位變化信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)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。影響水位的因素主要來(lái)自兩方而:一是水位計(jì)故障(如遭受雜物撞擊)，二是水位信號(hào)受干擾(如水波動(dòng)較大)。對(duì)于前一個(gè)因素采用雙水位計(jì)，在水倉(cāng)中設(shè)置兩個(gè)同樣的水位計(jì)，

114、PLC同時(shí)對(duì)兩個(gè)水位計(jì)取樣。如果兩路信號(hào)相差大于0.15m時(shí)系統(tǒng)報(bào)警，要求值班人員進(jìn)行檢查；而對(duì)于信號(hào)干擾，則采用軟件過(guò)濾，只有當(dāng)信號(hào)在某一值附近穩(wěn)定足夠時(shí)間，且回差足夠小時(shí)才作為控制量使用，防止了因干擾而濘致機(jī)組誤動(dòng)的情況。</p><p>　　在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，模擬量信號(hào)的處理是將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)（A/D轉(zhuǎn)換），其變換速度由采樣定律確定。一般情況下，采樣頻率應(yīng)為模擬信號(hào)中最高頻率成分的2倍以上，這樣經(jīng)A