基于PLC的煤礦水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文說(shuō)明

1、 . . . 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)年級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生任務(wù)下達(dá)日期： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 年 月 日 至年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：基于PLC的煤礦水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)主要容和要求：1、熟悉煤礦水泵系統(tǒng)的工作方式和控制要求，了解PLC在工業(yè)過(guò)程控制的一般方法；2、熟悉S7-200系列PLC的硬件模塊，學(xué)習(xí)并掌握編程監(jiān)控軟件的使用與控制軟件的編制；3、完成煤礦中央泵房系統(tǒng)就地控制系統(tǒng)PLC模塊的配置，模塊硬件連接圖，編制控制程序；4、翻譯近5年的相關(guān)英文資料（或論文）一篇，中文字?jǐn)?shù)不少于3000漢字；5、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫。指導(dǎo)教師簽字： 重 聲 明本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是在導(dǎo)

2、師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的容。對(duì)本論文所涉與的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本論文屬于原創(chuàng)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日期： 摘 要排水設(shè)備在煤礦生產(chǎn)建設(shè)中是必不可少的大型固定設(shè)備。一個(gè)煤礦排水泵站，一般來(lái)說(shuō)，由多臺(tái)排水泵組成，它貫穿整個(gè)排水系統(tǒng)起著非常重要的作用。因?yàn)榉e水受環(huán)境的影響比較大，所以排水泵的運(yùn)行數(shù)量也要做相對(duì)的變化。現(xiàn)在以微處理器為核心的可編程控制器(PLC)已逐步取代了繼電器控制，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的自動(dòng)控制

3、領(lǐng)域。本文結(jié)合當(dāng)前控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)控制系統(tǒng)在礦井排水系統(tǒng)中的應(yīng)用。以西門子S7-200系列PLC作為中心控制單元，并擴(kuò)展了必要的數(shù)字量輸入模塊，模擬輸入模塊和通信模塊。設(shè)計(jì)了自動(dòng)和手動(dòng)控制兩種控制模式，可以根據(jù)不同情況選擇控制方式。自動(dòng)模式下，實(shí)時(shí)測(cè)量水倉(cāng)的水位，根據(jù)水位的變化和水倉(cāng)水位變化速度，并充分考慮“避峰就谷”的原則，自動(dòng)決定開啟水泵的時(shí)間和臺(tái)數(shù)，保證安全的基礎(chǔ)上，盡可能降低電力消耗成本，來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的煤礦生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：井下排水系統(tǒng)；PLC；自動(dòng)控制ABSTRACTPumping equipment in coal mine production is indispensable

4、 in the construction of large fixed equipment. A coal mine drainage pump station, in general, there are composed of many sets of drainage pumps, it runs through the drainage system plays a very important role. Because water is affected by environment is larger, so the operation of the drainage pump

5、number also should make relative changes.Now with microprocessor as the core programmable controller (PLC) has gradually replaced the relay control, automatic control field is widely used in all walks of life. Combining with the current control technology, automatic control system is developed in ou

6、r country, the application of the mine drainage system. With Siemens S7-200 series PLC as central control unit, and expanded the necessary digital quantity input module, analog input module and communication module.Designed for automatic and manual control two kinds of control mode, can choose accor

7、ding to different situation control mode. Automatic mode, the real-time measurement of water warehouse water level, according to the change of water level and water warehouse water level change speed, and give full consideration to the principle of peak to valley, automatically determines the time o

8、f open the pump and the Numbers, ensure safety, on the basis of as much as possible, reduce the power consumption cost, to achieve economic efficiency of coal mine production.Key words: Underground drainage system;PLC ; automatic control目 錄1 緒論11.1 煤礦井下排水重要性11.1.1 礦井水的來(lái)源11.1.2排水重要性11.2國(guó)外研究狀況21.2.1 國(guó)

9、研究狀況21.2.2 國(guó)外研究狀況21.3本課題研究的主要容31.4小結(jié)32煤礦泵房自動(dòng)控制系統(tǒng)42.1 可編程控制器技術(shù)概況42.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展42.1.2PLC的系統(tǒng)組成52.1.3PLC的工作原理62.1.4 PLC的功能特點(diǎn)92.2主排水控制系統(tǒng)122.2.1排水系統(tǒng)原理122.2.2系統(tǒng)組成122.3離心式水泵排水系統(tǒng)142.3.1 離心泵排水系統(tǒng)組成部分142.3.2 射流泵的工作原理142.3.3射流泵的特點(diǎn)152.4離心式水泵的啟停過(guò)程152.4.1 啟動(dòng)過(guò)程152.4.2 停機(jī)過(guò)程162.5小結(jié)163主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)173.1主排水自控系統(tǒng)主要設(shè)

10、備選型173.1.1主要硬件選型173.1.2 PLC 的選型183.2各模塊地址分配223.3排水自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件連接253.4 小結(jié)314 自動(dòng)控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)324.1主程序的編程324.2水位判斷344.3 水泵輪換工作354.4 模擬量采集374.5 避峰就谷原則394.6 自動(dòng)控制414.7小結(jié)425 PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)435.1 PLC控制系統(tǒng)的干擾因素435.1.1電源引入的干擾435.1.2 I/0信號(hào)線引入的干擾435.1.3接地線引入的干擾435.2 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施445.2.1電源系統(tǒng)的抗干擾措施445.2.2 I/0通道的抗干擾措施445.3 小

11、結(jié)44總結(jié)451 緒論1.1 煤礦井下排水重要性1.1.1 礦井水的來(lái)源礦井水的形成一般是由于巷道揭露和采空區(qū)塌陷波與到水源所致，其水源主要是含水層水、采空區(qū)老塘水、地表水、大氣降水和斷層水。含水層水：絕大多數(shù)的情況下,大氣降水和地表水被添加到含水層,然后流入礦井中。含水層早期對(duì)礦井影響較小,隨著時(shí)間的推移,含水層水會(huì)長(zhǎng)期影響礦山。采空區(qū)老塘水：古代和近期的采空區(qū)與廢棄巷道，由于長(zhǎng)期停止排水而使地下水聚集。這種水源含有大量的硫酸根離子，PH值在3左右，有的甚至為1，具有強(qiáng)烈腐蝕性，這種水成為突水水源時(shí)，危害性極大。地表水：地表水包括河流、湖泊、池塘、水庫(kù)等。當(dāng)?shù)乇硭w中影響圍采礦時(shí)，在一定的條

12、件下，水會(huì)涌進(jìn)坑道成為礦井充水來(lái)源。一般來(lái)說(shuō)，離地表水越接近，礦井涌水量越大，造成的損失越大。 大氣降水：地區(qū)降水量的大小、降水性質(zhì)和強(qiáng)度與延續(xù)時(shí)間也對(duì)礦井的充水有很大影響。礦井水量變化與氣候息息相關(guān)，但是涌水量高峰出現(xiàn)的時(shí)間往往有些滯后，而且隨深度的增加滯后的時(shí)間更長(zhǎng)。斷層水：是指由不透水巖層,切斷了的地下水。由于水不能通過(guò)土壤或巖石，如粘土、壤土和致密完整的頁(yè)巖、火成巖和變質(zhì)巖。因此存在的隔水層，使兩層不接觸水。所以在有多層不同的水質(zhì)、水量的含水層地區(qū)，需要分層開采地下水，隔水層厚度和位置必須確定。低于地下水位開采礦產(chǎn)，為了防止地下水含水層中進(jìn)我的，充滿了隔水層必須維護(hù)。1.1.2排水重要

13、性在現(xiàn)階段我國(guó)煤礦事故頻繁發(fā)生，造成傷亡的人數(shù)和設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失是巨大的，因此煤礦安全問(wèn)題日益受到人們的關(guān)注。煤礦事故的原因有很多，如頂板、運(yùn)輸、火災(zāi)和煤塵爆炸，但通常瓦斯爆炸和水災(zāi)是最頻繁、最嚴(yán)重的。如果礦井水不能夠與時(shí)排放，將不可避免地導(dǎo)致水災(zāi)，導(dǎo)致設(shè)備損壞、人員傷亡，對(duì)礦井帶來(lái)災(zāi)難性的后果。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)有效的煤礦井下排水系統(tǒng)是必不可少的1.2國(guó)外研究狀況1.2.1 國(guó)研究狀況國(guó)外學(xué)者在研究煤礦井下排水系統(tǒng)控制上已取得了許多成果。國(guó)研究工作者主要是從安全性、可靠性和節(jié)能的角度來(lái)研究煤礦排水系統(tǒng)。對(duì)煤礦中央泵房水泵的自動(dòng)控制系統(tǒng)的成功改造，為在我國(guó)在自動(dòng)控制排水系統(tǒng)開辟了一個(gè)新方法。這也證明了

14、計(jì)算機(jī)對(duì)水泵的控制和礦井監(jiān)控組成的礦井排水控制系統(tǒng)是一種可行的方法。隨后幾年，國(guó)研究人員從離心泵、管道、電動(dòng)機(jī)三個(gè)方面提出了對(duì)地下排水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。國(guó)某研究所提出了采用PLC自動(dòng)檢測(cè)水倉(cāng)的水位、管道壓力、排水流量等數(shù)據(jù)，根據(jù)煤礦用電情況和具體條件建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)水泵避峰就谷操作，節(jié)省礦山排水系統(tǒng)在能源上的消耗，因此來(lái)降低煤礦生產(chǎn)的成本。1.2.2 國(guó)外研究狀況礦井排水設(shè)備是煤礦生產(chǎn)的主要用電設(shè)備之一，因此實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的節(jié)能用電是十分必要的。俄羅斯科學(xué)副博士B.B.馬祖連科介紹了作為排水設(shè)備主要類型的離心泵的能耗估算方法，以與離心泵工況點(diǎn)經(jīng)修正后的能耗估算方法。并以北烏拉爾鋁土礦和斯塔哈諾

15、夫煤炭生產(chǎn)聯(lián)合公司為例，具體介紹了幾種工況點(diǎn)經(jīng)修正后的離心泵能耗估算情況。由于控制理論和現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使得自動(dòng)排水系統(tǒng)的研究在理論和實(shí)踐中取得了一些巨大成果。俄羅斯教授波波夫、博士波波夫教授和北烏拉爾鋁土礦生產(chǎn)聯(lián)合公司工程師沙爾塔諾夫，在2000 - 3500 kw異步電動(dòng)機(jī)直接進(jìn)入電網(wǎng)全電壓起動(dòng)與礦井高揚(yáng)程水泵雙機(jī)拖動(dòng)的的比較，指出了礦井排水高揚(yáng)程水泵采用雙電機(jī)拖動(dòng)具有無(wú)可爭(zhēng)辯的優(yōu)越性。井水質(zhì)量對(duì)排水設(shè)備的影響、管道的維護(hù)和清理也是一個(gè)需要長(zhǎng)期研究的問(wèn)題。俄羅斯研究人員利用成本相等的原則，推出了水泵循環(huán)使用周期和管道清洗周期的計(jì)算公式，為管道清理和水泵的使用提出了科學(xué)依據(jù)，提高了整個(gè)排

16、水系統(tǒng)的安全性能。酸性礦井廢水和有害元素對(duì)井下排水系統(tǒng)的影響也是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。它不僅僅是關(guān)于整個(gè)排水系統(tǒng)正常運(yùn)行，還影響地下設(shè)備的運(yùn)行和礦井工作人員的安全。因此排除酸性礦井廢水和有害元素的技術(shù)是國(guó)外學(xué)者研究礦山排水竭力解決的問(wèn)題。國(guó)外很多國(guó)家根據(jù)他們特定的環(huán)境問(wèn)題，由其是對(duì)礦井酸性廢水進(jìn)行大量研究，并發(fā)表數(shù)百篇學(xué)術(shù)論文和一些專著，對(duì)世界在礦井排水的研究上作出了巨大的貢獻(xiàn)。在許多發(fā)達(dá)國(guó)家，礦井排水已經(jīng)進(jìn)入系統(tǒng)管理的階段。集中在標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)時(shí)化和統(tǒng)計(jì)劃管理礦井排水問(wèn)題，利用信息論、控制論、系統(tǒng)論和計(jì)算機(jī)技術(shù)建立水資源管理的信息系統(tǒng)。他們將排水設(shè)備的自動(dòng)化的容列入了礦山整體水資源管理的規(guī)劃之中，將所

17、有的控制信息集中給中心控制室來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一控制。1.3本課題研究的主要容針對(duì)目前我國(guó)煤礦井下排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本課題研制開發(fā)適合我國(guó)煤礦的井下自動(dòng)排水系統(tǒng)。主要研究容包括：1.根據(jù)排水系統(tǒng)控制要求進(jìn)行PLC硬件選型和軟件的設(shè)計(jì)。2.根據(jù)水倉(cāng)水位系統(tǒng)可以自動(dòng)啟停水泵、輪換工作。3.根據(jù)水倉(cāng)水位條件按照“避峰填谷”的原則啟停水泵。4.對(duì)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行、保護(hù)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和傳送。5.發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)故障處理功能。1.4小結(jié)這一章先是介紹了煤礦井水災(zāi)的主要來(lái)源和水災(zāi)帶來(lái)的危害，明確礦井排水的重要性。然后分別介紹了煤礦井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)在國(guó)外的研究狀況，最后根據(jù)目前煤礦排水系統(tǒng)所面臨的的問(wèn)題，提出本文研究

18、的主要容。2煤礦泵房自動(dòng)控制系統(tǒng)2.1 可編程控制器技術(shù)概況可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一種可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)執(zhí)行部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)等方面的操作，并可以通過(guò)數(shù)字量或模擬量輸入/輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)器和生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破髋c其相關(guān)的設(shè)備是根據(jù)易于工業(yè)控制系統(tǒng)和擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)的一個(gè)有機(jī)整體。PLC只有30多年的發(fā)展歷史，卻取得了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。2.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器與其觸電按照一定的

19、邏輯關(guān)系連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，控制各種機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)。由于他結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、價(jià)格便宜，能夠滿足大部分場(chǎng)合電氣順序邏輯控制的要求，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域一直占有主導(dǎo)地位。20世紀(jì)60年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，人們?cè)?jīng)試圖利用小型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的要求，但由于價(jià)格昂貴、編程復(fù)雜等原因一直沒(méi)有大規(guī)模的推廣應(yīng)用。20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)了微型處理器和微型計(jì)算機(jī)，人們將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了PLC中，使它能更多發(fā)揮計(jì)算機(jī)的功能，不僅用邏輯編程取代了硬連線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸和處理等功能，使其成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。國(guó)外工業(yè)界在1980年正式將

20、其命名為可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但由于它和個(gè)人計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱容易混淆，所以現(xiàn)在把可編程控制器簡(jiǎn)稱為PLC。2.1.2PLC的系統(tǒng)組成PLC種類繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本一樣。用PLC實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按照控制功能要求，通過(guò)程序按一定的要求進(jìn)行輸入/輸出變換，并將這個(gè)變換給以物理實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要與CPU、電源、儲(chǔ)存器和專門設(shè)計(jì)的輸入/輸出接口電路等組成。 圖2.1 PLC的結(jié)構(gòu)框圖一、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集中在一個(gè)芯片。CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與

21、存儲(chǔ)單元、輸入/輸出接口電路相連接。CPU的主要任務(wù)是控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接受和存儲(chǔ)；用掃描的方式通過(guò)I/O接口接受現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；診斷PLC部電路的工作故障和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等；PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算數(shù)運(yùn)算等；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。二、存儲(chǔ)器PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩個(gè)部分。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM，用戶不能更改，它使PLC具有基本的

22、功能，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。系統(tǒng)程序主要包括三個(gè)部分：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用管理程序。用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器和用戶數(shù)據(jù)寄存器兩個(gè)部分。用戶程序存儲(chǔ)器來(lái)存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù)用規(guī)定的PLC編程語(yǔ)言編寫的應(yīng)用程序。用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以用來(lái)存放用戶程序中所使用器件的ON/OFF狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。用戶存儲(chǔ)器的大小關(guān)系到用戶程序容量的大小，是反應(yīng)PLC性能的重要指標(biāo)之一。3、 輸入/輸出單元 PLC的輸入/輸出信號(hào)類型可以是開關(guān)量、模擬量。輸入/輸出接口單元可以分為兩個(gè)部分：一部分是與被控設(shè)備相連的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。4、 電

23、源部分 PLC 一般使用220V的交流電源或是24V的直流電源，部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5V、24V等直流電源，整體式的小型PLC還提供一定容量的直流24V電源，供外部有源傳感器使用。PLC所采用的開關(guān)電源輸入電壓圍寬、體積小、效率高、抗干擾能力強(qiáng)。2.1.3PLC的工作原理當(dāng)PLC上電后，處于正常運(yùn)行時(shí)，他將不斷重復(fù)掃描過(guò)程，并不斷循環(huán)重復(fù)下去。這個(gè)過(guò)程主要分為三個(gè)階段即，輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，這三個(gè)階段是PLC工作過(guò)程的中心容，也是PLC工作原理的實(shí)質(zhì)所在。 圖2.2 PLC的運(yùn)行框圖一、輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，

24、并將各輸入狀態(tài)存入相對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時(shí)輸入映像寄存器被刷新。接著系統(tǒng)進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無(wú)論輸入信號(hào)如何變化，其容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新容。所以一般來(lái)說(shuō)，輸入信號(hào)的寬度要大于一個(gè)掃描周期，或者說(shuō)輸入信號(hào)的頻率不能太高，否則很可能造成信號(hào)丟失。2、 程序執(zhí)行階段 進(jìn)入到程序執(zhí)行階段后，一般來(lái)說(shuō)，PLC按從左到右的、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令涉與輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對(duì)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

25、馬上再存入到相應(yīng)的元件映像寄存器中。對(duì)元件映像寄存器來(lái)說(shuō)，每一個(gè)元件的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而刷新。3、 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(guò)一定的方式集中輸出，最后經(jīng)過(guò)輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，在下一個(gè)輸出刷新階段開始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會(huì)改變，從而相應(yīng)輸出端子的狀態(tài)也不會(huì)改變。2.1.4 PLC的功能特點(diǎn)一PLC鮮明的特點(diǎn)1.抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境因素，為提高抗干擾能力，PLC在硬件和軟件方面都采取了許多措施。主要模塊均采取采用大模塊與超大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)

26、理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)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(duì)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(shí)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。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件完成，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯器件和繁雜的連線軟件被軟件程序取代，所以PLC控制系統(tǒng)的可靠性就大大提高。2. 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) 大部分情況下，一個(gè)PLC主機(jī)就組成一個(gè)控制系統(tǒng)。對(duì)于需要擴(kuò)展的系統(tǒng)只要選好擴(kuò)展模塊，進(jìn)過(guò)簡(jiǎn)單的連接即可。PLC控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)性的

27、好處是當(dāng)控制要求改變時(shí)，需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，只需對(duì)程序進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改，對(duì)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(gè)裝配好的控制盤上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改幾乎是不可能的事。同一個(gè)PLC裝置用于不同的控制對(duì)象，只是輸入/輸出組件和應(yīng)用軟件不同。所以說(shuō)PLC控制系統(tǒng)具有極高的柔性，即通用性強(qiáng)。3. 編程方便，易于使用 PLC是面向底層用戶的智能控制器，因此其最初的目的就是取代繼電器邏輯，所以在PLC誕生之時(shí)，其設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，其編程語(yǔ)言采用可和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中電氣原理圖類似的梯形圖語(yǔ)言。這種編程語(yǔ)言形象直觀，容易掌握，不需要專門計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的

28、電氣和工藝知識(shí)的人員都可以在短時(shí)間學(xué)習(xí)。4. 功能強(qiáng)大，成本低 現(xiàn)在PLC幾乎可以滿足所有工業(yè)控制領(lǐng)域的需要。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(dòng)化中的復(fù)雜邏輯順序控制、流程工業(yè)量的模擬量控制，以與組成通信網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理等任務(wù)。5. 設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試的周期短 采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已經(jīng)商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可以在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮減了設(shè)計(jì)周期。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。因?yàn)镻LC是通過(guò)程序完成控制任務(wù)的，

29、采用了方便用戶的工業(yè)編程語(yǔ)言，且都具有強(qiáng)制和仿真的功能，故程序的設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都很方便，這樣大大縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。6. 維護(hù)方便 PLC的輸入/輸出端子能夠直觀的反映現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的變化狀態(tài)，通過(guò)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(duì)系統(tǒng)的維護(hù)時(shí)間。二S7-200 的幾個(gè)特性1)定義掉電保護(hù)S7-200 PLC允許用戶定義掉電保護(hù)區(qū)的地址圍，這些元件包括：V、M、C、T。被定義過(guò)的區(qū)間，可以在停電后任然保持存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。只有保持型定時(shí)器可以設(shè)為設(shè)為掉電保護(hù)的，對(duì)計(jì)數(shù)器和定時(shí)器來(lái)說(shuō)，只有

30、當(dāng)前值可以保持，它們的位不能保持。在默認(rèn)情況下，M存儲(chǔ)器的前14個(gè)字節(jié)是非保持的。2) 立即讀寫I/OS7-200 PLC提供有立即讀寫物理I/O點(diǎn)的指令，使用這些指令可以直接訪問(wèn)真正的輸入/輸出點(diǎn)，而不必使用映像寄存器作為源地址和目的地址來(lái)訪問(wèn)I/O。3) 對(duì)輸入信號(hào)增加濾波器 干擾信號(hào)會(huì)引起系統(tǒng)的誤操作，S7-200 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(shí)間，延遲時(shí)間從0.2ms12.8ms可選。延遲時(shí)間可有助于濾除輸入雜波，減少輸入狀態(tài)發(fā)生意外改變的可能性。4) 捕捉窄脈沖 S7-200 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

31、持續(xù)時(shí)間很短的脈沖信號(hào)。當(dāng)一個(gè)輸入點(diǎn)設(shè)置了脈沖捕捉功能后，輸入點(diǎn)的狀態(tài)變化被鎖存并一直保持到下一個(gè)掃描采樣階段，這就保證了一個(gè)持續(xù)時(shí)間很短的脈沖信號(hào)能被捕捉到。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(gè)，有些有兩個(gè)，電位器的標(biāo)定圍為0255。這些電位器可以完成很多功能，如更新定時(shí)器、計(jì)時(shí)器的設(shè)定值、修改限定值等。其特點(diǎn)是成本低、簡(jiǎn)單，但不直觀、精度低。6) 高速I/O S7-200 PLC具有集成的高速計(jì)數(shù)功能，它能夠?qū)ν獠扛咚偈录?jì)數(shù)而不影響CPU的性能。S7-200 PLC也支持高速脈沖輸出功能，其輸出點(diǎn)Q0.0和Q0.1可形成高速脈沖串輸出或脈寬調(diào)制輸出。7)

32、設(shè)置停止模式下的輸出值 有些情況下，為了安全等方面的原因，需要設(shè)置在停止?fàn)顟B(tài)下PLC的輸出值。S7-200 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(hào)和模擬信號(hào)之分，對(duì)這些輸出信號(hào)，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。2.2主排水控制系統(tǒng)2.2.1排水系統(tǒng)原理在手動(dòng)控制排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，使排水系統(tǒng)具備手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，達(dá)到智能工作的目的。自動(dòng)控制是指根據(jù)水泵、真空泵以與其它相關(guān)聯(lián)設(shè)備的工作要求設(shè)定程序來(lái)自動(dòng)完成控制。而手動(dòng)控制則需要操作員根據(jù)要求，按照一定順序來(lái)進(jìn)行水泵與其相關(guān)設(shè)備的開?？刂啤Ｏ到y(tǒng)采用PLC（可編程控制)為核心，通

33、過(guò)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(duì)水泵的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)接收到來(lái)自操作臺(tái)的控制命令時(shí)，對(duì)水泵等電器設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)、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(guò)上位機(jī)對(duì)井下排水設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。具體來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)具有以下功能：1. 可以選擇自動(dòng)控制或是手動(dòng)控制2. 水泵輪換工作。以水泵的工作效率高為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，優(yōu)化排水系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使系統(tǒng)高效運(yùn)行。3. 在自動(dòng)控制下，可以根據(jù)水倉(cāng)水位的變化，控制開關(guān)閥來(lái)控制水泵的工作狀態(tài)。4. 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)參數(shù)，如電壓、電流、軸溫、出水口壓力等。5. 對(duì)異常情況可與時(shí)發(fā)出警報(bào)，如高水位警報(bào)和其他故障警報(bào)。6. 實(shí)

34、現(xiàn)避峰就谷，根據(jù)不同時(shí)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。7. 排水系統(tǒng)和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、查詢等功能。2.2.2系統(tǒng)組成煤礦井下主排水自動(dòng)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(tái)、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(chǎng)層、控制層和管理層。 圖2.3 井下主排水系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2.3所示，管理層中網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器與井下的防爆攝像儀通過(guò)以太網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)中央住水泵房工作情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。上位機(jī)用于監(jiān)控井下主排水自控系統(tǒng)，通過(guò)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(chǎng)層水泵

35、與相關(guān)聯(lián)設(shè)備的參數(shù)信息對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制?？刂茖影≒LC控制箱和顯示操作臺(tái)。PLC控制箱作為主排水控制中心和數(shù)據(jù)采集中心，用來(lái)采集水泵與相關(guān)聯(lián)設(shè)備的運(yùn)行信息，并與管理層的上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，對(duì)各個(gè)設(shè)備集中監(jiān)控。顯示操作臺(tái)由開關(guān)按鈕。指示燈和文本顯示器組成，顯示各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)，并實(shí)施就地控制。水泵相關(guān)聯(lián)設(shè)備主要包括各種傳感器和各種閥門。2.3離心式水泵排水系統(tǒng)2.3.1 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(dòng)機(jī)、起動(dòng)設(shè)備、儀表、管路與管路附件等組成。 圖2.4離心式水泵工作系統(tǒng)圖1-水倉(cāng)；2-水泵；3-電動(dòng)閘閥；4-逆止閥；5-射流泵電磁閥；6-

36、靜止水管；7-電機(jī)啟動(dòng)開關(guān)；8-電動(dòng)機(jī)；9-射流泵2.3.2 射流泵的工作原理 引水設(shè)備一般為真空泵或射流泵。真空泵運(yùn)行效率高，水泵啟動(dòng)快，但需要提供專門的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。射流泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，根據(jù)礦井的地下環(huán)境和條件，射流泵的應(yīng)用更為普遍。其結(jié)構(gòu)如下圖2.5所示。 圖2.5 射流泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1-噴 嘴； 2-吸入室；3-混合管；4-擴(kuò)散管；5-吸水管；6-壓出管2.3.3射流泵的特點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，成本低2、工作可靠，無(wú)泄漏，無(wú)磨損，維護(hù)方便3、可綜合利用，兼作反應(yīng)器、混合器等4、能量轉(zhuǎn)換效率較低射流泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地少、安裝容易、工作可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種常用的引水設(shè)備，適合

37、井下排水設(shè)備使用。2.4離心式水泵的啟停過(guò)程2.4.1 啟動(dòng)過(guò)程第一是監(jiān)測(cè)水倉(cāng)的水位，當(dāng)水倉(cāng)的水位達(dá)到設(shè)置的水位標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通過(guò)控制射流泵的電磁閥線圈，打開噴射泵為離心式水泵注水。射流泵的工作會(huì)導(dǎo)致水泵入口處的真空度增加，離心泵的腔體會(huì)在大氣壓的作用下被配水井中的水注滿，當(dāng)水泵入口處的真空度達(dá)到要求后，水泵機(jī)組的電動(dòng)機(jī)觸電接通使水泵被開啟。此后水泵出口壓力將逐漸增加，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)就不再增加，此時(shí)開啟該水泵的電動(dòng)閘閥，使得這個(gè)水泵進(jìn)行排水，同時(shí)關(guān)閉射流泵停止為其引水。2.4.2 停機(jī)過(guò)程在水泵的作用下水倉(cāng)的水位逐漸下降，當(dāng)水位低于安全水平時(shí)，需要先關(guān)閉排水管的電動(dòng)閘閥，然后再關(guān)閉逆止閥，防止排水管

38、中的水倒流到水倉(cāng)，然后關(guān)閉水泵電機(jī)，使其停止工作。2.5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(dòng)控制的原理，即是以PLC控制箱為核心，采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)，對(duì)水泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)與上位機(jī)通信，接收來(lái)自上位機(jī)和顯示控制臺(tái)的控制命令，實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，最后從硬件方面簡(jiǎn)單介紹了井下排水系統(tǒng)的組成部分，最后簡(jiǎn)單介紹了射流泵、離心泵等相關(guān)技術(shù)。3主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1主排水自控系統(tǒng)主要設(shè)備選型3.1.1主要硬件選型煤礦主排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩套排水管路，分別為1 #主排水管路和2 #副排水管路。因?yàn)榈叵颅h(huán)境的復(fù)雜性，所以采用了3臺(tái)隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)作為三臺(tái)水泵

39、的驅(qū)動(dòng)，在正常情況下一臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作，一臺(tái)備用，一臺(tái)維護(hù)。此外吸水管采用無(wú)底閥設(shè)計(jì)，在泵啟動(dòng)前使用真空泵把水泵排水腔和吸入管道中的氣體抽空，使得水泵葉輪能夠完全浸沒(méi)在水中，達(dá)到良好的排水。圖3.1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。此外，主排水管路和副排水管路上都安裝了流量傳感器，正壓力傳感器安裝在每臺(tái)水泵的出水口處，負(fù)壓力傳感器安裝在水泵吸水口處來(lái)檢測(cè)水泵的真空度，將溫度傳感器安裝在水泵和電機(jī)上來(lái)檢測(cè)電機(jī)軸承溫度和水泵軸承溫度。在水倉(cāng)中裝配兩組液位傳感器，一組為超聲波傳感器用來(lái)檢測(cè)水倉(cāng)

40、庫(kù)水位的變化趨勢(shì)，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(lái)判斷水位的高低，使系統(tǒng)能夠根據(jù)水位變化來(lái)自動(dòng)控制水泵的工作狀態(tài)。3.1.2 PLC 的選型根據(jù)煤礦安全監(jiān)管法規(guī)，礦用水泵必須有三種工作方式即工作、備用和檢修。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(shí)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(shí)，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(duì)該水泵進(jìn)行維護(hù)。按照系統(tǒng)的需求，礦井主排水控制系統(tǒng)的PLC主要包括數(shù)字量輸入、模擬輸入和數(shù)字量輸出三種信號(hào)。數(shù)字量輸入信號(hào)主要包括水泵的工作,水

41、泵的啟動(dòng)和停止信號(hào)、水泵控制方式選擇的信號(hào)、選擇真空泵的信號(hào)、真空泵啟動(dòng)和停止信號(hào)、排水閥以與電磁閥等開關(guān)位置的信號(hào)等。數(shù)字輸出信號(hào)包括控制水泵起停信號(hào)、故障指示信號(hào)、水泵操作指令、控制排水閘閥和電磁閥開關(guān)的信號(hào)等。模擬輸入信號(hào)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(cāng)庫(kù)水位和水泵的開停狀態(tài)等信號(hào)。圖3.2 PLC各模塊信號(hào)連接圖 根據(jù)上圖，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)出PLC所需的模擬量輸入點(diǎn)數(shù)，數(shù)字量輸入、輸出點(diǎn)數(shù)和通訊模塊點(diǎn)數(shù)，見(jiàn)表3.1表3.1 模擬量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)模擬量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)名稱所需點(diǎn)數(shù)水泵出水口壓力3水泵吸收口真空度3水泵軸承溫度3電機(jī)軸承溫度3排水管的流量2

42、水泵開停檢測(cè)3水倉(cāng)的水位1合計(jì)18表3.2 數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 數(shù)字量輸入點(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表3.3 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表3.4 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

43、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(guò)RS485通信；PLC和PC機(jī)通過(guò)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(guò)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。通過(guò)對(duì)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(gè)， EM223CN數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊2個(gè)，EM231模擬量輸入模塊5個(gè)。3.2各模塊地址分配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(wú)常工作。根

44、據(jù)煤礦井下主排水控制系統(tǒng)的要求，對(duì)每個(gè)PLC模塊I/O端口的定義如下表所示 表3.5EM231端口定義EM231端口定義模塊號(hào)輸入端口端口定義EM231-1AIW01#水泵開停檢測(cè)AIW21#水泵吸水口負(fù)壓AIW41#水泵出水口負(fù)壓AIW61#主排水管路流量EM231-2AIW82#水泵開停檢測(cè)AIW102#水泵吸水口負(fù)壓AIW122#水泵出水口正壓AIW142#副排水管路流量EM231-3AIW163#水泵開停檢測(cè)AIW183#水泵吸水口負(fù)壓AIW203#水泵出水口正壓AIW22水倉(cāng)水位EM231-4AIW241#水泵軸溫AIW261#電機(jī)軸溫AIW282#水泵軸溫AIW302#電機(jī)軸溫EM

45、231-5AIW323#水泵軸溫AIW343#電機(jī)軸溫AIW36備用AIW38備用表3.6 EM223CN端口定義EM223CN端口定義模塊號(hào)輸入端口端口定義輸出端口端口定義EM223-1I3.01#排水閘閥開到位Q2.01#排水閘閥打開I3.11#排水閘閥關(guān)到位Q2.11#排水閘閥關(guān)閉I3.22#排水閘閥開到位Q2.22#排水閘閥打開I3.32#排水閘閥關(guān)到位Q2.32#排水閘閥關(guān)閉I3.43#排水閘閥開到位Q2.43#排水閘閥打開I3.53#排水閘閥關(guān)到位Q2.53#排水閘閥關(guān)閉I3.64#排水閘閥開到位Q2.64#排水閘閥打開I3.74#排水閘閥關(guān)到位Q2.74#排水閘閥關(guān)閉I4.05#

46、排水閘閥開到位Q3.05#排水閘閥打開I4.15#排水閘閥關(guān)到位Q3.15#排水閘閥關(guān)閉I4.26#排水閘閥開到位Q3.26#排水閘閥打開I4.36#排水閘閥關(guān)到位Q3.36#排水閘閥關(guān)閉I4.41#電磁閥開到位Q3.41#電磁閥打開I4.51#電磁閥關(guān)到位Q3.51#電磁閥關(guān)閉I4.62#電磁閥開到位Q3.62#電磁閥打開I4.72#電磁閥關(guān)到位Q3.72#電磁閥關(guān)閉EM223-2I5.03#電磁閥開到位Q4.03#電磁閥打開I5.13#電磁閥關(guān)到位Q4.13#電磁閥關(guān)閉I5.24#電磁閥開到位Q4.24#電磁閥打開I5.34#電磁閥關(guān)到位Q4.34#電磁閥關(guān)閉I5.45#電磁閥開到位Q4.

47、45#電磁閥打開I5.55#電磁閥關(guān)到位Q4.55#電磁閥關(guān)閉I5.66#電磁閥開到位Q4.66#電磁閥打開I5.76#電磁閥關(guān)到位Q4.76#電磁閥關(guān)閉I6.0備用Q5.0備用I6.1備用Q5.1備用I6.2備用Q5.2備用I6.3備用Q5.3備用I6.4備用Q5.4備用I6.5備用Q5.5備用I6.6備用Q5.6備用I6.7備用Q5.7備用CPU226CN端口定義輸入端口端口定義輸出端口端口定義I0.0遠(yuǎn)控Q0.0故障指示I0.1就地Q0.1急停指示I0.2自動(dòng)/手動(dòng)Q0.2水位超限指示I0.3復(fù)位Q0.3報(bào)警I0.4急停Q0.41#水泵運(yùn)行指示I0.5超高限水位開關(guān)Q0.52#水泵運(yùn)行指

48、示I0.6高限水位開關(guān)Q0.63#水泵運(yùn)行指示I0.7底限水位開關(guān)Q0.71#水泵啟動(dòng)I1.01#水泵工作Q1.01#水泵停止I1.11#水泵檢修Q1.12#水泵啟動(dòng)I1.22#水泵工作Q1.22#水泵停止I1.32#水泵檢修Q1.33#水泵啟動(dòng)I1.43#水泵工作Q1.43#水泵停止I1.53#水泵檢修Q1.5備用I1.61#水泵啟動(dòng)Q1.6備用I1.71#水泵停止Q1.7備用I2.02#水泵啟動(dòng)I2.12#水泵停止I2.23#水泵啟動(dòng)I2.33#水泵停止I2.41#/2#真空泵選擇I2.5真空泵選擇I2.6真空泵停止I2.7備用 表3.7 CPU226CN端口定義表3.8 部分存變量分配部

49、分存變量分配變電量名稱地址備注上電延時(shí)T37預(yù)設(shè)值5s1#水泵運(yùn)行計(jì)時(shí)T38預(yù)設(shè)值10s2#水泵運(yùn)行計(jì)時(shí)T39預(yù)設(shè)值10s3#水泵運(yùn)行計(jì)時(shí)T40預(yù)設(shè)值10s1#水泵運(yùn)行時(shí)間VD722#水泵運(yùn)行時(shí)間VD763#水泵運(yùn)行時(shí)間VD801#水泵運(yùn)行次數(shù)VD842#水泵運(yùn)行次數(shù)VD883#水泵運(yùn)行次數(shù)VD92最少運(yùn)行時(shí)間VD96最少運(yùn)行次數(shù)VD1001#泵啟動(dòng)標(biāo)志M1.02#泵啟動(dòng)標(biāo)志M2.03#泵啟動(dòng)標(biāo)志M3.03.3排水自動(dòng)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，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

50、喇叭嘴用堵片將之密封，這樣就可以達(dá)到防爆的效果。數(shù)字輸入和輸出連接到中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離保護(hù)和抑制信號(hào)干擾。圖3.3 PLC CPU226 接線圖圖3.4 數(shù)字量I/O模塊EM223-1 圖3.5 數(shù)字量I/O模塊EM223-2圖3.6 模擬量輸入模塊 EM231-1圖3.7 PLC 模塊的連接圖3.4 小結(jié)本章介紹了煤礦井下排水系統(tǒng)的管路情況，采用了主副兩組排水管路，用3臺(tái)礦用隔爆型三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)3臺(tái)離心式水泵。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)。23 / 634 自動(dòng)控制系統(tǒng)的程序設(shè)

51、計(jì)系統(tǒng)采用的編程語(yǔ)言為西門子公司開發(fā)的STEP7，這是一種可運(yùn)行于通用微機(jī)中，在Windows操作環(huán)境下進(jìn)行編程的語(yǔ)言。使用軟件提供的梯形圖邏輯編程語(yǔ)言來(lái)完成程序編譯，然后可直接通過(guò)S7-200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。4.1主程序的編程主程序是由上電延時(shí)和子程序的調(diào)用兩個(gè)部分組成的。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，程序如圖4.1所示。 圖 4.1 上電延時(shí)因?yàn)镾7-200系列PLC程序是以并行處理的方式運(yùn)行的，所以調(diào)用子程序不需要設(shè)置先后順序，CPU會(huì)周期性的反復(fù)掃描主程序，并在一定的條件下執(zhí)行掃描各個(gè)子程序。子程序的調(diào)用如圖4.2所示：圖4.2 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。4.2水位判斷 當(dāng)水泵處于自動(dòng)方式工作時(shí)，水倉(cāng)水位的判斷十分