PLC通用設(shè)備系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

1、北京信息科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：PLC通用設(shè)備系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院：機電工程學(xué)院專業(yè)：機電一體化學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師/督導(dǎo)老師：徐小力 張鳳山起止時間：2010年3月15日至2010年6月15日摘要 作為煤礦“四大件”的主扇（風(fēng)機）和水泵各自有著其重要且不可替代的作用，風(fēng)機具有“礦井肺腑”之稱的主扇風(fēng)機是煤礦的四大固定設(shè)備之一,它擔(dān)負(fù)著向井下輸送新鮮空氣、排出粉塵和污濁氣流的重任。由于井下工作現(xiàn)場條件惡劣,主扇風(fēng)機一旦發(fā)生故障,將會對整個礦區(qū)生產(chǎn)和安全造成重大影響。煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般深井都會有漏水情況，而且透水和涌水事故也時有發(fā)生。另外，為了降低煤塵的污染，經(jīng)常要對采煤工作面及

2、輸煤膠帶噴灑水，因而會造成井下巷道積水，影響安全生產(chǎn)。為了盡快地將巷道的積水排出，必須建立排水泵站?？删幊炭刂破骷碢LC是在計算機技術(shù)，通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時、技術(shù)和算術(shù)運算等，并通過數(shù)字量和模擬量作為輸入./輸出來控制設(shè)備或生產(chǎn)過程。由于風(fēng)機和水泵的至關(guān)重要的作用，但是環(huán)境條件惡劣,噪音較大,氣溫偏高,工人容易疲勞,特別在發(fā)生水災(zāi)的情況下,留人值守泵房也是很危險的，無法采用人工監(jiān)控，所以急需設(shè)計出一套功能完善的通用監(jiān)控系統(tǒng)，既可適用于風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)也能適用于水泵監(jiān)控系統(tǒng)，和許多在本系

3、統(tǒng)監(jiān)控范圍內(nèi)的系統(tǒng)。實現(xiàn)狀態(tài)的在線實時監(jiān)測,以便在生產(chǎn)過程中及時掌握主扇和水泵的運行參數(shù)和狀態(tài),來對其進(jìn)行控制?，F(xiàn)采用先進(jìn)、可靠的傳感器，結(jié)合可編程控制器技術(shù)設(shè)計一個既適用于風(fēng)機又適用于水泵的通用監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有安裝簡單，維修方便，可靠性高，實時性等特點。關(guān)鍵詞:風(fēng)機;水泵;通用;自動控制;PLC可編程控制器ABSTRACT As a coal mine "four pieces" of the main fan (fan), and water pump has its own important and irreplaceable role, fans with &

4、quot;the heart of mine," said the main mine fan is one of the four fixed equipment, which assumes fresh air to the underground transportation, discharge the heavy dust and dirty air. Is bad in the mine shaft job site condition, once the main air machine breaks down, and has the major impact saf

5、ely to the entire mining area production. The coal mine shaft geology structure is complex, generally the deep well will have the water leakage situation, moreover the water percolation and will well up the water accident also to sometimes occur.To discharge as soon as possible tunnel's water, m

6、ust establish the draining water pumping station. PLC programmable logic controller that is in the computer technology, communications technology and the relay control technology developed on the basis of the, now widely used in industrial control fields. It take the microprocessor as the core, carr

7、ies on the logical control with the compilation procedure, fixed time, the technology and the arithmetic operation and so on, and takes the input through the digital quantity and the simulation quantity. /loses the control device or the production process. As a result of air blower and water pump

8、9;s very important function, but the environmental condition is bad, the noise is big, the temperature is high, worker easy weary, in has in specially the flood situation, keeps the person value to defend the pump house is also very dangerous, is unable to use the manual monitoring, therefore design

9、s a set of function perfect general supervisory system urgently needed, also can be suitable suitably in the air blower supervisory system for the water pump supervisory system, with many in this system monitor area system. To achieve the state of online real-time monitoring of the production proces

10、s in order to grasp the main fan and pump operating parameters and status, to gain control. Is advanced, reliable sensors, combined with the technical design of a programmable logic controller is suited to the fans they apply to the general control system pump. This system has the installment to be

11、simple, the service is convenient, the reliability is high, characteristics and so on timeliness.KEYWORDS: fan; pump; General; control; PLC programmable controller目錄摘要（中文） （英文）. 第一章 概述.1.1引言51.2目的和意義51.3課題研究的內(nèi)容及特點.7第二章 通用設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)方案的確定2.1監(jiān)控對象的介紹.82.2風(fēng)機性能參數(shù).82.3風(fēng)機性能參數(shù)的計算8風(fēng)機性能測試的環(huán)境參數(shù).8風(fēng)機性能測試中的結(jié)構(gòu)參數(shù).9風(fēng)機性能參

12、數(shù)的計算.92.3.4風(fēng)機特性曲線繪制.92.3.5有因次曲線與無因次曲線的轉(zhuǎn)換.102.4風(fēng)機總體方案10第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計第五章 調(diào)試第六章 結(jié)束語第一章 概述1.1引言可編程控制器（Programmable Logic Contrller）,簡稱PLC。它是20世紀(jì)70年代以來，在集成電路，計算機技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于它具有功能強、可靠性 高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點，、國外已廣泛應(yīng)用于自動化控制的各個領(lǐng)域，并已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的支柱產(chǎn)品。近年來，國內(nèi)在 PLC技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面發(fā)展很快、除有許多從國外引進(jìn)的設(shè)備、

13、自動化生產(chǎn)線外，國產(chǎn)的機床設(shè)備已越來越多地采用PLC控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)。與繼電-接觸器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠；占用空間比繼電-接觸器控制系統(tǒng)??；價格上能與繼電接觸控制系統(tǒng)競爭；易于在現(xiàn)場變更程序，安裝、維修更加方便，能直接驅(qū)動電磁閥、接觸器和與之相似的執(zhí)行機構(gòu)，能向中央處理器傳輸信號。采用可編程控制器來實現(xiàn)的礦井下通用監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時獲得風(fēng)機和水泵的運行參數(shù)和狀態(tài)，進(jìn)行顯示并通過處理進(jìn)行相應(yīng)的操作，達(dá)到無人值守的目標(biāo)。本系統(tǒng)具有實時性，可靠性高，自動監(jiān)測等特點。拓展了PLC在自動化行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，具有一定的理論和經(jīng)濟意義。1.2目的和意義PLC監(jiān)控對象紛繁復(fù)雜，監(jiān)控系統(tǒng)也隨

14、之而變，那么稍有不同的對象，就需設(shè)計一種監(jiān)控系統(tǒng)，為解決這一問題可以設(shè)計出有一定通用性的監(jiān)控系統(tǒng)，節(jié)省新對象新開發(fā)的人力和物力，而PLC通用設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的作用會隨著PLC在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)一步應(yīng)用而得到顯現(xiàn)。本設(shè)計介紹了針對于礦井中風(fēng)機和水泵的通用監(jiān)控系統(tǒng)，其中包括方案選擇，硬件和軟件設(shè)計。煤炭在我國是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)，并在相當(dāng)長的時間內(nèi)仍將是我國的主要能源。所以，煤炭的安全生產(chǎn)和科學(xué)利用在我國具有現(xiàn)實的和戰(zhàn)略性的重要意義。然而由于瓦斯爆炸事故時有發(fā)生，輕則傷亡幾人，重則傷亡幾十人、上把人，一些統(tǒng)計表明，瓦斯災(zāi)害事故是煤礦企業(yè)經(jīng)濟損失最大，死亡比例最高的重大事故之一，也是造成社會影響最大

15、的重大事故，給國家財產(chǎn)和人民的生命安全造成了極大的損失。對于煤礦瓦斯災(zāi)害，我國政府歷來十分重視其防治。瓦斯事故的主要原因是礦井通風(fēng)不暢，瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)。礦井的通風(fēng)主要依靠井口的風(fēng)機，如果井口風(fēng)機正常工作，瓦斯事故將會大大減少。而很多煤礦礦主為了降低自己的生產(chǎn)成本經(jīng)常關(guān)閉風(fēng)機，造成礦井通風(fēng)不暢，事故多發(fā)。大部分地方煤監(jiān)局目前只能采取抽查或巡查的方式來檢查下屬礦井風(fēng)機工作的情況。但是這樣做同樣會有很多弊端：一.耗費大量的人力物力；二.不能實時監(jiān)測風(fēng)機的情況；三.容易發(fā)生檢查人員徇私舞弊的情況。如果安排人員去檢查，費時費力，大大增加自己的管理成本，而且也很難做到面面俱到。安裝風(fēng)機監(jiān)測系統(tǒng)后，可實現(xiàn)高度

16、統(tǒng)一管理，風(fēng)機的工作狀況完全由風(fēng)機監(jiān)測器自動監(jiān)測，而監(jiān)測器直接和監(jiān)測中心聯(lián)系，所有信息直接反饋到安管部門，管理人員可以坐在電腦前就知道下屬所有礦井風(fēng)機的工作情況，大大提高了工作效率，減少了事故隱患。在很大程度上保護(hù)了國家財產(chǎn)，對于礦井工作者來說有了安全保障。對于煤炭管理部門領(lǐng)導(dǎo)來說應(yīng)該是做了一件功德無量的好事。而且這筆投資對于其它的投資可以說是九牛一毛的事情。為了配合煤監(jiān)局更好的監(jiān)測各礦井風(fēng)機的情況，本課題設(shè)計了PLC煤礦風(fēng)機監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)完全解決了上述問題：一.節(jié)約人力物力，風(fēng)機監(jiān)測器完全不需要人為操作和維護(hù)；二.實時監(jiān)測風(fēng)機各種工作情況；三.完全真實的上報風(fēng)機工作情況，一旦風(fēng)機停止馬上向

17、監(jiān)測中心報警，不能人為干預(yù)。本系統(tǒng)實時可靠的監(jiān)測風(fēng)機情況，有效地避免了通風(fēng)設(shè)備不正常而造成的嚴(yán)重后果。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)自動控制的研究提供依據(jù)。 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

18、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)與儲水層連通，發(fā)生突水事故，涌水量會突然增加。如果不能及時地將這些積水排送到井上，井下的生產(chǎn)就可能受到阻礙，井下的安全就會得不到保障，嚴(yán)重者會造成重大事故。給人民的生命、國家的財產(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，每開采1噸煤就要排出2-7噸礦井水，有時甚至要排出30-40噸礦井水。井下排水設(shè)備所配備電機的功率，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

19、為20%左右。因此，井下排水設(shè)備運轉(zhuǎn)的可靠性(安全運轉(zhuǎn))與經(jīng)濟性(效率高、電耗量小)，具有十分重要的意義。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)，泵站的起停時間判斷，完全依賴于工人的經(jīng)驗和已有的操作規(guī)程。當(dāng)水倉水位到達(dá)設(shè)定的高水位時，工人打開射流泵(或真空泵)，為水泵抽真空，同時觀測真空表的讀數(shù)。真空度達(dá)到要求后，起動水泵機組，使水泵運轉(zhuǎn)。當(dāng)水泵出水口壓力表讀數(shù)達(dá)到要求時，開起閘閥進(jìn)行排水，同時關(guān)閉抽真空的射流泵(或真空泵)。停泵過程要進(jìn)行相反的操作。當(dāng)水倉積水降至低水位時，先將閘閥關(guān)死，再停水泵機組。根據(jù)現(xiàn)場涌水量的不同，工人還要判斷同時投入幾臺水泵工作，以便于既能及時排出積水，又能

20、使泵站合理使用，避免過度頻繁的起停。其存在的問題有如下幾點：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執(zhí)行件的操作。另外，對水位、涌水量大小等現(xiàn)場數(shù)據(jù)的判斷依賴于工人的經(jīng)驗。作業(yè)過程比較復(fù)雜，要求工人具有很強的責(zé)任心，否則可能出現(xiàn)誤操作，甚至發(fā)生大的事故。工人勞動強度大。人工操作無法避免高強度的勞作。尤其是閘閥的操作，勞動量最大。而且，水泵房要時時有人值守，以便在發(fā)生異常情況時，及時報警檢修。 針對上述排水系統(tǒng)存在的問題，本課題提出了基于PLC的礦井主排水自動控制系統(tǒng)的設(shè)計。自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用，將使得排水系統(tǒng)可靠性增強，整個工作流程通過軟件的編程來實現(xiàn)，程序

21、確定后，水泵機組將按給定的程序自動啟停水泵、開合閥門，極大的減小工人的勞動強度。PLC將水泵機組的運行狀態(tài)與參數(shù)經(jīng)安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)傳至地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機，管理人員在地面即可掌握井下主排水系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，又可根據(jù)自動化控制信息，實現(xiàn)井下主排水系統(tǒng)的遙測、遙控。1.3課題研究的內(nèi)容及特點隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，我國工業(yè)自動化程度越來越高，使得PLC監(jiān)控風(fēng)機和水泵參數(shù)的自動采集成為可能。為適合現(xiàn)代測試系統(tǒng)的要求，本課題選大型風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)和大型水泵監(jiān)控系統(tǒng)為研究對象，旨在完成一個能適用于兩個對象的通用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。難點在于要想得到更高的通用性，外部傳感器就會相應(yīng)增加

22、，且內(nèi)部程序也會隨之復(fù)雜。系統(tǒng)完成以下工作：1）1.自動采集大型風(fēng)機性能試驗數(shù)據(jù)，且各項參數(shù)指標(biāo)達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn); 2.自動調(diào)整大型風(fēng)機運行工況; 3.自動控制大型風(fēng)機轉(zhuǎn)速; 4.自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，且實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、查詢等功能;2）1.自動采集大型水泵性能試驗數(shù)據(jù)，且各項參數(shù)指標(biāo)達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；2.自動故障保護(hù)功能；3.電機啟動與閘閥操控；本測試系統(tǒng)研究的主要特點有: 1.充分利用原有資源，節(jié)約開發(fā)成本 本測試系統(tǒng)很好的利用了原有的試驗設(shè)備，采用串口通信技術(shù)，解決了儀器接口和輸入信號復(fù)雜，計算機通訊資源緊張的問題，同時避免了硬件設(shè)備的重復(fù)投資。 2.試驗數(shù)據(jù)精確可靠，實用性強 系統(tǒng)較好地解決

23、了數(shù)據(jù)采集的同步問題，提高了試驗數(shù)據(jù)的精度，試驗數(shù)據(jù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，有良好的實用性。 3.將PLC（可編程控制技術(shù)）技術(shù)成功地應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)由于PLC有功能強，性能價格比高可靠性高，抗干擾能力強系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少等優(yōu)點，所以PLC監(jiān)控系統(tǒng)與繼電-接觸器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠；占用空間比繼電-接觸器控制系統(tǒng)小；價格上能與繼電接觸控制系統(tǒng)競爭；更易于在現(xiàn)場變更程序，安裝、維修更加方便，能直接驅(qū)動電磁閥、接觸器和與之相似的執(zhí)行機構(gòu)。礦井風(fēng)機是向井下送風(fēng)的重要設(shè)備，也是大型耗能設(shè)備，對其實現(xiàn)在線監(jiān)測監(jiān)控，使之始終運行在良好狀態(tài)，對于保障煤礦安全生產(chǎn)，保護(hù)礦工生命和企業(yè)財產(chǎn)安 全，降低風(fēng)機能耗

24、具有重要意義。第二章 通用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控總體方案的確定2.1系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 在通用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試過程中最重要的是先列出設(shè)計的主要步驟流程圖，如圖1所示。 在通用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試過程中主要考慮以下幾點： 1深入了解和分析風(fēng)機和水泵的工作條件和控制要求。 2確定I/O設(shè)備，根據(jù)通用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的功能要求。確定系統(tǒng)所學(xué)的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈。 3根據(jù)I/O點選擇合適的PLC類型。 4分配I/O點，分配PLC輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子接線圖。 5設(shè)計通用設(shè)備狀

25、態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計周密完整的梯形圖程序，指示整個自動門系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。6將程序輸入PLC驚醒軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 7通用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計和現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題逐一排除，直至調(diào)試成功。 圖12.2通用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)功能方案確定 本課題設(shè)計的通用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)旨在兩個或兩個以上系統(tǒng)間實行通用，同一個系統(tǒng)換了輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，再簡單改變一下程序便變成了另外一個系統(tǒng)，這樣一來省去了大量的人物力，只要系統(tǒng)輸入輸出在本系統(tǒng)范圍內(nèi)即可實現(xiàn)通用。 本課題選用的例子是礦井風(fēng)機和水泵監(jiān)控系統(tǒng)。

26、2.2.1 礦井風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)方案確定 礦井風(fēng)機是向井下送風(fēng)的重要設(shè)備，也是大型耗能設(shè)備，對其實現(xiàn)在線監(jiān)測監(jiān)控，使之始終運行在良好狀態(tài)，對于保障煤礦安全生產(chǎn)，保護(hù)礦工生命和企業(yè)財產(chǎn)安 全，降低風(fēng)機能耗具有重要意義。 礦井主扇風(fēng)機自動監(jiān)控系統(tǒng)以PLC為核心,主要由信號監(jiān)測裝置、傳感(變送)器、PLC、通信裝置、顯示屏等。由傳感器監(jiān)測風(fēng)道壓力，電機溫度，流量，風(fēng)機主軸扭矩通過PLC在顯示屏進(jìn)行顯示，并根據(jù)參數(shù)對風(fēng)機進(jìn)行操作，實現(xiàn)以下功能。輸入信號分別由壓力，流量，應(yīng)變，溫度傳感器變成電壓信號傳給PLC模擬輸入模塊，再由PLC傳送給顯示屏進(jìn)行顯示，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理再對風(fēng)機電機進(jìn)行控制。風(fēng)機電機控制由變頻器

27、來實現(xiàn)，可以進(jìn)行啟停。正反轉(zhuǎn)、調(diào)速等操作。數(shù)范圍可按實際要求確定。(1)實現(xiàn)風(fēng)機運行參數(shù)的實時監(jiān)測與風(fēng)機主輔設(shè)備控制的一體化;(2)實時監(jiān)測風(fēng)機的電動機各種電氣參數(shù);(3)實時監(jiān)測電動機和風(fēng)機前后軸承溫度、振動參數(shù),并超限報警;(4)顯示當(dāng)前運行機號、正反轉(zhuǎn)信號、風(fēng)機開停狀態(tài);(5)實時監(jiān)測通風(fēng)機流量、壓力、振動等氣動參數(shù);(6)實現(xiàn)定子電壓低于5.1 kV、定子電流超過上下限報警的功能;(7)實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信,監(jiān)測參數(shù)可上傳到地面顯示屏。2.2.1 礦井水泵監(jiān)控系統(tǒng)方案確定 現(xiàn)泵房內(nèi)設(shè)備的運行與管理以及水倉水位的觀察,普遍采用人工操作方式,操作過程繁瑣、勞動強度大、水泵啟動時間長、自動化程度低、

28、不適應(yīng)現(xiàn)代化礦井管理。PLC自動監(jiān)控系統(tǒng)解決了這一難題。 井下中央泵房水泵自動控制系統(tǒng)是以單個水泵的自動運作為基礎(chǔ)的,每個水泵在啟動前,PLC模塊先啟動抽真空系統(tǒng),檢測真空度。如果沒有達(dá)到所需的真空度則繼續(xù)等待并適時檢測,當(dāng)達(dá)到所需的真空度,則啟動水泵。然后檢測水泵出水口壓力,如果壓力參數(shù)沒有達(dá)到要求,則繼續(xù)等待,并適時檢測,當(dāng)壓力參數(shù)滿足要求,則打開水泵出水口電動閘閥同時停止抽真空系統(tǒng)。 通常由兩套抽真空系統(tǒng)組成,即射流泵系統(tǒng)和電動真空泵系統(tǒng),兩者由管路并聯(lián)使用,通過閥門可相互切換。對于前一個系統(tǒng)的啟停,可通過在泵的射流水源處設(shè)置電磁閥或電動閥等電動機構(gòu)來實現(xiàn)。由于射流泵所使用的水源來自水泵

29、排水管道,其壓力較高,因此可選用電動閥門。而后一個系統(tǒng)一般由一用、一備兩臺真空泵組成,其功率較小,可由接觸器直接啟停。2)真空度的檢測主要是開關(guān)量檢測和模擬量檢測。前者是在水泵抽真空處設(shè)置電接點真空表,將真空表的限位指針設(shè)于與水滿相對應(yīng)的真空值處,通過電接點開關(guān)量信號來判斷;后者是將電接點真空表改為模擬真空表,系統(tǒng)可實時檢測水泵真空度,并根據(jù)水倉水位計算出每次水泵啟動前所需達(dá)到的真空度值,將實測值與之比較,可較準(zhǔn)確判斷啟泵時機。3)啟動水泵礦井排水泵多采用6kV、大功率電機,其降壓啟動由高壓軟啟動器和智能開關(guān)自動完成。自動控制時,只需將控制信號接入高壓軟啟動器并將狀態(tài)信號返回控制系統(tǒng)即可。4)

30、檢測出水口壓力通過設(shè)置于水泵出水口處壓力表,可判斷水泵啟動與運行是否正常。主要檢測出水口電動閥尚未打開時的壓力值和電動閥打開后的壓力值。水泵正常啟動與運行時,此兩個值應(yīng)超過或等于設(shè)計值。5)打開電動閥當(dāng)水泵啟動完成后方可打開出水口電動閥。將電動閥控制器的控制和工作狀態(tài)信號與水泵控制系統(tǒng)相連,即可實現(xiàn)控制。在電動頭上設(shè)置能夠反映螺桿轉(zhuǎn)數(shù)的計數(shù)器,就能較為可靠、準(zhǔn)確地檢測閥門的開度,水泵控制系統(tǒng)即可根據(jù)水泵運行參數(shù),通過調(diào)節(jié)閥門的開度來調(diào)整水泵的工作效率和揚程。(2)運行參數(shù)的檢測通過傳感器和變送器,可檢測水泵排水流量、軸溫、轉(zhuǎn)速、電機溫度,電流、功率等水泵與電機的工作參數(shù),以監(jiān)測水泵機組的運行狀

31、況,并對其進(jìn)行調(diào)節(jié)。(3)自動控制的實現(xiàn)泵房內(nèi)的吸水小井與水倉相連,通過在吸水井設(shè)置水位傳感器,控制系統(tǒng)即據(jù)此和其它參數(shù)合理調(diào)度水泵,所設(shè)置的傳感器由模擬量傳感器和開關(guān)量傳感器傳感器組成。模擬量傳感器用于水泵控制;開關(guān)量傳感器用于上、下限水位極限報警,以防止由于模擬量傳感故障而引發(fā)的事故和危險。1.自動采集大型水泵性能試驗數(shù)據(jù)，且各項參數(shù)指標(biāo)達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；2.自動故障保護(hù)功能；3.電機啟動與閘閥操控；第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 可編程控制器（PLC）選型3.1.1 PLC概述可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而展起來的一種新型工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)繼電器

32、控制技術(shù)和現(xiàn)代計算機信息處理 兩者的優(yōu)點結(jié)合起來成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要，應(yīng)用最多的控制設(shè)備，并已躍居工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱（可編程控制器、機器人、計算機輔助設(shè)計與制造）的 首位?？删幊炭刂破鳎ê喎QPLC）是在繼電器控制和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了出來，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)及 通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置?？删幊炭刂破饕云淇煽啃愿?，組合靈活，編程簡單，維護(hù)方便等獨特優(yōu)勢被日趨廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個 控制領(lǐng)域，它的應(yīng)用深度和廣度已成為一個國家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志。由于早期的可編程控制器只是用來取代繼電器控制執(zhí)行邏輯運算、計時、計 數(shù)等順序控制功能，

33、因此人們稱之為可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC?？删幊炭刂破?的主要控制功能和特點。1數(shù)據(jù)運算功能；2準(zhǔn)確定時功能；3高速運算功能；4邏輯處理功能；5中斷處理（可以實現(xiàn)各種外部中斷）功能；6程序與數(shù)據(jù)存儲功能；7聯(lián)網(wǎng)通信功能；8自檢測、自診斷功能3.1.2可編程控制器（PLC）選型為了能夠更好的選型，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

34、1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進(jìn)行圓整。2 存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存

35、的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。3 控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。1編程功能 PLC的編程有離線編程和在線編程兩種，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)應(yīng)用要求合理選用。離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程

36、序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。2診斷功能 PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。3控制功能 控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制

37、功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。機型的選擇(一)PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。(二)輸入、輸出模塊的選擇輸入、輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要

38、求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠(yuǎn)程I/O機架等。(三)電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時同時引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計選用220VA

39、C電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。(四)存儲器的選擇由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應(yīng)用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。(五)冗余功能的選擇1控制單元的冗余（1）重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應(yīng)1：1冗余。（

40、2）在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、兩重化或三重化冗余容錯系統(tǒng)等。2 I/O接口單元的冗余（1）控制回路的多點I/O卡應(yīng)冗余配置。（2）重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置。（3）根據(jù)需要對重要的I/O信號，可選用兩重化或三重化的I/O接口單元。(六)經(jīng)濟性的考慮選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器

41、容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。綜合以上因素選擇松下FP0可編程控制器。采用了無需擴展電纜的堆疊擴展方式。在擴展3單元的情況下寬度僅為 105mm非常節(jié)省空間。500步的程序只需1ms就可處理完畢。處理速度可充分滿足小型PLC的需求。使用2次電池對運算內(nèi)存進(jìn) 行了備份。采用了無需擴展電纜的堆疊擴展方式。在擴展3單元的情況下寬度僅為105mm非常節(jié)省空間。繼電器輸出型采用了歐式端子臺方式。可 在拆卸端子臺后進(jìn)行接線作業(yè)。對批量生產(chǎn)的裝置，配備了Molex連接器型的端 子。晶體管輸出型附帶了散線連接器。標(biāo)準(zhǔn)配備了日歷掛時鐘和RS232

42、C端口。3.2 觸摸屏介紹 高速以太網(wǎng)口，支持多種組網(wǎng)方式，靈活快速；·256色TFT真彩；·顯示面積10.4吋，分辨率達(dá)640*480像素；·觸摸屏調(diào)節(jié)顯示對比度；·具備 4MB Flash Memory；·1024K配方存儲器；·8線模擬電阻式觸摸屏；·COM1/2：RS232&RS422&RS485；· 兼容并口 打印機；·24V（±10%）直流電源供電；·功率：低于20W；·工作溫度050攝氏度；·儲存溫度：-1060攝氏度；·抗震

43、動：0.5mm位移1055Hz,在X、Y、Z方向各2小時；·凈重：2.5Kg3.2 變頻器的選型變頻調(diào)速的原理20 變頻器是基于交一直一交電源變換原理，集電力、電子和計算機控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。變頻器可根據(jù)控制對象的需要輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電壓。電機轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比關(guān)系: n=60f(1-s) / p 式中:n為轉(zhuǎn)速;f為輸入交流電頻率;s為電機轉(zhuǎn)差率;p為電機磁極對數(shù)。用變頻器輸出頻率可調(diào)的交流電壓作為風(fēng)機的電源電壓，就可以方便地改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。 根據(jù)流體力學(xué)可知，風(fēng)機流量Q、風(fēng)壓P和風(fēng)機的軸功率Nsk分別與風(fēng)機轉(zhuǎn)速n的一次方、二次方和三次方成正比。即 (K1,

44、K2, K3為比例系數(shù))。由公式可知，當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低時，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降 21.21。所以，通過變頻調(diào)速器控制轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)節(jié)能的目的。近年來，隨著變頻技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器在風(fēng)機上的應(yīng)用也從單純的以一節(jié)能為目的，發(fā)展到以提高產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化及環(huán)境保護(hù)等為目的，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大23.24。本試驗采用變頻器來實現(xiàn)風(fēng)機轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)和控制，其流程圖如圖3-5:電源輸出380V三相交流電經(jīng)熔斷器輸入到變頻調(diào)速器的電源輸入端，電路板通過數(shù)字I/0口輸出低電壓信號控制繼電器的開合，從而控制接通或切斷變頻調(diào)速器的電源。變頻調(diào)速器的輸出端輸出頻率變化的三相電壓信號，與電

45、動機的三相繞組相連結(jié)，驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動。變頻調(diào)速器的選擇 變頻器的選擇牽扯到很多問題，在選擇時要考慮以下幾個方面:(1)雖然變頻調(diào)速最優(yōu)，但針對具體情況，要與其它調(diào)速方案比較，才能獲得最佳效益。(2)各變頻器廠商產(chǎn)品的水平不一樣，應(yīng)對各廠商產(chǎn)品的控制參數(shù)、保護(hù)功能、故障診斷、容量與電機的匹配、價格等作全面比較，看其是否滿足要求。(3)變頻器和電機的匹配有兩種方法，一是使變頻器的容量大于電機額定功率;二是使變頻器容量小于電機額定功率，一般都是采用第一種方法。 本系統(tǒng)選用JB742-66電動機和ABB公司的ACS510變頻調(diào)速器。變頻器端口說明如表3-1:第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 PLC程序的設(shè)計

46、基本原則1) 最大限度的滿足被控對象的控制要求。2) 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用和維護(hù)方便。3) 保證控制系統(tǒng)安全可靠。4) 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時應(yīng)適當(dāng)留 有余量。2.7.2 PLC編程步驟具體編制一個PLC控制程序的基本步驟如下(其流程圖見2.7)。 2.7.3 PLC提供的編程語言1) 標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點；A.它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。B.梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是PLC輸入點接的開關(guān)也可以是PLC

47、內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。C.梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。D.PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當(dāng)條件使用。2) 語句表語言，類似于匯編語言。3)邏輯功能圖語言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來表達(dá)，一般一個運算框表示一個功能，左邊畫輸入、右邊畫輸出。4.2 松下FP0編程軟件FPWIN GR2編程環(huán)境介紹4.3程序流程圖風(fēng)機系統(tǒng)流程圖 從圖中可以看出程序先進(jìn)行初始化，上電運行會清除PLC存儲

48、區(qū)控制位的數(shù)據(jù)，然后判斷控制方式，由自動/手動控制按鈕決定，如果是手動控制方式，進(jìn)入手動控制子程序，用戶可以按鈕和觸摸屏上進(jìn)行一些必要和緊急的操作，自動方式先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后再根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和一些控制操作。開始初始化自動/手動手動控制子程序是否超限報警超限子程序是否P1P2風(fēng)門啟動子程序執(zhí)行風(fēng)機控制操作4.3.2水泵系統(tǒng)流程圖照圖5-2所示的水泵的啟動流程圖進(jìn)行水泵的自動啟動控制。首先是啟動抽真空系統(tǒng)將水泵體內(nèi)的空氣排除，讓其充滿水，這時，抽真空管路上的負(fù)壓表（真空表）就會達(dá)到要求值，當(dāng)PLC檢測到負(fù)壓表的讀數(shù)滿足啟動要求時，就會發(fā)指令給高壓開關(guān)柜，啟動水泵電機，并關(guān)掉抽真空設(shè)備。這

49、時位于水泵上方主排水管路上的壓力傳感器承受的壓力越來越大，當(dāng)達(dá)到要求值時，PLC發(fā)指令開啟電動閘閥，開始排水。圖5-2水泵自動開啟流程圖從流程圖中可以看出，系統(tǒng)中設(shè)有抽真空超時、閘閥開超時、壓力異常等故障報警系統(tǒng)。如果出現(xiàn)異常，對于實時CPU以及I/O模塊內(nèi)部的錯誤，自動控制系統(tǒng)會自動跳入故障處理程序塊中進(jìn)行相應(yīng)的處理；如果是外部回路接線錯誤或傳感器失效等故障系統(tǒng)會自動聲光報警，并停泵，禁止該泵投入自動循環(huán)運行中。運行過程中，主要監(jiān)測壓力、電流、溫度、流量等狀態(tài)量，出現(xiàn)異常停止水泵，并報警給出故障提示。其流程圖如圖5-3所示。圖5-3運行過程故障保護(hù)流程4.4梯形圖的設(shè)計4.5人機界面程序的設(shè)

50、計 對于一個有實際應(yīng)用價值的PLC控制系統(tǒng)來講，除了硬件和控制軟件之外，還應(yīng)有便于用戶操作的友好的人機界面。用戶可以通過人機界面隨時了解、觀察并掌握整個控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，必要時還可以通過人機界面向控制系統(tǒng)發(fā)出故障報警，進(jìn)行人工干預(yù)。 因此，人機界面就可以看成是人與硬件(計算機、PLC等)、控制軟件的交叉部分，人可以通過人機界面與計算機、PLC進(jìn)行信息交換，向PLC控制系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、信息和控制命令，而PLC控制系統(tǒng)又可以通過人機界面，由可編程終端、計算機回送控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和有關(guān)信息給用戶。由此可知人機界面充分地體現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)的輸入瀚出功能以及用戶對系統(tǒng)工作情況進(jìn)行操作的控制功能。綜上所述，人機界面是介于人與PLC控制系統(tǒng)之間的一個界面，操作人員可以通過人機界面與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行信息、數(shù)據(jù)的處理和交流。故上位機監(jiān)控軟件在整個系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中不可或缺。觸摸屏的型號是PWS-3261，選用的編程軟件是HITECH ADP 6.0。 程序設(shè)計七個畫面，可以顯示系統(tǒng)必要參數(shù)，使工人不必一一檢查即可獲得所需要的參數(shù)，還能對一些參數(shù)進(jìn)行初始化，根據(jù)不同的情況。自動模式切換成手動模式還可以對電機和閥門進(jìn)行控制。結(jié)束語通