精品畢業(yè)論文--基于plc的礦井泵房自動(dòng)化設(shè)計(jì)

1、<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)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

2、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CP340通訊模塊，采用RS-232C通信標(biāo)準(zhǔn)與就地PC建立聯(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

3、this text chose and designed drainage equipments, then designed autocontrol part based on drainage control request. This system adopts S7-300 PLC series produced by SIEMENS，with many sensors(mainly incloding water line s

4、ensors,minus pressume sensors,pressme sensors,flux sensors) to complete autocontrol function demanded in this system design. Water pumps and pipelines of this system are controlled to run in turn automatically. The numbe

5、r of running water pumps is confirmed by the princi</p><p>　　KEY WORDS:drainage system； PLC； autocontrol</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　緒論……………………………………………………………………1<

6、/p><p>　　1.1 排水系統(tǒng)概述…………………………………………………………1</p><p>　　1.1.1 礦井生產(chǎn)過程中排水的重要性………………………………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)存在的問題…………………………………………………3

7、</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)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)…………………………………………………

8、………5</p><p>　　2.1.1 液位傳感器介紹…………………………………………………5</p><p>　　2.1.2 液位檢測(cè)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)………………………………

9、………………………10</p><p>　　2.4 水泵流量檢測(cè)……………………………………………………12</p><p>　　2.4.1 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…

10、………………………………………15</p><p>　　2.5 水泵負(fù)壓檢測(cè)………………………………………………………15</p><p>　　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

11、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><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>

12、　　3.2.4 3s7—300PLC的基本組成……………………………………27</p><p>　　3.3 西門子ET200M與PROFIBUS-DP總線………………………………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<

13、;/p><p>　　4.2 選型設(shè)計(jì)……………………………………………………………………33</p><p>　　4.3 引水設(shè)備……………………………………………………………………35</p><p>　　4.4 自動(dòng)閥門……………………………………………………………38</p><p>　　4.5 高壓開關(guān)柜……………………………………………

14、……………40</p><p>　　第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………41</p><p>　　5.1 PLC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…………………………

15、…………………………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>　　5.1.4 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………………

16、………………………………………50</p><p>　　5.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………………………………………51</p><p>　　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…

17、……………………………………………………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><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)……

18、……………………………………………………57</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………58</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………59</p><p>　　翻譯部分………………………………………………………………………60</p><p><b>　　第一

19、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)的人工操作方式。本章分析這種排水系統(tǒng)的組成及工作過程，指出其存在的問題，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>

20、;　　1.1.1礦井生產(chǎn)過程中排水的重要性</p><p>　　在煤礦地下開采的過程中，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，甚至超過每秒20立方米。另外，煤炭開采過程中，由于地層結(jié)構(gòu)被破壞，巖層斷裂，使采區(qū)與儲(chǔ)水

21、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)都帶來了極大的威脅。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

22、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))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。

23、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></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。

24、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>　　②閘閥</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>　　①調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程；</p><p>　　②起動(dòng)時(shí)

25、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，能夠方便地來調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程等。其缺點(diǎn)是密封面容易擦傷，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>

26、<b>　?、勰嬷归y</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┒贰⒎艢馑ê团酝ü?lt;/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

27、水泵和吸水管中灌引水時(shí)，要通過放氣栓(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)，也可通過旁通管向水泵和吸水管中灌引水，此時(shí)要將旁通管上的閥門打開。此外，還可通過旁通管，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?l

28、t;/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

29、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)大氣壓)。 </p><p><b>　?、奚淞鞅没蛘婵毡?lt;/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

30、”，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)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

31、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

32、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，避免過度頻繁的起停。</p><p>　　其存在的問題有如下幾點(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)

33、。作業(yè)過程比較復(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)存在的問題，本文提出了基于P

34、LC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)工作流程通過軟件的編程來實(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&g

35、t;　　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

36、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)問世。由于礦井排水系統(tǒng)屬于多變量、非線性、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>

37、<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)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

38、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</p><p>　　排水裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過程中，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><

39、;p>　　(2)水泵流量的檢測(cè)</p><p><b>　　(3)水泵壓力檢測(cè)</b></p><p><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

40、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。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)

41、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)于單換能器來說，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&

42、gt;<p><b>　?。ㄊ?-1）</b></p><p>　　則 （式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

43、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。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

44、波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間來計(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

45、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.

46、5m</p><p>　　溫度： -20℃～+55℃</p><p><b>　　電源： 24VDC</b></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&g

47、t;<p>　　顯示方式： 4位LCD  </p><p>　　二、投入式液位傳感器</p><p>　　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

48、模塊圖</p><p>　　具體的來說是: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>

49、;　　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><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>　　①制造成本相對(duì)于超聲波液位傳感器較為低廉:</p><p&

50、gt;　　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；</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>　　①超聲波傳播會(huì)受到空氣中粉塵的影響

51、；</p><p>　?、诔暡ㄋ粋鞲衅鞯臏y(cè)量量程大；</p><p>　?、鄢暡ㄋ粋鞲衅鲗儆诜墙佑|式傳感器，性能不受被檢測(cè)介質(zhì)的影響；</p><p><b>　?、苤圃斐杀颈容^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

52、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，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><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)合的方法來檢測(cè)水位。但是由于超聲波液位傳感器不能用在過于狹小的空間內(nèi)，當(dāng)條件不具備時(shí)，也可以使用兩個(gè)投入式傳感器

53、來檢測(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

54、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>　　通過比較，宜選擇接觸式溫度傳感器測(cè)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)系的特性來進(jìn)行測(cè)溫，其溫度/阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系為：</p><p&

55、gt;　　（1）-200℃<t<0℃時(shí)，  （式3-12）</p><p>　?。?）0℃≤t≤850℃時(shí)，  （式3-13） </p><p>　　式中，A=3.90802×10-3； B=-5.80×10-7； C=4.2735×10-12。</p><p>　　PT

56、100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2

57、4VDC），產(chǎn)生一個(gè)4--20mA的電流，然后再通過一個(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>　　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)

58、7;（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&g

59、t;<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>　　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

60、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><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>　?。ㄊ?-8）</b></p><p&g

61、t;<b>　?。ㄊ?-9）</b></p><p>　　式中：— 膜片上均勻分布的壓力；</p><p>　　R、— 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，=。</

62、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=R2=R3=R4，則：</p><p><b>　　（式3-10）</b></p><p><b>　　（式3-11）</b></p><p&

63、gt;　　此時(shí)全橋差動(dòng)電路不僅沒有非線形誤差，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</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)

64、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><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

65、% </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 ±0.02%/℃</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

66、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>　　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.

67、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>　　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-

68、12）Ω。其中US為電源電壓；</p><p>　　6、過壓　　 量程的120% ；</p><p>　　7、輸出限制　 變送器過壓時(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

69、% 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:&

70、lt;/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>　　②流量檢測(cè)器安裝在水泵出口的總管路上，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)水泵在工作過程中的流量。從而可以比

71、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)</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)來實(shí)現(xiàn)。軟件中可以通過檢測(cè)干路中的流量總和與所開

72、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<

73、/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，七八十年代在流量測(cè)量中運(yùn)用和發(fā)展很快。</p><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)，用來測(cè)量導(dǎo)電液體的流量

74、。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>　　當(dāng)被測(cè)導(dǎo)電液體流過管道時(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>　?。ㄊ?-3） </p><p>　　式中

75、: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>　

76、　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)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

77、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 （式3-5）</p><p>　　感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 （式3-6）</p><p>　　所以體

78、積流量為 （式3-7） </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

79、。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>　　①測(cè)量管路內(nèi)沒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，且壓力損失極小；</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&

80、gt;　?、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)的慣性小，可以用來測(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)

81、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，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>　?、?--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>&l

82、t;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-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

83、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)水泵在工作過程中的流量正常閾值和水泵排出水過少的閾值。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、安裝的過程中比較復(fù)雜，但可以肯定的說，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&g

84、t;<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，可以用來測(cè)量小于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

85、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><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

86、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

87、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 Controller） ，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，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型

88、的機(jī)械或生產(chǎn)過程。</p><p>　　1. PLC的特點(diǎn)</p><p><b>　　1)靈活、通用</b></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，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費(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)

89、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還可用于不同控制對(duì)象，通過改變軟件則可實(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>

90、<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采用面向控制過程、面向問題的“自

91、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。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，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)備來說，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。&

92、lt;/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)

93、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。可控制一臺(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線，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

94、、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。</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

95、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></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<

96、/p><p><b>　　.人機(jī)界面功能</b></p><p><b>　　.編程、調(diào)試功能</b></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>

97、;<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

98、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。</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。</

99、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>　　具有A/D. D/A轉(zhuǎn)換功能，通過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

100、><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)

101、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><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

102、: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><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，并通過打印機(jī)打印出程序文件。</p><p&

103、gt;　　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)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

104、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

105、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T0，則可證實(shí)自身完好，否則系統(tǒng)關(guān)閉。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的基本工作過程為：</p><p>　　圖 PLC工作原理示意圖</p><p><b>　　1、

106、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

107、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)容通過鎖存器輸出到端子上。這步操作稱為輸出狀態(tài)刷新。<

108、;/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就是通常所說的“看門狗”，它是用來監(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)

109、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。</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

110、有利于系統(tǒng)的控制和管理。如果沒有外設(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><p>　　從系統(tǒng)的控制功能上來說，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

111、：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

112、的涌水量，控制排水泵的啟停。影響水位的因素主要來自兩方而: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)，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>&l

113、t;p>　　在數(shù)據(jù)采集過程中，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/D變換的精度可完全恢復(fù)到原來的模擬信號(hào)精度。A/D變換的精度取決于A/D變換器的位數(shù)。PLC所采用的A/D模塊均以積分方式變換，可使輸入信號(hào)的尖峰噪音和感應(yīng)噪聲平均化，適用于噪音嚴(yán)重的工業(yè)場(chǎng)所。</p><p><b>

114、;　　二、自動(dòng)輪換工作</b></p><p>　　為了防止因備用泵及其電氣設(shè)備或備用管路長(zhǎng)期不用而使電機(jī)和電氣設(shè)備受潮或其他故障未經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時(shí)，而不能及時(shí)投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)了3臺(tái)泵自動(dòng)輪換工作控制，控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運(yùn)行時(shí)間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動(dòng)記錄并累計(jì)，系統(tǒng)根據(jù)這些運(yùn)行參數(shù)按一定順序自動(dòng)啟停水泵和相應(yīng)管路，使各水泵及其管路的使用率