畢業(yè)論文基于PLC的礦井排水監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制部分設(shè)計(jì)

1、基于plc的礦井排水監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制部分設(shè)計(jì)目 錄摘 要 2第一章 煤礦井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理及組成 31.1 概述 31.2 工作原理 31.3 系統(tǒng)組成 3第二章 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 52.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 52.2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 52.3 控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 62.4 控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 62.5 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 7第三章 plc井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng) 9 3.1 plc井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù) 93.2 plc井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)分層 103.3 影響plc控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素 113.4 plc控制系統(tǒng)的抗干擾措施 113.5 煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例11第四章 結(jié)束語(yǔ)12參考

2、文獻(xiàn)14致 謝15摘 要井下排水系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中四大系統(tǒng)之一，肩負(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。本文介紹了一種基于plc的礦井排水監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制的部分是為了煤礦安全和正常生產(chǎn)而進(jìn)行的各種有關(guān)參數(shù)或狀態(tài)的集中監(jiān)測(cè)，并對(duì)有關(guān)環(huán)節(jié)加以控制，是保護(hù)、采掘、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)安全運(yùn)行的重要設(shè)施。本文主要介紹了一種基于西門子s7-300 plc的煤礦井下排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和思路。西門子s7-300 型plc給出了煤礦井下排水系統(tǒng)的傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配置方案、通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泵進(jìn)行自動(dòng)控制，水位監(jiān)測(cè)、自動(dòng)啟

3、停水泵、故障自診斷等功能；同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了水泵運(yùn)行的合理調(diào)度，提高了設(shè)備利用率，達(dá)到了節(jié)能增效的效果。并能與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和在線監(jiān)測(cè)，提高了煤礦自動(dòng)化水平和安全性。該系統(tǒng)的使用必將提高煤礦生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義，有利于排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞： 水泵 plc 自動(dòng)控制 利用率 遠(yuǎn)程控制abstract underground drainage system is one of the four major coal production and shoulder the important task of underground water exclude

4、d, however, the underground drainage system in our country many still rely on traditional manual mode of operation.this paper introduces a plc based control system on-site mine drainage control in part to coal mine safety and a variety of normal production and the concentration of the parameters or

5、state monitoring, and relevant links to control, protect, mining, transportation,ventilation, drainage and other major production areas important to the safe operation of facilities.in this paper, which is based on siemens s7-300 plcs coal mine drainage pump automatic control system design methods a

6、nd ideas.siemens plc s7-300 type of coal mine drainage system is given the sensor and actuator configuration, communication network structure and system functional design, to achieve automatic control of pumps, water level monitoring, automatic start and stop pumps, fault diagnosis, etc.function; bu

7、t also to achieve a reasonable schedule to run the pump, improve equipment utilization, the effect of energy efficiency achieved.and can communicate with the host computer, remote control and online monitoring, improved level of automation and safety of coal mines.the use of the system will improve

8、the automation level of coal production, coal mine production safety is of great significance, is conducive to the promotion of the drainage system of automatic control applications.key words: water pump； plc ； automatic； control of pump； utilization of remote control第一章 煤礦井下排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理及組成1.1 概述

9、隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，以微處理器為核心的可編程序控制器（plc）控制已逐步取代繼電器控制，普遍應(yīng)用于各行各業(yè)的自動(dòng)化控制領(lǐng)域。當(dāng)然煤炭行業(yè)也不例外，但是目前許多礦井下主排水系統(tǒng)還采用人工控制，水泵的開(kāi)停及選擇切換均需人工完成，完全依賴于工人的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心，也預(yù)測(cè)不了水位的增長(zhǎng)速度，做不到根據(jù)水位和其他參數(shù)在用電的峰谷期自動(dòng)開(kāi)停水泵，這將嚴(yán)重影響煤礦自動(dòng)化管理水平和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也容易由于人為因素造成各種安全隱患。 在煤礦礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，隨時(shí)都有各種來(lái)源的水涌入礦井，為保證煤礦的生產(chǎn)安全，必須及時(shí)將涌出的礦井水快速地排放到地面，礦井排水設(shè)備不僅要排除各時(shí)期涌入礦井的水，而且在

10、遭到突然涌水的襲擊有可能淹沒(méi)礦井的情況下，還要搶險(xiǎn)排水，因此煤礦主排水系統(tǒng)能否正常運(yùn)行直接關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)。因此，礦井排水設(shè)備是煤礦建設(shè)和生產(chǎn)中不可缺少的，排水泵的安全可靠運(yùn)行對(duì)保證礦井安全生產(chǎn)起著非常重要的作用。目前，礦井排水系統(tǒng)普遍采用人工操作，存在著人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、電機(jī)啟停時(shí)間長(zhǎng)、水泵運(yùn)行效率低等諸多問(wèn)題，如何實(shí)現(xiàn)煤礦井下排水泵的自動(dòng)控制和無(wú)人值守，并滿足煤礦生產(chǎn)調(diào)度綜合自動(dòng)化的要求，便成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。針對(duì)當(dāng)前煤礦排水系統(tǒng)的實(shí)際情況，本文提出一種實(shí)現(xiàn)煤礦井下主排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其工作原理和結(jié)構(gòu)做一扼要介紹。1.2 工作原理煤礦井下排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)水倉(cāng)水位和其它

11、參數(shù)，控制水泵輪流工作與適時(shí)啟動(dòng)備用泵，合理調(diào)度水泵正常運(yùn)行。系統(tǒng)通過(guò)觸摸屏以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式，直觀、形象、實(shí)時(shí)地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉(cāng)水位、電機(jī)工作電流、電機(jī)溫度、軸承溫度、排水管流量等參數(shù)，并通過(guò)通訊模塊與綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。該系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、操作方便、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，并可節(jié)省水泵的運(yùn)行費(fèi)用。1.3 系統(tǒng)組成整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)輪換工作、自動(dòng)控制、動(dòng)態(tài)顯示及故障記錄報(bào)警和通訊接口等5個(gè)部分組成。 （1）數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè) 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

12、、3趟排水管流量；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)閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力。 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。電機(jī)電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、排水管流量等傳感器與變送器，主要用于監(jiān)測(cè)水泵、電機(jī)的運(yùn)行狀況，超限報(bào)警，以避免水泵和電機(jī)損壞。plc的數(shù)字量輸入模塊將各種開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集到plc中作為邏輯處理的條件和依據(jù)，控制排水泵的啟停。 在

13、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/d變換的精度可完全恢復(fù)到原來(lái)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)。如5v電壓要求以5mv精度變換時(shí)，精度為5mv/5v=0.1%,即1/1000十進(jìn)制的1000用二進(jìn)制表示時(shí)要求為10位,而本系統(tǒng)所采用的a/d模塊分辨率為16bit,其精度在0.05%以上，該精度等級(jí)足以滿足控制系統(tǒng)要求。同時(shí)，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。（2）自

14、動(dòng)輪換工作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5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分布均勻，當(dāng)某臺(tái)泵或所屬閥門故障、某趟管路漏水時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，并在觸摸屏上動(dòng)態(tài)閃爍顯示，記錄事故，同時(shí)將故障泵或管路自 動(dòng)退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按一定順序自動(dòng)輪換工作，以達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理，以免影響礦井安全生產(chǎn)的

15、目的。 （3）自動(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)選用了西門子s7-300型plc為控制主機(jī)，該機(jī)為模塊化結(jié)構(gòu)，由plc機(jī)架、cpu、數(shù)字量i/o、模擬量輸入、電源、通訊等模塊構(gòu)成。plc自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)水倉(cāng) 水位的高低、井下用電負(fù)荷的高、低峰和供電部門所規(guī)定的平段、谷段、峰段供電電價(jià)時(shí) 間段（時(shí)間段可根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)在觸摸屏上進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置）等因素，建立數(shù)學(xué)模型，合理調(diào)度水泵，自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制水泵運(yùn)行。 為了保證井下安全生產(chǎn)，系統(tǒng)可靠運(yùn)行，水位信號(hào)是水泵自動(dòng)化一個(gè)非常重要的參數(shù)，因此，系統(tǒng)設(shè)置了兩套水位傳感器，模擬量和開(kāi)關(guān)量傳感器，兩套傳感器均設(shè)于水倉(cāng)的排水配水倉(cāng)內(nèi)，plc將接受到的模擬

16、量水位信號(hào)分成若干個(gè)水位段，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，同時(shí)檢測(cè)井下供電電流值，計(jì)算用電負(fù)荷率，根據(jù)礦井涌水量和用電負(fù)荷，控制在用電低峰和一天中電價(jià)最低時(shí)開(kāi)啟水泵，用電高峰和電價(jià)高時(shí)停止水泵運(yùn)行，以達(dá)到避峰填谷及節(jié)能的目的。（4）動(dòng)態(tài)顯示 動(dòng)態(tài)模擬顯示選用日本digital公司的gp-570t型觸摸式工業(yè)圖形顯示器（觸摸屏），系統(tǒng)通過(guò)圖形動(dòng)態(tài)顯示水泵、真空泵、電磁閥和電動(dòng)閥的運(yùn)行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進(jìn)行事故報(bào)警。直觀地顯示電磁閥和電動(dòng)閥的開(kāi)閉位置，實(shí)時(shí)顯示水泵抽真空情況和壓力值。用圖形填充以及趨勢(shì)圖、棒狀圖方式和數(shù)字形式準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地顯示水倉(cāng)水位，并

17、在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號(hào)和低段、超低段、高段、超高段水位分段報(bào)警，用不同音響形式提醒工作人員注意。 采用圖形、趨勢(shì)圖和數(shù)字形式直觀地顯示3趟管路的瞬時(shí)流量及累計(jì)流量，對(duì)井下用電負(fù)荷的監(jiān)測(cè)量、電機(jī)電流和水泵瞬時(shí)負(fù)荷及累計(jì)負(fù)荷量、水泵軸溫、電機(jī)溫度等進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示、超限報(bào)警，自動(dòng)記錄故障類型、時(shí)間等歷史數(shù)據(jù)，并在屏幕下端循環(huán)顯示最新出現(xiàn)的3條故障（故障顯示條數(shù)可在觸摸屏上設(shè)置），以提醒工作人員及時(shí)檢修，避免水泵和電機(jī)損壞。 （5）通訊接口plc通過(guò)通訊接口和通訊協(xié)議，與觸摸屏進(jìn)行全雙工通訊，將水泵機(jī)組的工作狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)傳至觸摸屏，完成各數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示；同時(shí)，操作人員也可利用觸摸屏將操作指令傳

18、至plc，控制水泵運(yùn)行。plc同時(shí)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)分站傳至地面 生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心主機(jī)，與全礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，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，并為礦領(lǐng)導(dǎo)提供生產(chǎn)決策信息。觸摸屏與監(jiān)測(cè)監(jiān)控主機(jī)均可動(dòng)態(tài)顯示主排水系統(tǒng)運(yùn)行的模擬圖、運(yùn)行參數(shù)圖表，記錄系統(tǒng)運(yùn)行和故障數(shù)據(jù)，并顯示故障點(diǎn)以提醒操作人員注意。第二章 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)層(遠(yuǎn)程io)、控制層(plc)和管理層(上位機(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。上位機(jī)利用友好的人機(jī)界面實(shí)

19、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，通過(guò)專門的控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和統(tǒng)一調(diào)度控制。其中控制層主要由plc控制柜構(gòu)成，是整個(gè)排水系統(tǒng)的控制核心，plc控制柜由plc、觸摸屏、檢測(cè)部分(模擬量和開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)采集)、執(zhí)行部分等組成。 plc控制柜中的核心部分是plc模塊，用于完成對(duì)于監(jiān)測(cè)量的處理、運(yùn)算和存儲(chǔ)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行邏輯處理，控制水泵及附屬設(shè)備啟停。為保證控制器的可靠性，系統(tǒng)選用德國(guó)西門子生產(chǎn)的s7-300系列plc作為主要控制單元，考慮到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備比較分散，就地控制箱采用遠(yuǎn)程i/o的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及控制，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線同cpu

20、模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)、就地控制命令采集、輸出控制指令、設(shè)備邏輯控制等功能，主plc配置了2塊32路數(shù)字量輸入模塊和2塊16路數(shù)字量輸出模塊，遠(yuǎn)程i/o配置1塊32路數(shù)字量和1塊16路數(shù)字量輸出模塊。主plc還配置了1塊模擬量采集模塊完成對(duì)水位的監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程i/o部分配置1塊模擬量采集模塊完成對(duì)壓力、負(fù)壓及流量的監(jiān)測(cè)。為便于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水泵的半自動(dòng)控制，系統(tǒng)配置了觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示水泵當(dāng)前狀態(tài)，并為用戶提供水泵控制的平臺(tái)。2.2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制網(wǎng)絡(luò) 排水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)及參控設(shè)備較多，采用傳統(tǒng)的plc控制系統(tǒng)接線復(fù)雜、可靠性低且維護(hù)困難。因此，系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總

21、線實(shí)現(xiàn)設(shè)備層和控制層的連接。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，主要用于數(shù)字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出等小數(shù)量級(jí)的快速循環(huán)通信，將現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)配置成profibus-dp網(wǎng)絡(luò)，采用西門子的et200分布式i/o進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及控制。2.2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) 在plc控制柜與設(shè)在礦調(diào)度室的上位機(jī)之間建立了工業(yè)以太網(wǎng)，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制層與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換?？刂茖觩lc統(tǒng)一采用了西門子的s7-300系列plc進(jìn)行配置，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，避免了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)必須安裝相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的缺點(diǎn)。系統(tǒng)選取西門子的s7-300系列以太網(wǎng)通信模塊cp343-1，利用該模塊可以方便地實(shí)現(xiàn)plc與監(jiān)控中心之間的以太網(wǎng)通信。為

22、保證信號(hào)的可靠傳遞和防止電氣干擾對(duì)通信的影響，系統(tǒng)采用以太網(wǎng)與光纖傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制plc與調(diào)度中心上位機(jī)之間的通信。2.3控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)針對(duì)當(dāng)前許多煤礦排水泵控制自動(dòng)化水平不高、主要以人工控制為主，開(kāi)發(fā)出一套以plc 為核心的井下泵房自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）plc控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可按程序模塊分段調(diào)試，分段運(yùn)行。該程序結(jié)構(gòu)具 有清晰、簡(jiǎn)捷、易懂，便于模擬調(diào)試，運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。（2）系統(tǒng)根據(jù)水位和壓力控制原則，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)水泵的輪換工作，延長(zhǎng)了水泵的使用壽命。 （3）系統(tǒng)可根據(jù)投入運(yùn)行泵組的位置，自動(dòng)選擇啟動(dòng)就近的真空泵，若在程序設(shè)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)不到真空度，便自動(dòng)啟動(dòng)備用真

23、空泵。 （4）系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷和供電部門所規(guī)定的平段、谷段、峰段供電電價(jià)時(shí)間段，以“避峰填谷”原則確定開(kāi)、停水泵時(shí)間，從而合理地利用電網(wǎng)信息，提高礦井的電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。 （5）plc自動(dòng)檢測(cè)水位信號(hào)，計(jì)算單位時(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，自動(dòng)投入和退出水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，合理地調(diào)度水泵運(yùn)行。 （6）在觸摸屏上動(dòng)態(tài)監(jiān)控水泵及其附屬設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)顯示水位、流量、壓力、溫 度、電流、電壓等參數(shù)，超限報(bào)警，故障畫面自動(dòng)彈出，故障點(diǎn)自動(dòng)閃爍。具有故障記錄，歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。 （7）系統(tǒng)具有通訊接口功能，plc可同時(shí)與觸摸屏及地面監(jiān)測(cè)監(jiān)控主機(jī)通訊，傳送數(shù)據(jù)，交換信息，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控功

24、能。 （8）系統(tǒng)保護(hù)功能有以下幾種。 超溫保護(hù)：水泵長(zhǎng)期運(yùn)行，當(dāng)軸承溫度或定子溫度超出允許值時(shí)，通過(guò)溫度保護(hù)裝置及plc實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警。 流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行時(shí)，如流量達(dá)不到正常值，通過(guò)流量保護(hù)裝置使本臺(tái)水泵停車，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。 電動(dòng)機(jī)故障：利用plc及觸摸屏監(jiān)視水泵電機(jī)過(guò)電流、漏電、低電壓等電氣故障，并參與控制。 電動(dòng)閘閥故障：由電動(dòng)機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電機(jī)的過(guò)載、短路、漏電、斷相等故障，并參與水泵的聯(lián)鎖控制。 （9）系統(tǒng)控制具有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)檢修3種工作方式。自動(dòng)時(shí)，由plc檢測(cè)水位、壓力及有關(guān)信號(hào)，自動(dòng)完成各泵組運(yùn)行，不需人工參與；半自動(dòng)工作方式時(shí)，由工作人員選擇某臺(tái)

25、或幾臺(tái)泵組投入，plc自動(dòng)完成已選泵組的啟停和監(jiān)控工作；手動(dòng)檢修方式為故障檢修和手動(dòng)試車時(shí)使用，當(dāng)某臺(tái)水泵及其附屬設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，該泵組將自動(dòng)退出運(yùn)行，不影響其它泵組正常運(yùn)。plc柜上設(shè)有該泵的禁止啟動(dòng)按鈕，設(shè)備檢修時(shí)，可防止其他人員誤操作，以保證系統(tǒng)安全可靠。系統(tǒng)可隨時(shí)轉(zhuǎn)換為自動(dòng)和半自動(dòng)工作方式運(yùn)行。2.4 控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 排水系統(tǒng)是否能可靠運(yùn)行直接影響著煤礦生產(chǎn)和人員安全，為提高控制系統(tǒng)的可靠性，針對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)從設(shè)備本身、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)等各方面設(shè)計(jì)了可靠性保障措施。2.4.1 設(shè)備可靠運(yùn)轉(zhuǎn)保障設(shè)備可靠運(yùn)轉(zhuǎn)是安全排水的前提，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了排水系統(tǒng)控制軟件的

26、輔助管理模塊，對(duì)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的管理。依據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，監(jiān)控軟件的設(shè)備輔助管理模塊讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)后進(jìn)行邏輯處理，給出維護(hù)意見(jiàn)，從管理上來(lái)彌補(bǔ)設(shè)備本社在可靠性上的不足。2.4.2 傳感器可靠性保障 排水系統(tǒng)采用了多種傳感器，傳感器的可靠性直接影響著系統(tǒng)的整體可靠性。不同的傳感器對(duì)系統(tǒng)的影響也不盡相同，根據(jù)影響范圍的不同，系統(tǒng)將傳感器分為全局型和局部型。其中全局型傳感器為液位傳感器，它的可靠性關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)安全排水的實(shí)現(xiàn)，其余傳感器主要反映單臺(tái)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，屬于局部型。系統(tǒng)中的全局型傳感器采用冗余設(shè)計(jì)，而對(duì)于局部型傳感器則采取自診斷方式確定其故障類型并報(bào)警，提示工作人員進(jìn)行維護(hù)或者更換。2.4.3 通

27、信可靠性保障控制plc與上位機(jī)之間的通信故障判別采用校驗(yàn)碼與狀態(tài)位相結(jié)合的方式，其中校驗(yàn)碼判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，狀態(tài)位判斷傳輸通道的通暢性，如果狀態(tài)位不正常時(shí)表明通信通道中斷，啟用備用通訊網(wǎng)絡(luò)。2.5 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)主要基于控制要求和具體控制方案的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)包括plc 程序設(shè)計(jì)和組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)兩大部分。2.5.1 plc 程序設(shè)計(jì) plc 程序設(shè)計(jì)采用step 7 軟件編制。step 7軟件是用于西門子s7-300/400 型plc 創(chuàng)建可編程邏輯程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語(yǔ)句表進(jìn)行程序編制。s7 系列plc包括一個(gè)供電單元、一個(gè)cpu，以及輸

28、入和輸出模塊(i/o 模塊)。plc 應(yīng)用step 7軟件編制的s7 程序監(jiān)視控制整個(gè)系統(tǒng)，并通過(guò)地址尋址尋找i/o 模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。 plc 編制程序時(shí)首先作硬件組態(tài)。其主要任務(wù)就是在step 7 中生成一個(gè)與實(shí)際硬件系統(tǒng)完全相同的系統(tǒng),生成網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)站的機(jī)架和模塊,以及設(shè)置各硬件組成部分的參數(shù),即給參數(shù)賦值。硬件組態(tài)確定了輸入/輸出變量的地址,為編制順序控制程序打下了基礎(chǔ)。然后根據(jù)手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)控制的方式選擇，進(jìn)入相應(yīng)的程序流程。整個(gè)程序主要包括運(yùn)行前水位和供電狀態(tài)檢測(cè)、正常啟停泵組、運(yùn)行中參數(shù)檢測(cè)和故障報(bào)警、故障停泵等模塊，程序流程如圖1 所示。step 7軟件通過(guò)建

29、立在線連接下載程序到plc以對(duì)編制好的程序進(jìn)行調(diào)試，可實(shí)現(xiàn)程序的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、強(qiáng)制性數(shù)據(jù)變更和輸入輸出信號(hào)的強(qiáng)制開(kāi)/關(guān)等。系統(tǒng)初始化控制方式選擇調(diào)試、維修、人工控制流程水位、供電狀態(tài)檢測(cè)供電時(shí)段突水信號(hào)運(yùn)行間各參數(shù)、水位檢測(cè)自選泵組選擇泵組（優(yōu)先運(yùn)行時(shí)間短的泵組、跳過(guò)故障泵組）邏輯判斷正常啟動(dòng)泵組故障報(bào)警故障停泵正常停泵圖 1 控制程序流程圖2.5.2 組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)組態(tài)軟件編程主要用于生成人機(jī)交互界面，以便進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。本系統(tǒng)應(yīng)用西門子公司的wincc自動(dòng)化監(jiān)控軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，可以生成標(biāo)準(zhǔn)化輸入/輸出域、棒圖、趨勢(shì)圖、光柵和矢量圖，且具有動(dòng)態(tài)性能的屬性，可進(jìn)行便捷的過(guò)程可視化,并提供集成

30、的消息和報(bào)警系統(tǒng)。編制的人機(jī)界面主要有控制畫面、參數(shù)顯示畫面及故障報(bào)警記錄等狀態(tài)信息，編程框圖如圖2 所示。操作員可通過(guò)觸摸屏進(jìn)行系統(tǒng)的控制方式選擇以及各項(xiàng)檢測(cè)參數(shù)的顯示，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)控制過(guò)程的可視化。并且可以通過(guò)通訊同步到地面上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)。初始畫面系統(tǒng)菜單運(yùn)行方式報(bào)警系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置運(yùn)行操作狀態(tài)顯示圖 2 組態(tài)軟件編程框圖第3章 plc井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)3.1 plc的原理和功能特點(diǎn)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)

31、行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算數(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。 它向用戶的“自然語(yǔ)言”編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。plc是通過(guò)在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，且同一臺(tái)plc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，具有很大的靈活性和通用性。plc的輸入、輸出電路一般用光電禍合器來(lái)傳遞信號(hào)，有效地抑制了外部干擾源對(duì)plc的影響，具有可靠性高、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。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。3.1.1 plc的工作原理 一. 掃描技術(shù)當(dāng)plc投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入

32、采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。(一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(二) 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，plc總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序

33、(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏

34、輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使用立即i/o指令則可以直接存取i/o點(diǎn)。即使用i/o指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從i/o模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。(三) 輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，plc就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是plc的真正輸出。3.1.2 plc的特點(diǎn) (1)靈活、通用在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制的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

35、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=實(shí)現(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量的接線即可。而且，同一臺(tái)plc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，可以適用于各種不用規(guī)模，不同工業(yè)控制要求。(2)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 可靠性是工業(yè)控制器件的重要指標(biāo)。因此，要求在各種惡劣的工作環(huán)境和條件（如電磁干擾、灰塵等）下可靠工作，將

36、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-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)”。 (3)編程簡(jiǎn)單、使用方便 plc采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，容易掌梯。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(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。此外，plc的i/o接口可直接與控制現(xiàn)場(chǎng)的

37、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。 (4)接線簡(jiǎn)單 plc只需將輸入設(shè)備（如按鈕、開(kāi)關(guān)）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。 (5)功能強(qiáng) 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)字處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等。因此，plc即可對(duì)開(kāi)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，也可控制一個(gè)機(jī)群、多條生產(chǎn)線?？捎糜诂F(xiàn)場(chǎng)控制，也可用于遠(yuǎn)距離控制?？煽刂坪?jiǎn)單系統(tǒng)，也可控制復(fù)雜系統(tǒng)。 (6)體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 plc具有體

38、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，在plc在機(jī)電一體化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。3.1.3 plc的主要功能 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。plc系統(tǒng)一般由以下基本功能構(gòu)成.多種控制功能.數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能.通信聯(lián)網(wǎng)功能.輸入/輸出接口調(diào)理功能.人機(jī)界面功能.編程、調(diào)試功能1） 控制功能邏輯控制：plc具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運(yùn)算功能，

39、可以代替繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制。定時(shí)控制：他為用戶提供若干個(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。計(jì)數(shù)控制：用脈沖控制實(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)。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。2) 數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能數(shù)學(xué)運(yùn)算功能包括：.基本算術(shù)：加、減、乘、除。.擴(kuò)展算術(shù)：平方根、三角函數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算。.比較：大于、小于和等于。數(shù)據(jù)處理：選擇、組織、規(guī)格化、移動(dòng)和先入后出。模擬數(shù)據(jù)處理：pid、積分和濾波。3） 輸入/輸出 接口調(diào)理功能具有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

40、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。4） 通信、聯(lián)網(wǎng)功能現(xiàn)代plc大多數(shù)都擦采用了通信、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。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。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)。5） 人機(jī)界面功能提供操作者以監(jiān)視機(jī)

41、器/過(guò)程工作必須的信息：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)。6） 編程、調(diào)試等使用復(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、實(shí)驗(yàn)和記錄，并通過(guò)打印機(jī)打印出程序文件。3.2 plc井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)分層整個(gè)系統(tǒng)可分為3 個(gè)層次：地面監(jiān)控主站層;以plc為核心的控制及通訊管理層;機(jī)械設(shè)備層。地面監(jiān)控主站層 主要由工控機(jī)、監(jiān)控組態(tài)軟件、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)等組成，通過(guò)光纜與井下plc、防

42、爆型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)連接。工控機(jī)通過(guò)組態(tài)軟件可以實(shí)時(shí)顯示由井下plc采集并傳輸?shù)闹髋潘玫倪\(yùn)行參數(shù)，并存儲(chǔ)相關(guān)記錄，操作人員也只需在地面生產(chǎn)指揮中心采用鼠標(biāo)操作，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各泵組的控制；工業(yè)電視和硬盤錄像機(jī)可實(shí)時(shí)顯示、記錄井下?tīng)顩r?？刂萍巴ㄓ嵐芾韺佑蓀lc和觸摸屏組成的數(shù)據(jù)采集終端及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、電控設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備、信號(hào)采集裝置等組成。plc負(fù)責(zé)完成信號(hào)處理、邏輯判斷、故障診斷和參數(shù)記憶等功能。通過(guò)數(shù)據(jù)采集、模塊采集水位信號(hào)決定泵是否開(kāi)啟以及開(kāi)啟臺(tái)數(shù)，然后根據(jù)選擇的控制方式按流程啟動(dòng)泵組，此時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊將采集供電電源、電機(jī)、水泵的各項(xiàng)參數(shù)，如：檢測(cè)開(kāi)關(guān)的帶電狀態(tài)、電機(jī)定子溫度、軸承溫度、泵出

43、水口壓力、主排水管流量、水泵前后軸溫度等。各參數(shù)將在觸摸屏上顯示，并且通過(guò)數(shù)據(jù)交換設(shè)備傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控主站?？刂圃砣鐖D3 所示。觸摸屏主cpu模塊超聲波液位儀突水檢測(cè)信號(hào)電機(jī)、水泵軸承溫度信號(hào)進(jìn)出口壓力信號(hào)配水閥到位信號(hào)管道流量信號(hào)聲光報(bào)警啟動(dòng)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)工業(yè)以太網(wǎng)模擬量輸入模塊數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸出模塊電參數(shù)信號(hào)圖 3 水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖機(jī)械設(shè)備層煤礦排水系統(tǒng)主要設(shè)備包括電機(jī)、水泵、吸水管道、排水管道、管道閥門等。該自動(dòng)控制系統(tǒng)是基于原煤礦排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，只需在原有排水系統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行部分改動(dòng)。除在電機(jī)、水泵和管道上做部分機(jī)械結(jié)構(gòu)的改動(dòng)以滿足傳感器的安裝需要外，主要是對(duì)原有排水閥門

44、、注水閥門更換為電動(dòng)可控閥門；加裝為水泵注水的射流泵或?yàn)楸贸檎婵沼玫恼婵毡靡詽M足水泵啟動(dòng)的需要。為保證安全性，防止自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不能正常啟動(dòng)泵組排水，不破壞原排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，保留原始人工操作方式。3.3 影響plc控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素plc作為一種自動(dòng)化程度高、配置靈活的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制裝置。因?yàn)槠浔旧淼母呖煽啃?，它的?yīng)用場(chǎng)合越來(lái)越廣，環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，所受到的干擾也越來(lái)越多。在plc控制系統(tǒng)中，就plc本身來(lái)說(shuō)，其薄弱環(huán)節(jié)在i/o端口。來(lái)自電源波形的畸變、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾、接地電阻的耦合、輸入元件觸點(diǎn)的抖動(dòng)等各種形式的干擾，都可能使系統(tǒng)不能正常工作。研究影響plc控制系統(tǒng)的

45、干擾因素，對(duì)于提高plc控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性具有重要作用。對(duì)plc的干擾的產(chǎn)生過(guò)程主要有三個(gè)因素組成：(1)電源引入的干擾。雷電沖擊、開(kāi)關(guān)操作、大型電力設(shè)備啟停等，都有可能會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，造成plc系統(tǒng)故障。(2)i/o信號(hào)線引入的干擾。在使用plc組成控制系統(tǒng)時(shí)，要連接大小設(shè)備和各種通信線路，這樣就有可能會(huì)發(fā)生各種各樣的電磁干擾環(huán)境，影響plc系統(tǒng)的運(yùn)行。(3)接地線引入的干擾。若接地線處理混亂或是電線上的電位分布不等，則會(huì)電路的正常運(yùn)行，有可能在成數(shù)據(jù)換亂，信號(hào)失真。3.4 plc控制系統(tǒng)的抗干擾措施對(duì)plc的干擾的產(chǎn)生過(guò)程主要有三個(gè)因素組成，相應(yīng)地對(duì)抑制所有電磁干擾的方法也

46、從這三個(gè)要素著手解決。(1)最大限度地抑制干擾源。電源系統(tǒng)的抗干擾措施是為了抑制電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及畸變對(duì)系統(tǒng)電源產(chǎn)生的干擾，可采用使用隔離變壓器或者使用低通濾波器的措施來(lái)解決。另外，也可以使用交流穩(wěn)壓電源來(lái)增大抗干擾能力或使用在線式不間斷供電源(ups)來(lái)作為plc控制系統(tǒng)的理想電源。(2)阻隔禍合通道或衰減干擾信號(hào)。輸入端有感性負(fù)載時(shí)，在交流信號(hào)輸入負(fù)載兩端并聯(lián)rc浪涌吸收器或壓敏電阻rv；在直流信號(hào)負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管vd或壓敏電阻rv或穩(wěn)壓二極管vx或rc浪涌吸收器等。在使用多芯信號(hào)電纜時(shí)，要避免i/o線和其它控制線共用同一電纜。(3)降低系統(tǒng)本身對(duì)電磁噪聲的靈敏度，提高自身抗干擾能力。

47、3.5 s7-300的基本組成本系統(tǒng)選用德國(guó)西門子公司的simatic s7-300系列plc系統(tǒng)。s7-300系列plc是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種單獨(dú)模塊之間可以進(jìn)行廣泛組合和擴(kuò)展。其主要組成部分由導(dǎo)軌（rack）、電源模塊（ps）、中央處理單元模塊（cpu）、接口模塊（im）、信號(hào)模塊（sm）、功能模塊（fm）等。它可以通過(guò)mpi連接電纜或通訊模塊與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，再加上其全面的診斷功能和完善的自我保護(hù)技術(shù)，使其具有極高的可靠性，極其適合本系統(tǒng)的需求。除此之外，它自帶的step7編程軟件功能強(qiáng)大，使用方便，也使開(kāi)發(fā)者變得簡(jiǎn)單快捷。中央處理單元(cpu):各種cpu有不同的性能,例如,有的cpu

48、上集成有profibusdp通訊接口等。 信號(hào)模塊(sm):用于數(shù)字量和模擬量輸入輸出。 通訊處理器(cp):用于連接網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。 功能模塊(fm):用于高速計(jì)數(shù),定位操作(開(kāi)環(huán)或閉環(huán)定位)和閉環(huán)控制。 負(fù)載電源模塊(ps):用于將simatics7300連接到120230v交流電源,或244860110v直流電源。 接口模塊(im):用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架(cr)和擴(kuò)展機(jī)架(er)。s7300通過(guò)分布式的主機(jī)架(cr)和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架(er),可以操作多達(dá)32個(gè)模塊。運(yùn)行時(shí)無(wú)需風(fēng)扇。 simatics7300適用于通用領(lǐng)域:高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng),沖擊性,使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性

49、。 功能: simatics7300的大量功能能夠支持和幫助用戶進(jìn)行編程.啟動(dòng)和維護(hù),其主要功能如下: 高速的指令處理:0106u s的指令處理時(shí)間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開(kāi)辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算:用此功能可以有效地實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算。 方便用戶的參數(shù)賦值:一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值。 人機(jī)界面(hml):方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在s7300操作系統(tǒng)內(nèi).因此人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。 simatic人機(jī)界面(hml)從s7300中取得數(shù)據(jù),s7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。s7-300操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送。 診斷功能:cpu的智

50、能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常.記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件(例如:超時(shí).模塊更換等)。 口令保護(hù):多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度.有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密,防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改,操作方式選擇開(kāi)關(guān):操作方式選擇開(kāi)關(guān)像鑰匙一樣可以拔出,當(dāng)鑰匙拔出時(shí),就不能改變操作方式。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。 通訊: 這是一個(gè)經(jīng)濟(jì)而有效的解決方案；方便用戶的step7的用戶界面提供了通訊組態(tài)功能,這使得組態(tài)非常容易、簡(jiǎn)單。 simatics7300具有多種不同的通訊接口:多種通訊處理器用來(lái)連接asi接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通訊處理器用來(lái)連接點(diǎn)到點(diǎn)的通訊系統(tǒng)；多點(diǎn)接口(mpl)集成在cpu中,用于

51、同時(shí)連接編程器、pc機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他simatics7/m7c7等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。cpu支持下列通訊類型: 過(guò)程通訊:通過(guò)總線(asi或pronbus)對(duì)io模塊周期尋址(過(guò)程映象交換)。 數(shù)據(jù)通訊:在自動(dòng)控制系統(tǒng)之間.人機(jī)界面(hml)和幾個(gè)自動(dòng)化功能塊間相互調(diào)用。 s7300新模塊: s1matic s7300產(chǎn)品系列又推出了幾種新的模塊,這些模塊擴(kuò)大了用戶的選擇范圍,為更多的應(yīng)用帶來(lái)了便利和可能。新推出的模塊有以下幾種: ps305電源模塊:24110v dc輸入.24vdc2a輸出,環(huán)境條件擴(kuò)展型。 cpu3141fm中央處理單元新增一種可外插存儲(chǔ)器卡的模塊.該模塊需step7v

52、5osp3以上版本支持。 sm321數(shù)字量輸入模塊:48125vdc,環(huán)境條件擴(kuò)展型。 sm322數(shù)字量輸出模塊:48125vdc15a.環(huán)境條件擴(kuò)展型。 sm331熱電阻電阻輸入模塊,分辨率24位。 sm331熱點(diǎn)偶輸入模塊,分辨率24位。 sm3354人4出模擬輸入輸出模塊,背板總線隔離,診斷與中斷功能。 sm338超聲波位置解碼器,可連4個(gè)超聲波位置傳感器,最多8個(gè)測(cè)量點(diǎn)。 cm35計(jì)數(shù)器模塊,8通道計(jì)數(shù),最大10khz, cp343lit通訊模塊,10100mbps工業(yè)以太網(wǎng),web服務(wù)器,www網(wǎng)頁(yè),email發(fā)送功能。3.6 煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例 礦井監(jiān)控系統(tǒng)是為了煤礦安全和正常生產(chǎn)而進(jìn)行的各種有關(guān)參數(shù)或狀態(tài)的集中監(jiān)測(cè)，并對(duì)有關(guān)環(huán)節(jié)加以控制，是保 護(hù)采掘、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)安全運(yùn)行的重 要設(shè)施。該系統(tǒng)包括礦井環(huán)境安全監(jiān)測(cè)和礦井生產(chǎn)(及設(shè)備 工況等)監(jiān)控，礦井環(huán)境安全監(jiān)測(cè)用于監(jiān)測(cè)影響生產(chǎn)安全和 礦工人身安全的井下環(huán)境