基于PLC的中央泵房自動控制

1、基于PLC的中央泵房自動控制摘 要本文采用西門子S7200系列工業(yè)級PLC及先進的過程控制軟件對礦井水泵房設備運行實施實時監(jiān)控，自動、手動控制水泵的啟停及閘閥的開、關，并具有自診斷功能，可實現(xiàn)水泵房的無人值守?？刂葡到y(tǒng)通過以太網(wǎng)接入礦井工業(yè)以太網(wǎng)，實現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦井的監(jiān)控系統(tǒng)信息共享，滿足礦井自動化控制的要求。綜合考慮礦井各種安全信息，實現(xiàn)井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的最優(yōu)控制策略；井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的報警，信息顯示，報表統(tǒng)計處理全部融入整個礦井監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。從而實現(xiàn)中央水泵房的自動控制功能。本文重點討論了中央水泵房的自動控制設計過程、通信、模擬仿真等問題。關鍵字：PLC，MCGS，工業(yè)以太網(wǎng)

2、ABSTRACTThis thesis utilizes concentrating controller, and the mine water pump room equipment operation implement real-time monitoring. Automatic and manual control pumps start and stop, and the control gate on or off. This system has since diagnosis function and can realize the water pump room to b

3、e unattended. The control system through the Ethernet accesses mine industry esthetic dry nets, to realize the supervisory control subsystem of the mine water pump and the monitoring system of information sharing to meet the requirements of mine automatic control. Focus on the S7200 series industria

4、l controller Siemens PLC and advanced process control software, considering the various safety information, realizing mine underground drainage monitoring system of the optimal control strategy; Underground drainage of the monitor system, according to the police, information statement statistics to

5、handle all embracing all of mine monitoring system of the data system. So as to realize the central water pump room automatic control function.This thesis is mainly about the automatic control design in the central water pump room of the process, communication, simulation, etc. KEY WORDS: PLC, MCGS,

6、 Industrial Ethernet前 言井下排水是伴隨著采礦工程產(chǎn)生的一項系統(tǒng)工程，擔負著井下積水排除的重要任務。目前礦井主排水系統(tǒng)仍多采用傳統(tǒng)的繼電器控制方法，這種檢測控制方法效率低，工人勞動強度大，且由于井下環(huán)境惡劣，故障率較高。所以靠人工檢測的方法已不適應煤炭發(fā)展的需要，取而代之的是自動化排水系統(tǒng)。隨著控制理論和現(xiàn)代檢測技術的發(fā)展，自動排水系統(tǒng)的研究在理論和實踐上都取得了一定進步。本文分析這種排水系統(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)。礦井中央泵房無人值守自動化系統(tǒng)應該具有以下的一些功能和特點：系統(tǒng)應滿足水泵機組起停、故障診斷和數(shù)據(jù)處理上完全

7、自動化，不需要人工干預；達到節(jié)約能源和人力資源的功能，并能長時間連續(xù)穩(wěn)定地工作。目前，PLC在國內(nèi)外工業(yè)控制中已獲得廣泛應用，在礦井排水系統(tǒng)中，采用PLC自動監(jiān)測排水系統(tǒng)的運行狀況，自動進行數(shù)據(jù)采集、自動記錄、故障報警、事故分析、多臺水泵啟動的自動切換等，所得到的動態(tài)資料準確性高，控制的可靠性高。本文主要集中在中央水泵房的自動控制上，使水泵能夠自動運行，并通過以太網(wǎng)把各種信息上傳到地面的上位機上，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控。本設計利用MCGS組態(tài)軟件模擬出運行的畫面和過程。第1章 井下中央水泵房存在的問題目前，我國大多煤礦企業(yè)的井下水泵房使用的仍然是傳統(tǒng)的人工操作排水系統(tǒng)，以離心式水泵系統(tǒng)為主。這種排水

8、系統(tǒng)的操作以離心式水泵的工作特性為基礎，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。當水倉水位到達設定的高水位時，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)。真空度達到要求后，起動水泵機組，使水泵運轉。當水泵出水口壓力表讀數(shù)達到要求時，開起閘閥進行排水，同時關閉抽真空的射流泵(或真空泵)。 停泵過程要進行相反的操作。當水倉積水降至低水位時，先將閘閥關死，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：1、效率低、可靠性差。這種排水系統(tǒng)的工作流程完全由手

9、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)過程比較復雜，要求工人具有很強的責任心，否則可能出現(xiàn)誤操作，甚至發(fā)生大的事故。2、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。第2章 中央水泵房系統(tǒng)的特點2.1 安全可靠性本系統(tǒng)采用高可靠性的多線制開關量接口“星型”結構模式。所謂多線制結構模式就是控制核心PLC與被控設備采用多線制的開關量接口作為控制及反饋的接口，因為開關量本身具有不受周圍環(huán)境干擾的特點，同時這種結構本身是一種“星型結構”，所以

10、某一故障點不會影響其它環(huán)節(jié)的工作，也就是說整個系統(tǒng)具有極高的可靠性1。系統(tǒng)結構見下圖：圖2-1 多線制開關量接口“星型”結構模式這種結構形式具有如下特點：1、自動模式下由PLC通過開關量輸出模塊控制被控設備，當系統(tǒng)轉為手動模式，或者PLC故障、PLC失電等特殊情況下，系統(tǒng)自動轉為手動模式，可以通過操作就地控制柜上的按鈕以繼電控制的方式進行手動操作，而不是通過PLC或數(shù)據(jù)口通訊的方式控制被控設備。如下圖所示： 圖2-2 手動和自動模式轉換2、系統(tǒng)具有高可靠性。因為開關量本身具有不受周圍環(huán)境干擾的特點，同時這種結構本身是一種“星型結構”，所以某一故障點不會影響其它環(huán)節(jié)的工作，也就是說整個系統(tǒng)具有極

11、高的可靠性。3、手動操作方式為集中操作。對于某一臺泵而言，其手動操作完全可以通過在水泵附近的就地操作柜進行全部的手動操作，例如真空泵操作、排氣閥操作、排水泵操作、主排水電動閥操作等等，不用到這些被控設備附近進行操作。4、主排水泵運行電量的采集靈活。主排水泵運行電量的采集即可以通過電磁啟動器的微機綜保的智能數(shù)據(jù)接口采集，也可以通過多線制方式直接采集二次側的電流、電壓輸出，第二種采集方式特別適合于礦井電力自動化占用微機綜保的智能數(shù)據(jù)接口情況下的電量采集。5、系統(tǒng)布線較復雜。由于系統(tǒng)采用了多線制星型的結構，所以必然造成布線較多、較復雜的缺點，但也正因如此，為系統(tǒng)的可靠運行提供了保證2。2.2 先進性

12、和適用性由于采用了光纖環(huán)網(wǎng)通訊技術取代了原來的總線傳輸技術使得數(shù)據(jù)傳輸更加快捷、可靠。并且采用了MCGS組態(tài)軟件控制技術取代了VC.net編程技術，不僅使可靠性大為提高而且使程序更加具有通用性，也使系統(tǒng)的二次開發(fā)及擴容變得更加規(guī)范、容易。對于多級提升的礦井排水系統(tǒng)可以通過安裝多級自動化排水設備做到由地面調(diào)度中心根據(jù)各級泵房水倉容量及液位統(tǒng)籌調(diào)度，實現(xiàn)高效、經(jīng)濟地運行。同時在發(fā)生透水事故時可以做到統(tǒng)一動作、統(tǒng)一指揮。本系統(tǒng)遵循礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)標準子系統(tǒng)接口規(guī)范使得該系統(tǒng)可以非常容易地并入礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，與其它子系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。水泵前軸預裝溫度、振動一體化傳感器，即保證的測試精度，同時又為

13、設備維護創(chuàng)造了方便的條件。PLC控制程序采用模塊化結構，系統(tǒng)可按程序模塊分段調(diào)試，分段運行。該程序結構具有清晰、簡捷、易懂，便于模擬調(diào)試，運行速度快等特點；并可利用PLC控制柜上的觸摸屏，可實現(xiàn)界面切換、系統(tǒng)巡查、故障復位、控制方式轉換等功能。2.3 經(jīng)濟性由于本系統(tǒng)是按照無人值守的原則進行設計，所以現(xiàn)場無需人員進行值守，這樣就節(jié)省了大量的人力資源。引入百米噸水電耗的概念，將實時百米噸水電耗參數(shù)顯示在監(jiān)控主界面，同時，用戶可以對百米噸水電耗變化曲線進行查詢。將電價的避峰填谷原則引入水泵啟動算法中，使得水泵耗能處于最經(jīng)濟的狀態(tài)。通過對水倉水位的啟動水位、報警水位、超限水位、停機水位的設定，在保障

14、水倉水位絕對安全的前提下，使水泵的啟動次數(shù)及達到了最少。水位信號是水泵自動化一個非常重要的參數(shù)，自動化控制系統(tǒng)設置了兩套水位傳感器，模擬量的超聲波水位儀和開關量浮球式液位開關，兩套傳感器均設于水倉的配水井內(nèi)，同時并聯(lián)工作，保證系統(tǒng)可靠運行3。第3章 中央水泵房功能及數(shù)據(jù)采集3.1 系統(tǒng)功能3.1.1 地面監(jiān)控機的主要功能1、實時記錄、顯示現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)。2、實時與采區(qū)PLC數(shù)據(jù)通信，采集現(xiàn)場的檢測參數(shù)。3、實時監(jiān)測采區(qū)開關的閉合狀態(tài)。4、在遠程控制允許的方式下，實現(xiàn)對各水泵的啟停運行控制。5、具有采區(qū)水泵的工藝畫面的動態(tài)模擬。6、對井下設備的啟?？刂茖崟r記錄，便于對設備的操作查詢管理。7、具有操

15、作人員的登錄管理功能，有效防止非法操作、誤操作。8、具有實時動作狀態(tài)變化報警提示。9、可以查詢設備實時運行數(shù)據(jù)及歷史運行數(shù)據(jù)。3.1.2 采區(qū)控制站完成的功能1、實時采集水泵的出水口壓力，并根據(jù)此值作為保護電機的一項參數(shù)。2、實時采集水泵進水口的真空度，在啟動電機時作為啟動的依據(jù)。3、對井下泵房的排水泵、抽真空系統(tǒng)和電動閥門的自動監(jiān)控。4、實時采集開關的電壓、電流運行參數(shù)以及故障保護信號。5、實時采集兩水倉水位，在自動運行方式時，根據(jù)水倉水位的液位控制電機的自動運行4。6、實時采集出水母管的管網(wǎng)壓力和出水總流量。7、實時采集水泵電機溫度，作為電機是否運行正常的依據(jù)。8、就地控制箱安裝工業(yè)以太網(wǎng)

16、模塊通過礦井千兆工業(yè)以太網(wǎng)將運行數(shù)據(jù)傳到地面監(jiān)控機。9、通過就地控制箱，就地控制系統(tǒng)運行。3.1.3 自動輪換工作為了防止電氣設備長期不用而使電機和電氣設備受潮或銹死，在工作泵出現(xiàn)緊急故障需投入備用泵時，而不能及時投入以至影響礦井安全， 系統(tǒng)程序設計了自動輪換工作控制：當水位大于超限水位時，同時開啟五臺水泵；當水位大于報警水位時則同時開啟兩臺水泵；當水位大于啟動水位時開啟一臺水泵，當水位小于停止水位時則關閉所有水泵。從而延長其使用壽命，保證煤礦的安全生產(chǎn)。3.1.4 自動控制水泵內(nèi)部只有達到一定的真空度，使其葉輪完全淹沒于水中，才能實現(xiàn)正常的排水。若真空度不夠，泵內(nèi)有空氣存在，將會造成不上水和

17、轉動部件燒壞等故障。系統(tǒng)一般采用真空泵抽真空，由真空表監(jiān)測真空度，正常運行情況下，有出口壓力、流量和真空度三個參數(shù)判斷水泵運行是否正常。3.1.5 動態(tài)顯示就地動態(tài)模擬顯示選用操作屏，地面操作站系統(tǒng)動態(tài)模擬顯示采用組態(tài)王組態(tài)軟件開發(fā)，系統(tǒng)通過圖形動態(tài)顯示水泵、真空泵、電磁閥和電動閘閥的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警，直觀地顯示電磁閥和電動閘閥的開閉位置，實時顯示水泵抽真空情況和出水口壓力值。用實時趨勢圖方式和數(shù)字形式準確實時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預告信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警，用事先錄制的語音提示形式提醒操作人員注意。采用圖形、趨勢圖和數(shù)字

18、形式直觀地顯示趟管路的瞬時流量及累計流量、水泵軸溫、電機溫度等動態(tài)值，超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)據(jù)，并通過每臺水泵的流量計算出水泵的有效功率，以提醒巡檢人員及時檢修或更換水泵.3.2 數(shù)據(jù)采集與檢測數(shù)據(jù)采集主要由PLC實現(xiàn)，PLC通過超聲波水位計連續(xù)檢測汲水小井水位，將水位變化信號進行轉換處理，計算出單位時間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，自動投入或退出水泵。電機電流、水泵軸溫、電機溫度、排水管流量等傳感器，主要用于監(jiān)測水泵、電機的運行狀況，溫度超限報警。PLC采集各種系統(tǒng)中各個設備狀態(tài)的開關量信號進行處理，控制每個水泵系統(tǒng)的啟停。3.2.1 傳感器及執(zhí)行機構安

19、裝位置1、在每個水泵出水管路安裝壓力傳感器。2、每臺水泵安裝一個貼片式磁鋼溫度傳感器，檢測水泵回水溫度。3、每個水泵配套的排真空裝置的閥門應安裝自動、手動電動球閥。4、在水泵的吸水管安裝一個真空度傳感器。5、在集水井安裝一個投入式液位傳感器，作為控制水泵啟動的主要數(shù)據(jù)6、閘閥配置為即可電動又可手動電動閘門。7、在水倉安裝浮球式液位開關，作為系統(tǒng)的備用控制數(shù)據(jù)。8、在兩個總出水管分別安裝壓力傳感器及流量計3.2.2 水位信號水池水位信號是系統(tǒng)工作的主要控制信號，PLC要根據(jù)水位變化情況來控制水泵的運行情況，并在觸摸屏上進行動態(tài)顯示，能夠直觀地觀察到水位的高低情況，便于管理人員及時了解水位情況，當

20、高水位時發(fā)出聲光報警信號。為保證水池水位信號的準確采集，系統(tǒng)配置了兩套水位檢測方式：一種就是正常運行時采用的模擬量輸出的投入式液位傳感器，另一種就是備用的開關量輸出的浮球式液位傳感器。兩種水位檢測方式可以人為地進行切換。3.2.3 真空狀態(tài)檢測根據(jù)水泵工作要求，要控制水泵啟動必須是在真空度達到設定值時才允許啟動，所以啟動過程中，對真空度的檢測要適時、準確，并可以動態(tài)顯示。根據(jù)以往的工程實踐證明，真空狀態(tài)的檢測是水泵控制系統(tǒng)的重點，為保證準確地檢測，除在每臺水泵吸水口上安裝真空度傳感器以外，還要在真空泵的出水口安裝流量開關，通過檢測真空泵出水口是否有水流對真空度進行確認。3.2.4 電量參數(shù)的采

21、集通過對每臺水泵電機的三相電壓、三相電流信號的采集，能夠準確地判斷系統(tǒng)運行的狀態(tài)，特別是決大多數(shù)故障在早期均體現(xiàn)在電機電流的變化上。所以通過準確地檢測電機的工作狀態(tài)，可以及時地甚至提前對故障進行預警。以便于維護人員提前發(fā)現(xiàn)故障。3.2.5 系統(tǒng)參數(shù)的采集系統(tǒng)參數(shù)包括兩個主排水管的累積流量及瞬時流量、每臺泵的運行時間、各種閥門的狀態(tài)等。這些參數(shù)不僅是水泵啟、停的必要依據(jù)，同時也是對系統(tǒng)進行統(tǒng)計、查詢的重要依據(jù)。第4章 中央泵房系統(tǒng)總體設計4.1 系統(tǒng)工作原理及工作方式泵房水泵啟動開關的電量參數(shù)由PLC配以各種開關量、模擬量的輸入輸出模塊以及以太網(wǎng)通訊模塊共同完成。PLC自動巡檢，通過擴展工業(yè)以太

22、網(wǎng)模塊及井下以太網(wǎng)交換機及光纖收發(fā)器傳給地面調(diào)度中心。全自動運行時，系統(tǒng)的井下下位機PLC實時采集水倉水位和浮球狀態(tài)，并根據(jù)水倉水位情況和浮球的狀態(tài)，按照各臺水泵的運行時間長短啟動相應水泵的運行或停機。不需要人工參與。下位機在正常運行過程中，可以脫離上位機的通訊仍能正常運行。就地手動工作方式時，根據(jù)水倉水位或浮球狀態(tài)，就地通過現(xiàn)場手動控制柜手動控制水泵的啟停。遠程手動工作時,由授權值班工作人員通過上位計算機控制水泵的啟動和停止；系統(tǒng)在正常運行過程中，不論何種工作方式，均可實時將現(xiàn)場的各種參數(shù)、設備狀態(tài)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳到地面調(diào)度室。圖4-1水泵自動化控制程序系統(tǒng)圖4.2基于PLC的礦井主排水控制

23、系統(tǒng)設計系統(tǒng)由PLC（可編程邏輯控制器）、觸摸屏、檢測部分（模擬量和開關量采集）和執(zhí)行部分等組成，其硬件結構如圖4-2所示。圖4-2排水控制系統(tǒng)硬件結構圖PLC（ Programmable Logic Controller） ，即可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC的主要特點： 1)靈活、通用 在繼電器制系統(tǒng)中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個系統(tǒng)是根據(jù)設計好的電氣控制圖，由人

24、工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費時費力。如果因為工藝上少許變化，需要改變電氣控制系統(tǒng)時，原先整個電氣控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進行布線、焊接、固定等工作，耗費大量人力、物力、和時間。而PLC是通過在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。而且，同一臺PLC還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實現(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，結構形式多樣化，可以適用于各種不同規(guī)模、不同工業(yè)控制要求。2)可靠性高、抗干擾能力強可靠性是工業(yè)控制器件的重要指標。因此，要求在各種惡劣工作環(huán)境和條件(如電磁干擾、灰塵等)下可靠工作，將故障

25、率降至最低。PLC具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應惡劣工業(yè)環(huán)境而設計的計算機”。3)編程簡單、使用方便 PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形圖語言編程方式，它既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到電氣技術人員的讀圖習慣和應用實際，電氣技術人員易于編程，程序修改靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與匯編語言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)機電控制設備來說，PLC的控制速度還是足夠快的。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現(xiàn)場的用戶設

26、備聯(lián)接。如繼電器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接，具有較強的驅(qū)動能力。 4)接線簡單 PLC只需將輸入設備(如按鈕、開關等)與輸入端子聯(lián)接，將輸出設備(如接觸器、電磁閥等)與輸出端子聯(lián)接。接線極其簡單、工作量極少。 5)功能強 PLC不僅具有條件控制、定時、計數(shù)、步進等控制功能，而且還能完成A/D. D/A轉換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。因此，PLC既可對開關量進行控制，又可對模擬量進行控制。可控制一臺單機、一條生產(chǎn)線，也可控制一個機群、多條生產(chǎn)線?？捎糜诂F(xiàn)場控制，也可用于遠距離控制?？煽刂坪唵蜗到y(tǒng)，又可控制復雜系統(tǒng)。 6)體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化 PLC具有體積小、重量

27、輕、功耗低等特點。由于PLC是專為工業(yè)控制而設計的專用計算機，其結構緊湊、堅固耐用，以及有很強的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機械設備內(nèi)部。因此，PLC在機電一體化產(chǎn)品中被廣泛應用。4.3 系統(tǒng)配置4.3.1 軟件配置主監(jiān)控系統(tǒng)操作系統(tǒng)軟件為Windows XP Professional，編程軟件采用西門子公司的STEP7 V5.3SP3，組態(tài)軟件采用MCGS。4.3.2 設備清單ZP-30礦用自動排水控制裝置設備清單名稱規(guī)格數(shù)量生產(chǎn)廠家集中操作臺KXJ1-200/660-3C1廣州市昌寧機電設備有限公司集中控制柜KXJ1-200/660-33就地控制柜KXJ1-200/660-3L7電源柜KD

28、W6601北京鼎天數(shù)碼本安接線盒KHH 系列4常熟市練塘膠木塑料配件廠傳感器真空度傳感器GYD-16上海鼎鑫儀器儀表有限公司壓力傳感器GYD-108投入式液位傳感器GUY10 量程6.5m2上海坤嘉自動化科技有限公司超聲波流量傳感器LCZ-8032唐山匯中大方浮球開關ZQK-600-3K2大連瑪赫顯示儀表耐震真空度表YN-60(0-1.6MPa)6無錫市特種壓力表有限公司耐震壓力表YN-608無錫市特種壓力表有限公司閥門電動球閥DFH25/7 DN2019淄博德貝爾礦山設備有限公司手動球閥Q11FP-16C，DN2015天津塘沽閥門廠電動閘閥Z941H-40C DN3006常州貝斯特異徑外接頭

29、DN50*201廣州市昌寧機電設備有限公司軟件人機界面軟件1PLC控制軟件1上位機組態(tài)軟件WINCC1西門子上位機組態(tài)應用軟件1廣州市昌寧機電設備有限公司監(jiān)控中心光口工業(yè)換機KIEN-20001東土科技工控機IPC-610H1研華科技不銹鋼水箱400*600*6002廣州市昌寧機電設備有限公司真空泵SZB-42博山超亞第5章 以太網(wǎng)通信設置如果要將S7200PLC與以太網(wǎng)網(wǎng)絡連接，則必須在STEP 7-Micro/WIN軟件中配置CP243-1以太網(wǎng)模塊，通過下圖一步步配置。圖5-1 以太網(wǎng)向?qū)P243-1以太網(wǎng)模塊通過RJ45以太網(wǎng)電纜與S7200連接，通過以太網(wǎng)LAN與PC機連接，如下圖

30、所示：圖5-2 CP243-1模塊連接應用5.1 以太網(wǎng)通信程序在STEP 7-Micro/WIN軟件中設置完以太網(wǎng)向?qū)Ш?，則需要編寫以太網(wǎng)通信程序，先進行以太網(wǎng)初始化和控制，然后是以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換，下面通過兩種語言來編寫程序，其原理是相同的。梯形圖更直接的展示出來，如下圖所示：圖5-3 以太網(wǎng)初始化和控制圖5-4 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換STL語言：以太網(wǎng)初始化和控制LD SM0.0CALL ETH2_CTRL:SBR7, V2000.0, VW2002, VW2004以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換LD SM0.5= L60.0LD SM0.5EU= L63.7LD L60.0CALL ETH2_XFR:SBR8, L

31、63.7, Connection2_0:VB460, PeerMessage20_1:VB461, V2000.1, V2000.2, VB20055.2 MCGS與PLC之間的連接MCGS通過上位機中的串行口設備和PLC上的通訊單元（編程口）建立串行通訊連接，從而達到操作PLC設備的目的。PLC的默認設置是只支持RS232通信，所以要使用RS485通信協(xié)議，必須事先用RS232（即PLC的編程口）通信，設置寄存器PLC D8120寄存器8。此次MCGS通過監(jiān)控計算機的RS-232串行口讀取PLC存儲區(qū)的數(shù)據(jù)，與PLC建立連接。MCGS的結構形式使其成為一個“與設備無關”的系統(tǒng)，對于不同的硬件

32、設備，只需定制相應的設備構件，放置到設備窗口中，并設置相關的屬性，系統(tǒng)就可對這一設備進行操作，而不需要對整個系統(tǒng)結構作任何改動。根據(jù)本系統(tǒng)的需求，則需要西門子S7-200_CP243-1以太網(wǎng)設備，通過設備的屬性設置使MCGS與PLC連接。如下圖所示：圖5-5 MCGS與PLC之間連接的設置第6章 中央水泵房的模擬仿真在整個水泵系統(tǒng)就地控制箱上的指示燈信號有：高壓柜合閘、高壓柜短接電抗器、電動閥開到位、電動閥關到位、電動閥過轉矩、真空度。由PLC柜上的觸摸屏和上位計算機組成的網(wǎng)絡監(jiān)控，觸摸屏安裝的是嵌入版的MCGS組態(tài)軟件，上位計算機安裝的是網(wǎng)絡版的MCGS組態(tài)軟件，兩種組態(tài)軟件的監(jiān)視畫面基本

33、相同。在組態(tài)軟件的監(jiān)視畫面上，詳細地顯示了PLC控制系統(tǒng)各種工作狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)，使工作人員可以很方便地了解整個中原水泵系統(tǒng)的工作情況。本設計采用的組態(tài)軟件為北京昆侖通泰自動化軟件科技有限公司研發(fā)的MCGS，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。通過與其他相關的硬件設備結合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設備。MCGS是能夠在Microsoft各種32位Windows平臺上運行的開發(fā)工具，MCGS的體系結構由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略5部分組成，如圖5-1所示。運行時，MCGS通過對現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的采集、處理，并以動畫顯示、流程控制

34、、報警處理和報表輸出等方式，防爆值班人員進行現(xiàn)場操作。MCGS嵌入版組態(tài)軟件專門應用于嵌入式操作系統(tǒng)，它適應于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。6.1 用戶窗口組態(tài)在用戶窗口中，通過對多個圖形對象的組態(tài)設置，建立相應的動畫連接，用清晰生動的畫面反映工業(yè)控制過程。用戶窗口是由用戶來定義的、用來構成MCGS嵌入版圖形界面的窗口。用戶窗口是組成MCGS嵌入版圖形界面的基本單位，所有的圖形界面都是由一個或多個用戶窗口組合而成的，它的顯示和關閉由各種功能構件(包括動畫構件和策略構件)來控制9。用戶窗口相當于一個“容器”，用來放置圖元、圖符和動畫構件等各種圖形對

35、象，通過對圖形對象的組態(tài)設置，建立與實時數(shù)據(jù)庫的連接，來完成圖形界面的設計工作。如下圖所示：圖6-1 用戶窗口圖6-2是在模擬仿真中的總泵房監(jiān)視畫面，在畫面上可以觀察到每個泵房的啟停、水流狀態(tài)、各個閥門的啟停以及實時參數(shù)，從而實時的監(jiān)控水泵的運行。更加準確的控制和監(jiān)視每個水泵，從而確保了礦井排水安全。圖6-2 泵房監(jiān)視畫面圖6-3是水泵監(jiān)視畫面，顯示了系統(tǒng)參數(shù)、電量參數(shù)、水泵參數(shù)以及防爆電磁閥的開關、真空泵的開關、水泵的開關等，其余水泵的監(jiān)視畫面也如圖所示。圖6-3 一號水泵監(jiān)視畫面圖6-4為系統(tǒng)參數(shù)設定畫面，畫面上顯示了運行模式的切換，真空泵的投入與切除，水泵的投入與切除，PLC時鐘同步，液

36、位檢測方式，限制設定等參數(shù)設定。圖6-4系統(tǒng)參數(shù)設定6.2 設備窗口組態(tài)設備窗口是MCGS嵌入版系統(tǒng)的重要組成部分，在設備窗口中建立系統(tǒng)與外部硬件設備的連接關系，使系統(tǒng)能夠從外部設備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對工業(yè)過程的實時監(jiān)控。在MCGS嵌入版中，實現(xiàn)設備驅(qū)動的基本方法是：在設備窗口內(nèi)配置不同類型的設備構件，并根據(jù)外部設備的類型和特征，設置相關的屬性，將設備的操作方法如硬件參數(shù)配置、數(shù)據(jù)轉換、設備調(diào)試等都封裝在構件之中，以對象的形式與外部設備建立數(shù)據(jù)的傳輸通道連接。系統(tǒng)運行過程中，設備構件由設備窗口統(tǒng)一調(diào)度管理。通過通道連接，它既可以向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫提供從外部設備采集到的數(shù)據(jù)，供系統(tǒng)

37、其它部分進行控制運算和流程調(diào)度，又能從從實時數(shù)據(jù)庫查詢控制參數(shù)，實現(xiàn)對設備工作狀態(tài)的實時檢測和過程的自動控制10。該系統(tǒng)在MCGS軟件模擬仿真的過程中，每個參數(shù)是通過模擬量采集出來的，如下圖所示：圖6-5 設備窗口6.3 運行策略組態(tài)所謂“運行策略”，是用戶為實現(xiàn)對系統(tǒng)運行流程自由控制所組態(tài)生成的一系列功能塊的總稱。MCGS嵌入版為用戶提供了進行策略組態(tài)的專用窗口和工具箱。運行策略的建立，使系統(tǒng)能夠按照設定的順序和條件，操作實時數(shù)據(jù)庫，控制用戶窗口的打開、關閉以及設備構件的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)工作過程精確控制及有序調(diào)度管理的目的11。如下圖所示：圖6-6 運行策略窗口在運行策略中，報警語句為：!SetAlmValue(水位,超限水位，80)!SetAlmValue(水位,報警水位，6