基于PLC的井下排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于PLC的井下排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要礦井下排水設(shè)備的正常運(yùn)行對保障礦井正常安全生產(chǎn)起著相當(dāng)重要的作用。目前，國內(nèi)大部分礦山排水系統(tǒng)仍舊使用繼電器控制的常規(guī)手段，人為地進(jìn)行檢查。這種檢查和控制的手段因控制線路復(fù)雜，可靠性低，工作強(qiáng)度大已不能滿足礦業(yè)開發(fā)的設(shè)備運(yùn)行和要求。本文設(shè)計(jì)的排水控制系統(tǒng)由PLC與PC監(jiān)控的組合控制，這樣它避免了常規(guī)繼電器控制方法的短缺和限制，改進(jìn)了運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。這種系統(tǒng)具有較長工作壽命和維護(hù)方便的特性。依據(jù)一些礦井的現(xiàn)實(shí)情況，本文首先選擇和設(shè)計(jì)排水設(shè)備，然后設(shè)計(jì)了基于排水控制要求的自動(dòng)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC并具有自動(dòng)，半自動(dòng)和手動(dòng)工作模式

2、可供選擇。為了防止長期運(yùn)行水泵和管道磨損嚴(yán)重及防止備用水泵和管道的電動(dòng)機(jī)和電氣設(shè)備長期閑置受潮或其他故障沒有被發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了水泵及管道的自動(dòng)輪換工作制。又根據(jù)“避峰填谷”的原則和系統(tǒng)抗干擾的能力完善控制系統(tǒng)?？偠灾?，PLC與PC機(jī)組合的自動(dòng)排水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)無法媲美的。同時(shí)，該系統(tǒng)也改善了現(xiàn)有排水系統(tǒng)存在的不足。因此，它對礦井安全、自動(dòng)化生產(chǎn)具有相當(dāng)重要的意義。關(guān)鍵詞 排水系統(tǒng)，PLC，自動(dòng)控制，抗干擾 ABSTRACTThe normal use of drainage under mine well is very important Equipment for en

3、suring normal Production of mine well. At present, most drainage systems of all domestic mines well adopt conventional means of relay Controlling, inspected artificially .This kind means of inspection and control cant meet the requirement of mining development for its complicated control circuit, lo

4、w reliability of equipment running and great working intension. The automatism drainage system designed in this text combined control by PLC with stakeout by PC, so that it made up a variety of limitation and shortage of conventional means of relay controlling and improved running reliability and st

5、ability .This system has characteristics of long operating life-span and Convenient maintenance According to actual conditions of some mine well, at first this text chose and designed equipments, then designed auto control part based on drainage Control request. This system adopts S7-300 PLC series

6、produces by SIEMENS and has automatic, semiautomatic and manual working modes to choose. In order to prevent running water pumps and pipelines from wearing too badly and prevent electromotor and electric equipments of standby water pumps and pipelines from being affected with damp or their trouble n

7、ot being found in time, water pumps and pipelines Of this system are controlled to run in turn automatically. According to the principle of "avoiding the peak to the valley" and the ability of anti-jamming to improve the control system. In conclusion, the automatism drainage system combini

8、ng PLC with PC has Advantages that conventional system controlled by relay is unable to come up to. At the same time, this system has made up a variety of shortage of the automatism drainage system in existence. So it has very important meaning for secure automatic production of mine.Key Words drain

9、age system, PLC, auto control, anti-jamming31目 錄摘 要ABSTRACT目 錄1緒論11.1 礦井下排水系統(tǒng)概況11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 本課題研究的主要內(nèi)容及意義22井下排水控制系統(tǒng)介紹32.1 功能設(shè)定32.2 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)42.3 統(tǒng)中的檢測元件52.3.1 水位測量52.3.2 壓力測量62.3.3 流量測量63井下排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.1 可編程控制技術(shù)73.1.1 可編程控制器的主要特點(diǎn)及功能73.1.2 可編程控制器的發(fā)展趨勢83.1.3 PLC系統(tǒng)選型93.1.4 PLC控制系統(tǒng)的主要抗干擾措施103.2 PLC的軟件設(shè)

10、計(jì)123.2.1 操作方式的選擇123.2.2 水泵及管路的自動(dòng)輪換工作133.2.3 水泵啟動(dòng)過程的程序?qū)崿F(xiàn)163.3 監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)27結(jié) 論29致 謝30參考文獻(xiàn)31基于PLC的井下排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 緒論1.1 礦井下排水系統(tǒng)概況礦井水是指由于采礦活動(dòng)對區(qū)域水文地質(zhì)系統(tǒng)的破壞，從而改變地表水和地下水的流向，最后匯聚在采空區(qū)或者采動(dòng)場所，并在匯聚的過程中遭受污染的水體。采礦作業(yè)中會(huì)常?？吹狡淞魅牍ぷ髅婧拖锏馈Ｋ男纬梢话闶且?yàn)椴煽諈^(qū)塌陷等原因波及到水源導(dǎo)致的，其來源主要是降水、地表水、含水層水等等。而大量的礦井水會(huì)嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)，突發(fā)時(shí)甚至?xí)＜吧a(chǎn)作業(yè)人員的生命，造成重大的人員財(cái)

11、產(chǎn)損失，因此，排水設(shè)備就成為了礦井下生產(chǎn)作業(yè)必不可缺的設(shè)備，它對保障礦井的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起到很關(guān)鍵的作用。盡管每個(gè)礦區(qū)的地質(zhì)不同，但是礦井水的形成以及制約因素都有或多或少相同的特點(diǎn)。礦井水一般有兩種賦存形式，一種是在采礦的過程中隨聚隨排的過路水，為保障安全生產(chǎn)工作必須將其疏排；另一種是在礦井或巷道封閉一段時(shí)間之后匯聚而成的滯留水，其在取用前循環(huán)性與交替性極差。依據(jù)礦井水的成因和它的賦存形式可知其為礦區(qū)水資源系統(tǒng)的一個(gè)特定組成部分，也是一個(gè)具有補(bǔ)給能力的含水系統(tǒng)中的特殊單元，但是因?yàn)椴蓜?dòng)裂隙的擴(kuò)大或貫通而導(dǎo)致滲流條件改變，使不同水文地質(zhì)系統(tǒng)的地下水直接向采空區(qū)匯聚排水。而其排水方式亦可分為兩種，一種是

12、自流法排水，此法是通過使用傾斜的坑道將水排放到露天的水溝再進(jìn)行處理；另一種則是揚(yáng)水法排水，是利用排水設(shè)備將水排至地面后再處理。排水設(shè)備又可以按工作地點(diǎn)分為固定式和移動(dòng)式。固定式排水設(shè)備的工作原理是主排水設(shè)備負(fù)責(zé)將礦井的大部分水排至地面，輔助排水設(shè)備則將下一開采水平的水排至主排水設(shè)備所在水平，區(qū)域排水設(shè)備則將所在區(qū)域的礦井水排至地面，轉(zhuǎn)載排水設(shè)備則將因反向坡度而不能以自流方式到主排水設(shè)備的水轉(zhuǎn)載過去，中央排水設(shè)備則將涌水量不大的礦井涌水匯聚到一起排出礦井。固定排水設(shè)備應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：工作水泵在20小時(shí)內(nèi)應(yīng)當(dāng)能排出24小時(shí)的正常涌水量，備用水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵的能力的70%，工作和備用水泵的

13、總能力應(yīng)達(dá)到正常工作水泵的排水能力，檢修水泵的能力最低不小于工作水泵能力的25%。工作及備用排水管路的能力應(yīng)與工作及備用水泵的能力相配。配電設(shè)備應(yīng)足夠供工作和備用水泵同時(shí)開動(dòng)，主排水泵房應(yīng)有至少兩回路供電線路，且每一回路都能在另一回路發(fā)生故障時(shí)擔(dān)起全部負(fù)荷的供電能力。主排水設(shè)備應(yīng)該具備針對涌水突然增多而導(dǎo)致設(shè)備被淹的預(yù)防措施。移動(dòng)式排水設(shè)備為了達(dá)到排水的目的而要求水泵隨著工作面前進(jìn)或者水位下降而移動(dòng)，所用的水泵和電機(jī)均安裝在設(shè)備整體的底架上，絞車用鋼繩牽引底架移動(dòng)。移動(dòng)式排水設(shè)備應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：有較好的吸水性，能夠排出泥水。較小的尺寸以做到快速、方便的移動(dòng)。適合水流量變化不大而揚(yáng)程變化較大的需

14、要。綜上所述，設(shè)計(jì)一套有效的井下排水控制系統(tǒng)是非常必要的，且在礦井涌水速度有變化時(shí)此系統(tǒng)均應(yīng)及時(shí)將水排出。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀伴隨著采礦工程的發(fā)展，井下排水系統(tǒng)也隨之而產(chǎn)生?，F(xiàn)在控制理論和檢測技術(shù)的發(fā)展，又使得自動(dòng)排水系統(tǒng)在理論和實(shí)踐上的研究都取得了一些進(jìn)展。目前國內(nèi)的研究工作，大部分是從井下排水控制系統(tǒng)的可靠性和節(jié)能的角度去研究。首先是對中央泵房水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的成功改造，結(jié)果可以證明以計(jì)算機(jī)進(jìn)行單臺水泵的“水泵控制系統(tǒng)”改建和以礦井監(jiān)控為主的“礦井監(jiān)控系統(tǒng)”組成的“礦井排水自動(dòng)控制系統(tǒng)”是一種可行的方法。之后的幾年，國內(nèi)研究人員又針對煤礦井下排水系統(tǒng)耗能大的特性分別從離心式水泵，排水管路

15、，電動(dòng)機(jī)三方面開始了對井下排水系統(tǒng)的節(jié)能改建工作。某設(shè)計(jì)研究院提出使用PLC自動(dòng)檢測水位、管道壓力、流量等數(shù)據(jù)，根據(jù)水位高低和參考礦井的用電情況，建立數(shù)學(xué)模型，達(dá)到了水泵運(yùn)行的避峰填谷的效果，有效地節(jié)省了礦井在排水系統(tǒng)上的能耗。而國外的研究多從管道長期的維護(hù)和清理以及井下水的質(zhì)量對排水設(shè)備造成的影響等更細(xì)化的方面進(jìn)行研究。俄羅斯研究人員根據(jù)費(fèi)用相等的原理，推導(dǎo)出水泵最佳使用周期和管道清理周期的兩種形式相似的計(jì)算公式，從科學(xué)的角度闡述水泵使用和管道清理，提高了整個(gè)排水系統(tǒng)的安全性能。英國、德國、加拿大、西班牙等國根據(jù)本國礦井存在的一些實(shí)際環(huán)境問題，例如對酸性的礦井排水問題進(jìn)行了大量的研究。1.3

16、 本課題研究的主要內(nèi)容及意義本文提出了用PLC控制系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)，進(jìn)行排水設(shè)備的選擇設(shè)計(jì)。根據(jù)排水控制的要求，進(jìn)行PLC硬、軟件的設(shè)計(jì)，以滿足自動(dòng)輪換工作機(jī)制要求，又充分考慮“避峰填谷”的原則并采取抗干擾措施以使系統(tǒng)高效穩(wěn)定工作。建立PLC與上位機(jī)的通信進(jìn)行畫面監(jiān)控，做到發(fā)生事故可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理。目前我國井下排水系統(tǒng)中的一些重要工作環(huán)節(jié)例如水位監(jiān)測、配電設(shè)備的運(yùn)行操作等仍依靠人工操作。大多數(shù)礦井使用繼電器、接觸器控制系統(tǒng)中包含且使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，線路比較復(fù)雜，在長期使用的過程中繼電器觸點(diǎn)在開閉時(shí)暴露在空氣中易受灰塵污染易導(dǎo)致接觸不良而誤動(dòng)作，從而使設(shè)備運(yùn)行的可靠性降低。在PLC

17、控制系統(tǒng)中，PLC采用微電子技術(shù)，大量開關(guān)動(dòng)作均由無觸點(diǎn)的電子器件完成，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入/輸出信號線即可，通過設(shè)計(jì)軟件程序替代繼電器等物理電子器件和量大、繁雜的硬接線線路，因此工作壽命得到延長，可靠性得到提高。此外，PLC體積小，質(zhì)量輕，易安裝，還能直觀簡單地反映出現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)以及整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行維護(hù)工作方便。由于使用軟件編程代替硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，故而設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試都很簡便，所需時(shí)間大大減少，縮短了投運(yùn)周期。因此，采用PLC與PC監(jiān)控結(jié)合的自動(dòng)排水控制系統(tǒng)具有的優(yōu)勢是傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)無法企及的，改善了現(xiàn)有自動(dòng)排水系統(tǒng)的缺點(diǎn)，對礦井安全生產(chǎn)具有非凡的意義

18、。2 井下排水控制系統(tǒng)介紹2.1 功能設(shè)定本系統(tǒng)中的主要排水設(shè)備設(shè)計(jì)有五臺離心式排水泵和三條排水管路，每個(gè)排水泵均與每條排水管路連接。五臺排水泵兩臺工作，兩臺備用，一臺檢修，而三條排水管路有兩條工作，一條備用或檢修。當(dāng)使用中的一條管路故障時(shí)，繼續(xù)用另一條管路排水，當(dāng)兩條管路均發(fā)生故障時(shí)立即啟用備用管路而不至于中斷排水。每條排水管路都有電動(dòng)閥，可以通過PLC選擇要使用的管路。水泵及排水管路的系統(tǒng)連接圖如圖2.1所示。圖2.1 水泵及排水管路系統(tǒng)連接圖由圖中可以看出每條排水管路上都安裝有排水電動(dòng)閥，考慮到離心式水泵的啟閉特性，它們需要按先后順序進(jìn)行打開和關(guān)閉的操作。以1#泵為例，在啟動(dòng)并需要打開排

19、水電動(dòng)閥時(shí)，按照“轉(zhuǎn)換工作”的要求，打開11#電動(dòng)閥，然后再打開10#電動(dòng)閥；在停止時(shí)，應(yīng)先關(guān)11#電動(dòng)閥，再關(guān)10#電動(dòng)閥，其它閥門啟閉操作與此相同。本控制系統(tǒng)為滿足實(shí)際使用需求，應(yīng)具備以下功能：1. 自動(dòng)輪換工作：為了防止長期運(yùn)行水泵和管道磨損嚴(yán)重及防止備用水泵和管道的電動(dòng)機(jī)和電氣設(shè)備長期閑置受潮或其他故障沒有被發(fā)現(xiàn)，因此需要設(shè)計(jì)水泵及管路的自動(dòng)輪換工作制。本控制程序自動(dòng)記錄并累加水泵的運(yùn)行時(shí)間及使用次數(shù)、管路使用次數(shù)等參數(shù)，系統(tǒng)將根據(jù)這些參數(shù)按照預(yù)定順序自動(dòng)啟停水泵及排水管路，均勻分布各水泵及其管路的使用率，當(dāng)某臺泵或閥門產(chǎn)生故障、某條管路發(fā)生漏水事故時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警并且進(jìn)行記錄

20、，同時(shí)將發(fā)生故障的水泵或管路退出輪換工作，其余各泵和管路繼續(xù)按設(shè)定順序自動(dòng)輪換工作，以達(dá)到發(fā)生故障能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理、保障礦井安全生產(chǎn)的目的。2. “避峰填谷”：所謂“避峰填谷”，是指調(diào)度水泵在用電的“谷段”和“平段”時(shí)間段工作，盡量避免在“峰段”啟動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)“避峰填谷”，需調(diào)度各水泵在用電的“谷段”和“平段”時(shí)間段，將水倉的水位排至設(shè)定的低位，以便水倉能夠騰出盡可能大的容積，使其在“峰段”容納更多的礦井涌水而不用啟動(dòng)水泵8。3. 保護(hù)功能： (1)漏水保護(hù)：每臺水泵均安裝真空度電接點(diǎn)壓力表，如在規(guī)定的注水時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)仍未收到真空度達(dá)到規(guī)定值的信號，則停止操作并轉(zhuǎn)為啟動(dòng)下臺水泵，發(fā)出故障報(bào)警信號8

21、；(2)流量、壓力保護(hù)：當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行時(shí)，如流量或壓力沒有達(dá)到正常值，則通過流量、壓力保護(hù)裝置使本臺水泵停車，轉(zhuǎn)為啟動(dòng)下臺水泵8；(3)超溫保護(hù)：當(dāng)水泵長期運(yùn)行導(dǎo)致軸溫或電機(jī)溫度超出允許值時(shí)，通過溫度保護(hù)裝置使水泵停車8；(4)過流保護(hù)：接在主回路里的電流互感器把電流信號送入可編程控制器，由可編程控制器計(jì)算、判斷電動(dòng)機(jī)工況8。當(dāng)出現(xiàn)過流時(shí)，對應(yīng)的保護(hù)裝置動(dòng)作；(5)低電壓、漏電保護(hù)：當(dāng)高壓部分出現(xiàn)低壓或漏電故障時(shí)，其相應(yīng)的保護(hù)裝置動(dòng)作，并將故障信號送入可編程控制器8。4. 三種工作方式：系統(tǒng)控制具有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)三種工作方式12。自動(dòng)工作時(shí)，由PLC檢測水位、壓力等相關(guān)信號，自動(dòng)完

22、成各泵組運(yùn)行，不需要人工參與操控；半自動(dòng)工作方式時(shí)，由操控人員選擇開哪臺或哪幾臺水泵，PLC自動(dòng)完成選定的泵組的啟停和監(jiān)控工作；手動(dòng)工作方式為PLC產(chǎn)生故障與檢修狀態(tài)下的工作方式。PLC故障時(shí)，全部設(shè)備均由操作人員控制相應(yīng)按鈕運(yùn)行；當(dāng)某臺水泵及附屬設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，該泵組將自動(dòng)退出運(yùn)行，不影響其它泵組運(yùn)行8。PLC控制柜上設(shè)有水泵的禁止啟動(dòng)鈕，設(shè)備檢修時(shí)，按下此按鈕可防止他人誤操作，以保障檢修人員的安全以及系統(tǒng)的可靠性。故障排除或檢修完成后，經(jīng)過手動(dòng)試車確認(rèn)沒有故障以后，才能繼續(xù)參與自動(dòng)輪換工作。5. 動(dòng)態(tài)監(jiān)測：通過上位機(jī)監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)監(jiān)測水泵及其附屬設(shè)備的運(yùn)行工況，實(shí)時(shí)顯示水位、流量、壓力、溫度

23、等參數(shù)，提供各種運(yùn)行及故障信息，超限報(bào)警，還可以將記錄的運(yùn)行報(bào)表、事故記錄、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等打印出來。 6. 抗干擾能力：由于PLC控制系統(tǒng)工作環(huán)境較為惡劣，避免不了存在各種干擾。這些干擾會(huì)導(dǎo)致控制精度降低、PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)丟失、機(jī)器誤動(dòng)作，甚至損壞PLC。所以，在實(shí)際使用中，不僅要按照要求合理配置系統(tǒng)，正確配接線，還必須充分考慮各種異常情況，采取相應(yīng)抗干擾措施以確保PLC控制系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地運(yùn)行。2.2 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)使用可編程序邏輯控制器和上位計(jì)算機(jī)組成兩級控制系統(tǒng)來完成排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。上位機(jī)利用人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對話與監(jiān)控功能，可編程序邏輯控制器作為下位機(jī)完成數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制的任

24、務(wù)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2.2所示:圖2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖2.3 系統(tǒng)中的檢測元件PLC作為工業(yè)控制裝置，其用以檢測信號的傳感器的精度與可靠性將影響控制系統(tǒng)是否能正常運(yùn)行。因此在選用傳感器時(shí)，應(yīng)綜合考慮以下參數(shù)：1. 測量范圍：傳感器規(guī)定的測量范圍應(yīng)稍大于實(shí)際測量范圍，以免超出測量范圍造成結(jié)果產(chǎn)生較大誤差或造成傳感器損壞。2. 線性度：為了方便標(biāo)定與處理數(shù)據(jù)，通常都要求傳感器的輸出輸入成線性關(guān)系，從而能正確地反映被測量的數(shù)值。3. 靈敏度：靈敏度又被稱作傳感器系數(shù)，例如校準(zhǔn)線的斜率就是線性傳感器的靜態(tài)靈敏度。4. 分辨率：是指傳感器可以在輸入信號中檢測到的最小變化量。分辨率能達(dá)到使用要求即

25、可，不需要犧牲其它性能而追求過高的分辨率。5. 工作環(huán)境條件：應(yīng)考慮工作環(huán)境的溫度、濕度、大氣壓力，有無振動(dòng)、磁場、電場、大功率用電設(shè)備，是否需要防火、防爆、防化學(xué)腐蝕，是否滿足不能有害于周圍材料壽命及操作工人的身體健康等15。以上有些方面互相制約，選擇時(shí)進(jìn)行綜合考慮比較，選用整體性能較高者。2.3.1 水位測量本文采用感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器測量水位，它的主要特點(diǎn)是:1. 測量準(zhǔn)確、可靠、失真度小。2. 不受泥沙、污物的影響。3. 在信號遠(yuǎn)距離傳輸方面，抗干擾能力很強(qiáng)，具有獨(dú)特的功能。其優(yōu)勢在于脫離了傳統(tǒng)的模擬量檢測方式，采用數(shù)字式測量，每個(gè)量之間有質(zhì)的區(qū)別，有是與非的區(qū)別，沒有模糊數(shù)據(jù)，更不受

26、環(huán)境和其它分布參數(shù)的影響。它在工作的過程中能夠全部投入水中，達(dá)到了國家潛水型IP68的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，可以做到較長時(shí)間之內(nèi)不用人員進(jìn)行維護(hù)。傳感器的工作電源設(shè)計(jì)在536伏范圍內(nèi)供電。使用時(shí)，垂直安裝在水中，按照由低到高的水位變化轉(zhuǎn)換成420mA的電流信號自信號端輸出。傳感器的規(guī)格不同，其結(jié)構(gòu)是外型光滑無縫的棒式固體傳感器，棒的直徑為2050mm，長度為0.520m。2.3.2 壓力測量本文選擇型號為YS-2壓力傳感器，量程分別為00.4MPa和01.6MPa。其特點(diǎn)為：(1)選用陶瓷壓阻測壓傳感器作為敏感元件，具有明顯的抗腐蝕、抗磨損性能。(2)采用成熟的電路設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、可靠性以及抗干擾

27、能力。(3)體積小巧，易安裝；對振動(dòng)、腐蝕、潮濕、干擾不敏感。(4)輸出信號強(qiáng)，具有較高的工作溫度范圍，并自帶溫度補(bǔ)償。 抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器不需要液體的傳遞，壓力直接作用在其膜片表面使產(chǎn)生微小的形變。厚膜電阻則印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋（閉橋）。由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力、激勵(lì)電壓成正比的高度線性電壓信號。標(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0/3.0/3.3mV/V，能夠兼容于應(yīng)變式傳感器。經(jīng)過激光標(biāo)定以后，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償070，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)進(jìn)行直接接觸。2.3.3 流量測量本系統(tǒng)中的流量測量元件選用

28、電磁流量計(jì)，其特點(diǎn)為：1. 測量管路內(nèi)沒有任何突出和可以移動(dòng)的部件，因此可用于有懸浮顆粒的液體等流量的測量，且壓力損失極?。?. 感應(yīng)電勢與被測液體溫度、壓力、粘度等無關(guān)，因此其受適用范圍的局限較??；3. 測量范圍較大，最大流量/最小流量=1500；4. 可以測量具有腐蝕性的液體；5. 慣性小，可以測脈動(dòng)流量；6. 介質(zhì)導(dǎo)電率大于0.0020.005 /m。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。電磁流量轉(zhuǎn)換器是為電磁流量傳感器提供電源，并將其測量回的流量信號整定成為標(biāo)準(zhǔn)的420mA電流等其他形式的信號。系統(tǒng)選用LDZ5電磁流量轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)的電磁流量傳感器配合工作，其輸出信號為4-20

29、mA DC，精度等級為0.3級，勵(lì)磁電流為200+0.4mA，電源電壓為220V AC。3 井下排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 可編程控制技術(shù)可編程序控制器（Programmable Logic Controller）的發(fā)展起源于20世紀(jì)60年代末。在20世紀(jì)60年代的時(shí)候，制造業(yè)采用的自動(dòng)控制系統(tǒng)幾乎完全是由繼電器控制裝置組成的。到了60年代末期，因?yàn)橹圃鞓I(yè)十分激烈的競爭，并且每一次產(chǎn)品改型都會(huì)導(dǎo)致繼電器控制裝置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與安裝，不但費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)料，甚至還延長了更新周期。為了改變當(dāng)時(shí)這種情況，美國通用汽車公司根據(jù)市場形勢與生產(chǎn)發(fā)展的需要，提出一種新的工業(yè)控制裝置的招標(biāo)指標(biāo)，即歷史上有名的“通用十

30、條”。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)其要求，研制出了這種新的工業(yè)控制裝置，并在美國通用汽車位于底特律的一條汽車自動(dòng)裝配線上試用，最后獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置因?yàn)樗?dú)有的集簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長等于一身的一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在其他工業(yè)領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。由于這個(gè)裝置的主要功能是邏輯運(yùn)算，因此，它又被稱作可編程序邏輯控制器。隨后，這種工業(yè)裝置也得到了世界其他國家的高度重視，并且部分國家相繼引進(jìn)并研制出它們的PLC。隨著技術(shù)的進(jìn)步，PLC的功能越來越強(qiáng)大，指令越來越豐富，用途越來越廣泛，在工廠自動(dòng)化(AF)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)之中占有

31、非常重要的地位。3.1.1 可編程控制器的主要特點(diǎn)及功能1. PLC的特點(diǎn)(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)(2)通用性強(qiáng)，程序可變，使用方便(3)功能強(qiáng)，使用面廣(4)編程簡單，容易掌握(5)減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量(6)體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便2. PLC的主要功能到目前為止，在國內(nèi)外冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)都會(huì)發(fā)現(xiàn)PLC的存在，并且隨著它性價(jià)比不斷提高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也在繼續(xù)擴(kuò)大。如今PLC的功能，已不僅僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制，其基本功能如下：(1)多種控制功能 PLC具有邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制和順序控制等功能。(

32、2)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、比較和數(shù)據(jù)處理等功能。(3)通信聯(lián)網(wǎng)功能PLC的通信包括PLC與PLC、PLC與上位計(jì)算機(jī)、PLC與其他智能設(shè)備之間的通信，PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。(4)輸入/輸出接口調(diào)理功能輸入/輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場控制或檢測元件和執(zhí)行元件連接的接口電路?，F(xiàn)場控制或檢測元件輸入給PLC各種控制信號，通過輸入接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場

33、需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。(5)人機(jī)界面功能將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)信息形象化的表示出來，反映到人機(jī)界面上，通過編程或操作人員進(jìn)行直觀的分析和修改，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。(6)編程、調(diào)試功能PLC一般有多種編程語言，IEC61131-3（PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)）說明了語法、語義和五種PLC編程語言的表達(dá)式，按照此標(biāo)準(zhǔn)可以方便的進(jìn)行編程和調(diào)試。3.1.2 可編程控制器的發(fā)展趨勢長期以來，PLC為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。其主要原因在于它能夠可以提供安全可靠和比較完善的自動(dòng)控制解決方案，正適用于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對自動(dòng)化的需求。1.產(chǎn)品向高性能、高容量

34、、高速度發(fā)展大型PLC大多采用多CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展，尤其近年來PLC生產(chǎn)廠商不斷推出功能更強(qiáng)的小型PLC，更新?lián)Q代越來越快，而且增加了例如高速計(jì)數(shù)器、脈沖列輸出等以前大型PLC才具有的功能4。2.不斷加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信功能無論是大型還是小型PLC，網(wǎng)絡(luò)通信功能都在不斷增強(qiáng)，PLC向上可以連接各種管理網(wǎng)，向下可以連接各種現(xiàn)場設(shè)備4?，F(xiàn)代很多PLC不僅設(shè)計(jì)了與CPU集成一體的標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議、專有協(xié)議和自由協(xié)議串行通信接口，還能通過網(wǎng)絡(luò)接口模塊與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)4。3.新器件和模塊不斷推出高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的

35、智能I/O模塊、高速計(jì)數(shù)模塊等專用化模塊4。4.編程工具豐富，功能不斷增加，編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化有各種簡單或復(fù)雜的編程器及編程軟件可以用來編寫程序。5.更加專業(yè)化在PLC通用功能的基礎(chǔ)上針對不同行業(yè)不同的應(yīng)用特點(diǎn)開發(fā)專業(yè)化PLC產(chǎn)品，不但能提高產(chǎn)品性能降低成本，而且可以提高產(chǎn)品的易用性以及綜合競爭實(shí)力。6.追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化PLC將越來越開放，提供一個(gè)開放性的平臺，通過提高標(biāo)準(zhǔn)化以及開放性的接口，PLC可以簡便地接入其它系統(tǒng)。另外，越來越多的PLC采用標(biāo)準(zhǔn)的編程語言。3.1.3 PLC系統(tǒng)選型通過統(tǒng)計(jì)得知所需的數(shù)字量輸入約69點(diǎn)，數(shù)字量輸出約30點(diǎn)，模擬量輸入通道約28路。選用德國西門子公司的S

36、IMATIC S7300系列PLC系統(tǒng)。S7300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種單獨(dú)模塊之間可以廣泛的進(jìn)行組合和擴(kuò)展。它的系統(tǒng)構(gòu)成如圖3.1所示。其主要組成部分有導(dǎo)軌(RACK)、電源模塊(PS)、中央處理單元模塊(CPU)、接口模塊(IM)、信號模塊(SM)、功能模塊(FM)等8。它可以通過MPI轉(zhuǎn)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，非常適合本系統(tǒng)的需求8。除此之外，它自帶的STEP7編程軟件功能也比較強(qiáng)大，使用起來也很方便易上手，也使開發(fā)過程變得比較簡單。圖3.1 S7300系列PLC系統(tǒng)構(gòu)成框圖本系統(tǒng)選用的主機(jī)模塊是CPU

37、314，它能夠用于對處理能力和響應(yīng)速度要求很高的場合。內(nèi)置128KB的高速RAM，其裝載存儲(chǔ)器為最大8MB的微型存儲(chǔ)卡，允許將項(xiàng)目存儲(chǔ)在CPU中，它對每條二進(jìn)制指令的處理時(shí)間大約為60ns，每個(gè)浮點(diǎn)預(yù)算時(shí)間為0.59ns。I/O模塊為6個(gè)交流輸入模塊，4個(gè)交流輸出模塊及1個(gè)直流輸出模塊；最多可擴(kuò)展至32個(gè)模塊4排結(jié)構(gòu)，512個(gè)開關(guān)量I/O或64路模擬量通道。本系統(tǒng)主要由下面的模塊組成:1塊中央處理單元CPU3144塊數(shù)字量輸入模塊SM321，32X24V，DC1塊繼電器輸出模塊SM322，16XRel AC120V/230V1塊數(shù)字量輸出模塊SM322，32X24V，DC5塊模擬量輸入模塊SM

38、331，8X12位1塊通信處理模塊CP340l塊電源模塊PS307，10A3.1.4 PLC控制系統(tǒng)的主要抗干擾措施由于PLC的特性允許其在比較惡劣的環(huán)境下工作因而得到了比較廣泛的應(yīng)用。但正是因?yàn)樗褂玫膱龊细鼜V泛，環(huán)境更加復(fù)雜，受到干擾也更多而影響了其穩(wěn)定性。因此，采取PLC控制系統(tǒng)的干擾信號源抑制措施，對于提高其抗干擾能力和可靠性有著很重要的意義和作用。1. 電源系統(tǒng)抗干擾(1)使用專用電源供電且不能與大用電設(shè)備共用，以避免大用電設(shè)備的啟動(dòng)和停止影響供電電壓。(2)在系統(tǒng)的交流電源與可編程控制器間使用雙屏蔽的隔離變壓器(圖3.2)，它一次繞組的屏蔽層接中線，可以做到隔離供電電源的干擾，其二

39、次繞組的屏蔽層與PLC控制柜共地，可讓干擾信號入地。圖3.2 PLC的供電電源(3)在隔離變壓器和可編程控制器間加裝交流穩(wěn)壓器或低通濾波器(圖3.2)，用來濾除交流電源輸入的高頻干擾和高次諧波。2. 安裝布線與接地的抗干擾(1)電源線、輸入/輸出線與動(dòng)力線合理的布線可以明顯減少電磁干擾。系統(tǒng)的動(dòng)力線應(yīng)足夠粗，以降低大容量異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的線路電壓降，且動(dòng)力線要遠(yuǎn)離PLC裝置20cm以上4。在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)線路的敷設(shè)過程中，要盡量減小動(dòng)力線與信號線平行敷設(shè)的長度，否則應(yīng)增大兩者的距離以減小噪聲干擾4。PLC的輸入、輸出線，不允許放在同一根多芯屏蔽電纜內(nèi)（尤其是引線部分更不能捆扎在一起），而且

40、在槽架內(nèi)需要隔開一定的距離后再安放，屏蔽層需要接地4。(2)接地線配電柜中存在有兩種接地方式，一種是PLC系統(tǒng)的接地線。另一種是其他用電設(shè)備的接地線。在連接地線時(shí)需要注意PLC控制系統(tǒng)要單獨(dú)接地，不能和其它系統(tǒng)共地；PLC系統(tǒng)的接地電阻應(yīng)盡可能小于100，使用專用的接地線；輸入/輸出信號電纜的屏蔽線需要與接地端子(GR)端連接，并且要連接良好。3. 輸入/輸出線外圍設(shè)備的抗干擾措施在選用I/O模塊前應(yīng)了解到絕緣的輸入輸出信號和內(nèi)部回路的抗干擾性能較非絕緣的更好，無觸點(diǎn)輸出比有觸點(diǎn)輸出產(chǎn)生的干擾小等。因此，在干擾大的場合以及裝設(shè)在控制對象側(cè)的I/O模塊，從抗干擾能力方面考慮，使用絕緣型的I/O模

41、塊較好。4. 解決漏電流的措施當(dāng)使用接近開關(guān)等DC兩線式傳感器輸入信號時(shí)，應(yīng)考慮由于漏電流較大的原因?qū)е碌恼`動(dòng)作，不能關(guān)斷PLC輸入信號。通常解決方法是在PLC輸入端子連接一個(gè)旁路電阻來達(dá)到減少輸入阻抗的目的。當(dāng)使用雙向可控硅為輸出時(shí)，也可以采取同樣的方法在輸出端并聯(lián)旁路電阻。接法如圖3.3所示。圖3.3 解決漏電流的措施5. 觸點(diǎn)抖動(dòng)的消除對于外部輸入設(shè)備可能產(chǎn)生的觸點(diǎn)抖動(dòng)，如按鈕、繼電器、傳感器等的輸入信號可以通過延時(shí)來消除。對于部分能夠持續(xù)一定時(shí)間的脈沖干擾，也可以通過使用此方法進(jìn)行消除。選擇時(shí)間設(shè)定值時(shí)，其需要大于觸點(diǎn)抖動(dòng)間隔時(shí)間或干擾脈沖持續(xù)時(shí)間。若干擾持續(xù)時(shí)間較短，為了減少系統(tǒng)的響

42、應(yīng)時(shí)間，可以利用程序掃描時(shí)間或某段指令的執(zhí)行時(shí)間來替代定時(shí)器的作用。6. 可測干擾信號的抑制對于能夠使用特定辦法測量到的短時(shí)干擾信號，可以經(jīng)過檢測設(shè)備將這個(gè)干擾信號產(chǎn)生的時(shí)間傳送給PLC，然后通過PLC的跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)行相應(yīng)的屏蔽動(dòng)作，即在有干擾信號影響的這段時(shí)間，不收集輸入信號。7. 漏掃描檢測在編制程序時(shí)，將程序分成幾個(gè)部分，在每一個(gè)程序段末端加一個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)在每次掃描之后，如果程序的每個(gè)部分都被掃描，就給出一個(gè)正確信號，然后繼續(xù)執(zhí)行編程的指令；如果有程序段被漏掃描，則發(fā)出報(bào)警信號并按預(yù)設(shè)方案處理。以上即為本控制系統(tǒng)在抗干擾方面使用的一些措施。然而，在實(shí)際使用中，仍然有可能出現(xiàn)各種意想不到的

43、干擾，這需要以后通過大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，積累技術(shù)不斷改進(jìn)，使抗干擾能力不僅僅滿足系統(tǒng)的技術(shù)要求，也能達(dá)到系統(tǒng)環(huán)境的要求，特別是電磁環(huán)境，以達(dá)到更穩(wěn)定、可靠地目的。3.2 PLC的軟件設(shè)計(jì)3.2.1 操作方式的選擇整個(gè)流程圖如圖3.4所示。在系統(tǒng)開始工作前需要先檢查PLC是否有故障，如果有則需要選擇手動(dòng)操作方式；如果沒有則進(jìn)入下一步，檢查設(shè)備是否存在故障，如果有則同樣需要選擇手動(dòng)操作方式，如果沒有則可以繼續(xù)對任意一種操作方式進(jìn)行選擇。當(dāng)選擇自動(dòng)操作時(shí)且條件滿足則系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)工作方式，若不滿足則切換選擇手動(dòng)操作方式。半自動(dòng)操作方式與自動(dòng)方式選擇相似。圖3.4 操作方式選擇3.2.2 水泵及管路的自動(dòng)輪

44、換工作本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為每臺水泵配備兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，其中一個(gè)存放運(yùn)行時(shí)間，而另一個(gè)存放運(yùn)行次數(shù)。每次開始排水工作時(shí)會(huì)自動(dòng)選擇處于空閑狀態(tài)的運(yùn)行時(shí)間最少的正常水泵，若此條件相同，則會(huì)選擇運(yùn)行次數(shù)最少的。每次排水工作結(jié)束，自動(dòng)累計(jì)水泵的工作時(shí)間和次數(shù)。為了避免數(shù)據(jù)寄存器存放過多數(shù)據(jù)導(dǎo)致溢出，每當(dāng)某臺水泵的運(yùn)行時(shí)間達(dá)到最長時(shí)，所有水泵的寄存器存放的運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)都自動(dòng)減去它們之中最少的運(yùn)行時(shí)間。每當(dāng)某臺水泵的運(yùn)行次數(shù)達(dá)到最多時(shí)，所有水泵的寄存器存放的運(yùn)行次數(shù)數(shù)據(jù)都自動(dòng)減去它們之中最少的運(yùn)行次數(shù)。當(dāng)運(yùn)行的過程中，某臺水泵發(fā)生故障則會(huì)自動(dòng)停止工作，且會(huì)退出自動(dòng)輪換工作制，同時(shí)按照設(shè)定的系統(tǒng)工作原理來啟動(dòng)其它

45、水泵工作。排水管路的自動(dòng)輪換工作機(jī)制與排水泵相似。將五臺水泵依次編號為1#，2#，3#，4#，5#。五臺水泵的運(yùn)行時(shí)間和次數(shù)均按順序保存在寄存器D230D239中，將1#泵的運(yùn)行時(shí)間存放在D230中，運(yùn)行次數(shù)存放在D231中，依次類推。在記錄運(yùn)行時(shí)間上，采用輔助繼電器M8014，其振蕩周期為一分鐘，并分別用C1，C2，C3，C4，C5記錄下五臺水泵運(yùn)行時(shí)它的振蕩次數(shù)，即運(yùn)行時(shí)間，并把它們的設(shè)定值設(shè)成最大值32767。每當(dāng)啟動(dòng)某一臺水泵時(shí)，它所對應(yīng)的計(jì)數(shù)器就會(huì)開始計(jì)數(shù)即記錄下運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)這臺水泵停止運(yùn)行時(shí)，則相應(yīng)的計(jì)數(shù)器就會(huì)停止計(jì)數(shù)，并把目前的計(jì)數(shù)值累加到它對應(yīng)的運(yùn)行時(shí)間寄存器中，然后這臺水泵對

46、應(yīng)的運(yùn)行次數(shù)寄存器計(jì)數(shù)加1，最后計(jì)數(shù)器清零。例如，當(dāng)啟動(dòng)1#泵時(shí)C l就會(huì)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)1# 泵停止運(yùn)行時(shí)，則C1就停止計(jì)數(shù)并把目前C1里的計(jì)數(shù)值累加到運(yùn)行時(shí)間寄存器D230中，然后運(yùn)行次數(shù)寄存器D231的值加1，最后C1計(jì)數(shù)器清零。根據(jù)預(yù)設(shè)的工作機(jī)制，使用M1，M2，M3，M4，M5五個(gè)輔助繼電器作為PLC內(nèi)部啟動(dòng)五臺水泵的開關(guān)，當(dāng)某個(gè)繼電器接通時(shí)，它所對應(yīng)的水泵就會(huì)啟動(dòng)，此時(shí)計(jì)數(shù)器會(huì)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)這個(gè)繼電器斷開時(shí)，它對應(yīng)的水泵就會(huì)停止運(yùn)行，此時(shí)計(jì)數(shù)器會(huì)停止計(jì)數(shù)。當(dāng)每次排水工作結(jié)束后，已經(jīng)啟動(dòng)保持運(yùn)行的水泵依次隔30秒停止運(yùn)行。當(dāng)工作中的水泵全部停止運(yùn)行時(shí)，按順序比較它們的運(yùn)行時(shí)間和次數(shù)，并將它

47、們中最少的運(yùn)行時(shí)間和次數(shù)分別存放在D40，D41中，之后再分別用它們的運(yùn)行時(shí)間寄存器和運(yùn)行次數(shù)寄存器減去D40、D41。D221-D225中存放按從少到多的無故障運(yùn)行時(shí)間順序排列的水泵編號，如果時(shí)間相同，則按運(yùn)行次數(shù)排序，次數(shù)少的在前面。D220中存放沒有發(fā)生故障的水泵數(shù)目，其中每增加一臺故障水泵，則D220計(jì)數(shù)減一。使用繼電器M11-M15作為每臺水泵的故障發(fā)生標(biāo)識，發(fā)生故障的水泵就會(huì)接通對應(yīng)的繼電器，最后在D60中存放啟動(dòng)的水泵數(shù)目。圖3.5 單臺泵啟動(dòng)流程圖圖3.6 單臺泵停止流程圖圖3.7 五臺泵停止流程圖圖3.7注釋：查找最少的運(yùn)行時(shí)間并存放在D40中查找最少的運(yùn)行次數(shù)并存放在D41

48、中減去最少運(yùn)行時(shí)間D40和最少運(yùn)行次數(shù)D41泵的編號存放在V5中，已排列的泵的數(shù)目存放在D42中查找無故障且沒有被排列的泵的編號，V6累加被排列泵的數(shù)目V7為運(yùn)行時(shí)間變址寄存器，D43用來檢驗(yàn)是否新一輪參與比較的第一個(gè)運(yùn)行時(shí)間比較結(jié)果中較小的運(yùn)行時(shí)間存放在D50中比較運(yùn)行次數(shù)，V3是參與比較的前一個(gè)運(yùn)行次數(shù)寄存器的變址，V4是最后一個(gè)的變址判斷被排列出的泵的數(shù)目和無故障泵的數(shù)目是否相等3.2.3 水泵啟動(dòng)過程的程序?qū)崿F(xiàn)五臺水泵均有各自的PLC程序分別控制它們的啟停，它們各自互相獨(dú)立。五臺水泵的閥門開關(guān)端口分配見表3.1。表3.1 閥門開關(guān)的端口分配表五臺水泵雖然各自獨(dú)立，但啟動(dòng)的過程都是相同的

49、，下面就以1#泵的啟動(dòng)流程為例進(jìn)行說明，見圖3.8。圖3.8 1#水泵啟動(dòng)流程圖I/O地址分配如表3.2所示。表3.2 I/O地址分配表輸入功能輸出功能I0.0水倉水位高Q0.0一號水泵啟動(dòng)/停止I0.1水倉水位低Q0.1二號水泵啟動(dòng)/停止I0.2一號泵出水口壓力Q0.2三號水泵啟動(dòng)/停止I0.3二號泵出水口壓力Q0.3四號水泵啟動(dòng)/停止I0.4三號泵出水口壓力Q0.4五號水泵啟動(dòng)/停止I0.5四號泵出水口壓力Q0.5一號泵出水口壓力高報(bào)警I0.6五號泵出水口壓力Q0.6二號泵出水口壓力高報(bào)警I0.7一號泵水泵軸承溫度Q0.7三號泵出水口壓力高報(bào)警I1.0二號泵水泵軸承溫度Q1.0四號泵出水口

50、壓力高報(bào)警I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7I3.0I3.1I3.2M0.0M0.1M1.0M1.1M2.0M2.1M2.2三號泵水泵軸承溫度四號泵水泵軸承溫度五號泵水泵軸承溫度一號泵電機(jī)溫度二號泵電機(jī)溫度三號泵電機(jī)溫度四號泵電機(jī)溫度五號泵電機(jī)溫度一號電機(jī)電流二號電機(jī)電流三號電機(jī)電流四號電機(jī)電流五號電機(jī)電流一號電機(jī)電壓二號電機(jī)電壓三號電機(jī)電壓四號電機(jī)電壓五號電機(jī)電壓啟動(dòng)T1標(biāo)志水泵接通脈沖標(biāo)志啟動(dòng)T2標(biāo)志水泵切除脈沖標(biāo)志水泵接通寄存器1水泵接通寄存器2水泵接通寄存器3Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q

51、1.6Q1.7Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7Q3.0Q3.1Q3.2Q3.3Q3.4Q3.5五號泵出水口壓力高報(bào)警一號泵軸承溫度高報(bào)警二號泵軸承溫度高報(bào)警三號泵軸承溫度高報(bào)警四號泵軸承溫度高報(bào)警五號泵軸承溫度高報(bào)警一號泵電機(jī)溫度高報(bào)警二號泵電機(jī)溫度高報(bào)警三號泵電機(jī)溫度高報(bào)警四號泵電機(jī)溫度高報(bào)警五號泵電機(jī)溫度高報(bào)警一號電機(jī)電流大二號電機(jī)電流大三號電機(jī)電流大四號電機(jī)電流大五號電機(jī)電流大一號電機(jī)電壓高二號電機(jī)電壓高三號電機(jī)電壓高四號電機(jī)電壓高五號電機(jī)電壓高續(xù)表3.2M2.3 水泵接通寄存器4M2.4 水泵接通寄存器5M2.5 水泵接通寄存器6M2.6 水泵切除寄存器

52、1M2.7 水泵切除寄存器2M3.0 水泵切除寄存器3M3.1 水泵切除寄存器4主控制程序梯形圖：水泵開啟與停止的程序如下：Network 1:檢測水位的變化Network 2:水位高判定Network 3:水位低判定Network 4:水位低啟動(dòng)水泵接通標(biāo)志Network 5:水泵接通標(biāo)志Network 6:啟動(dòng)T1接通延時(shí)Network 7:水位高卸載Network 8:水泵切除標(biāo)志Network 9:啟動(dòng)T2切除延時(shí)Network 10:水泵接通寄存器1Network 11:水泵接通寄存器2Network 12:水泵接通寄存器3Network 13:水泵接通寄存器4Network 14:

53、水泵接通寄存器5Network 15:水泵接通寄存器6Network 16:水泵切除寄存器3Network 17:水泵切除寄存器4Network 18:水泵切除寄存器1Network 19:水泵切除寄存器2Network 20:1號水泵控制Network 21:2號水泵控制Network 22:3號水泵控制故障報(bào)警程序如下：Network 1:電機(jī)機(jī)身溫度小于80Network 2Network 3:軸承溫度小于90Network 4Network 5:出水口壓力小于0.1MPaNetwork 6Network 7:電流小于150ANetwork 8Network 9:電壓低于1400VNet

54、work 103.3 監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)一個(gè)便于用戶操作的人機(jī)界面，它是自動(dòng)化控制中用戶與系統(tǒng)進(jìn)行交互和信息交換的一個(gè)媒介。本文采用iFIX組態(tài)監(jiān)控軟件，它包含了大量圖形化工具，具有實(shí)時(shí)過程監(jiān)視與監(jiān)督控制、報(bào)警管理、歷史趨勢、統(tǒng)計(jì)過程控制等功能，擁有基于用戶的安全系統(tǒng)，方便的系統(tǒng)擴(kuò)展等強(qiáng)大的擴(kuò)展能力。圖3.9 監(jiān)控主畫面此控制系統(tǒng)監(jiān)控保護(hù)功能主要包括過壓、過流、漏電保護(hù)以及水泵漏水、水泵軸承超溫、電機(jī)超溫保護(hù)。在程序中，每個(gè)物理量所對應(yīng)的傳感器信號都會(huì)通過通信傳輸?shù)絇LC中，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過相應(yīng)的抗干擾處理以后，可以得出相對更加真實(shí)的數(shù)據(jù)，然后依據(jù)控制系統(tǒng)中的運(yùn)行邏輯以及真實(shí)情況，將

55、這些數(shù)據(jù)與PLC內(nèi)部相應(yīng)的物理量的正常設(shè)定值來比較得出結(jié)果。如果結(jié)果符合正常值的要求，說明一切正常，系統(tǒng)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，反之，則需要啟動(dòng)報(bào)警程序，并且根據(jù)故障的不同和故障嚴(yán)重程度不同分別采取不同的保護(hù)方案。另外，還有邏輯錯(cuò)誤故障保護(hù)。在設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，控制系統(tǒng)的各個(gè)輸入、輸出信號、中間記憶裝置等互相存在確定的邏輯關(guān)系。一旦發(fā)生設(shè)備故障，就會(huì)出現(xiàn)異常的邏輯關(guān)系。因此，一旦發(fā)現(xiàn)預(yù)加入的異常邏輯關(guān)系程序被執(zhí)行，就可立即得知對應(yīng)的設(shè)備故障，操作員可以據(jù)此方便的采取報(bào)警、停機(jī)等保護(hù)措施。除此主設(shè)備監(jiān)控畫面之外，還另有一個(gè)故障監(jiān)控畫面。當(dāng)有故障發(fā)生，故障畫面就會(huì)立即彈出，用以提示監(jiān)控人員并方便其查看操作。不同的故障在監(jiān)控畫面上都有它所對應(yīng)的區(qū)域，當(dāng)有紅光閃爍時(shí)，則是發(fā)生故障并報(bào)警，若是靜態(tài)綠光顯示，則說明無故障發(fā)生，設(shè)備正常運(yùn)行。監(jiān)控畫面形象易懂，工作人員可以方便的進(jìn)行監(jiān)