水泵自動化畢業(yè)論文重點

1、0目目 錄錄序序 言言 .2 2第第 1 1 章章 水泵控制系統(tǒng)概述水泵控制系統(tǒng)概述 .4 41.11.1 水泵控制系統(tǒng)的組成（框圖及工作原理）水泵控制系統(tǒng)的組成（框圖及工作原理） .4 41.21.2 水泵基本參數(shù)水泵基本參數(shù) .6 61.31.3 技術(shù)要求技術(shù)要求.6 61.3.11.3.1 控制性能和方式控制性能和方式 .7 71.3.21.3.2 數(shù)據(jù)采集、邏輯運算、記錄及顯示、打印數(shù)據(jù)采集、邏輯運算、記錄及顯示、打印.7 71.3.31.3.3 保護功能保護功能.8 81.3.41.3.4 通訊通訊.9 91.3.51.3.5 有足夠的升級冗余有足夠的升級冗余.9 9第第 2 2 章

2、章 PLCPLC 的選型的選型 .10102.12.1 PLCPLC 簡介簡介 .10102.1.12.1.1 PLCPLC 基本概念基本概念.10102.1.22.1.2 PLCPLC 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu).12122.1.32.1.3 PLCPLC 的工作原理的工作原理.14142.1.42.1.4 PLCPLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備系統(tǒng)的其它設(shè)備.15152.1.52.1.5 PLCPLC 的通信聯(lián)網(wǎng)的通信聯(lián)網(wǎng).15152.1.62.1.6 PLCPLC 軟件系統(tǒng)及常用編程語言軟件系統(tǒng)及常用編程語言.16162.22.2 PLCPLC 的選擇的選擇 .17172.2.12.2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計的基

3、本原則控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則.17172.2.22.2.2 S7-300S7-300 的基本性能的基本性能.17172.2.32.2.3 S7-300S7-300 的基本組成的基本組成.18182.2.42.2.4 S7-300S7-300 的通訊的通訊.19192.2.52.2.5 S7-300S7-300 的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu).20201第第 3 3 章章 水泵水泵 PLCPLC 控制設(shè)計控制設(shè)計 .21213.13.1 控制方案設(shè)計控制方案設(shè)計 .21213.1.13.1.1 設(shè)計原則及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計原則及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).21213.1.23.1.2 控制系統(tǒng)改造方案控制系統(tǒng)改造方案.21213

4、.23.2 控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)組成 .23233.2.13.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu).23233.2.23.2.2 地面上位機部分地面上位機部分.26263.2.33.2.3 井下泵房監(jiān)控站部分井下泵房監(jiān)控站部分.26263.2.43.2.4 傳感器部分傳感器部分.27273.33.3 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能 .27273.3.13.3.1 控制功能控制功能.27273.3.23.3.2 顯示及數(shù)據(jù)記錄功能顯示及數(shù)據(jù)記錄功能.29293.53.5 系統(tǒng)技術(shù)性能及特點系統(tǒng)技術(shù)性能及特點.3434第第 4 4 章章 檢測與保護檢測與保護 .35354.14.1 水倉水位檢測水倉水位檢測.35354.2

5、4.2 排水管路流量檢測排水管路流量檢測 .35354.34.3 真空壓力檢測真空壓力檢測 .35354.44.4 水泵壓力檢測水泵壓力檢測 .35354.54.5 保護功能保護功能.36364.64.6 KX15/660KX15/660（380380）DZDZ 礦用電動閥門控制箱礦用電動閥門控制箱 BC-BC-.37374.74.7、電動閘閥、電動閘閥 MZ941H-100DN250MZ941H-100DN250.3737結(jié)束語結(jié)束語.4040參考文獻參考文獻 .3939致謝致謝 .40402序序 言言高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、安全、節(jié)能、省力，減少崗位人員，最終達到降低成本，提高勞動生產(chǎn)率以獲取最大利潤

6、是今后煤炭企業(yè)在競爭中生存的基礎(chǔ)，煤礦要發(fā)展、要生存，必須走安全、高產(chǎn)、高效、實現(xiàn)礦井自動化之路，通過自動化建設(shè)實現(xiàn)減員增效、降低成本，提高勞動生產(chǎn)率，而井下排水自動控制系統(tǒng)是煤礦自動化的一個重要組成部分。實現(xiàn)井下排水系統(tǒng)的自動化控制：第一、可依據(jù)水倉水位起停水泵，提高水泵有效利用率，降低成本，節(jié)能增效。第二、可減少看護人員，并可充實設(shè)備維護檢修隊伍，提高維護質(zhì)量，減少事故發(fā)生，變發(fā)生事故后的被動檢修為主動的定期檢修，提高設(shè)備的使用率，實現(xiàn)減人增效。第三、可以保證煤礦的安全生產(chǎn)，改善工作環(huán)境，提高勞動生產(chǎn)率。第四、可有效的保護水泵電機等設(shè)備，延長使用壽命，減少事故停機時間，提高排水能力。第五、

7、可有效的提高突、透水事故的應(yīng)急處理能力，防止災(zāi)害的發(fā)生。隨著計算機控制技術(shù)及以微處理器為核心的可編程序控制器的普遍應(yīng)用，結(jié)合礦井排水系統(tǒng)的特點，在確保先進性與可靠性的基礎(chǔ)上，采用礦用本質(zhì)安全型工業(yè)控制計算機龐大的軟硬件資源，通過各種先進可靠的傳感器、保護裝置、電動閘閥、電動球閥等設(shè)備組成礦井主3排水自動控制系統(tǒng)。該自動控制系統(tǒng)達到準(zhǔn)確及時的掌握各種設(shè)備的工作狀態(tài)、減少排水系統(tǒng)操作人員工作量，降低勞動強度，結(jié)合水倉水位變化充分提高煤礦井下主排水系統(tǒng)效率，使水泵排水系統(tǒng)能夠安全可靠、節(jié)能高效、經(jīng)濟合理的優(yōu)化運行。對于進一步實現(xiàn)全礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化、科學(xué)化、網(wǎng)絡(luò)化管理具有十分重要的意義。礦井下的涌

8、水由井下各個巖層滲出水組成，涌水沿各巷道排水溝流入水倉積存。井下水泵房排水系統(tǒng)是煤炭礦井的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。本方案從實際出發(fā)，在井下泵房配備一套適合于煤礦井下環(huán)境的自動控制系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)） ，以實現(xiàn)排水自動化控制。4第第 1 章章 水泵控制系統(tǒng)概述水泵控制系統(tǒng)概述1.1 水泵控制系統(tǒng)的組成（框圖及工作原理）水泵控制系統(tǒng)的組成（框圖及工作原理）JS J、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、D L 6、 、 、 、 、 、D L 1D L 2、 、 、 、 、 、 、1 # K D K 87 # K D K 8、 、本 安 控 制 計 算 機、 、 、 、 、圖 1-1 水

9、泵系統(tǒng)與自動化平臺連接5、 、 、 、 、 、 、BKM 3SB3KM 3KM 3FR 1KM 1KM 2KM 2FR 2SQ AKM 3SQ BFU 3ASB1SB2KM 1S Q CKM 2S Q B圖 1-2 控制回路接線圖電器動作順序表：1、當(dāng)水位在正常水位時，開關(guān) SQB閉合KM1吸合M1工作當(dāng)水位到警戒水位時，開關(guān) SQA、SQB閉合KM1吸合M1工作 KM2吸合M2工作當(dāng)水位到乏水位時，開關(guān) SQC打開KM1斷開M1停止2、主泵需要檢修時，按下 SB3KM3吸合SB3自保 KM1斷開M1停止 KM2吸合M2工作 63、人工手動操作啟動按鈕 SB2，停止按鈕 SB11.2 水泵基本

10、參數(shù)1、水泵 水泵型號： 水泵數(shù)量：7 臺 流量：三趟總管路流量監(jiān)測（每臺總管路一臺流量監(jiān)測） 壓力：6.4MPa10MPa2、射流裝置射流裝置型號：射流裝置數(shù)量：7 套射流裝置工作壓力：-0.1MPa0.1MPa3、閥門 電動閘閥數(shù)量：每臺泵一臺電動閘閥，共 7 臺 電動球閥數(shù)量：每臺泵兩臺電動球閥，共 14 臺1.3 技術(shù)要求系統(tǒng)及設(shè)備符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。井下硬件設(shè)備需具有國家煤安標(biāo)志、生產(chǎn)許可證和防爆合格證，滿足防爆、防塵、抗高溫潮濕和電磁干擾的要求。71.3.1 控制性能和方式（1）系統(tǒng)對電動機和電動閘閥具有遠控、就地自動、就地手動三種工作方式。（2）每臺水泵可設(shè)置“運

11、行” 、 “備用” 、 “檢修”三種工作方式。（3）系統(tǒng)能夠自動判斷水泵和排水管路的效率和累計運行時間,對效率和累計運行時間超過規(guī)定的及時警示和提醒進行更換。（4）在正常自動運行狀態(tài)下，系統(tǒng)能根據(jù)吸水井水位、水位上升速率等檢測計算值判斷礦井涌水量，自動控制開、關(guān)電動閘閥，啟、停水泵以及自動判斷啟、停臺數(shù)；系統(tǒng)能根據(jù)給定的電力避峰填谷時間段實現(xiàn)節(jié)能運行；系統(tǒng)能夠根據(jù)輪換工作原則，自動實現(xiàn)水泵的輪換運行，避免單臺水泵長期運行導(dǎo)致故障。系統(tǒng)通過以上方式以安全高效為基本原則達到自動化節(jié)能優(yōu)化運行。（5）系統(tǒng)要有當(dāng)?shù)V井發(fā)生突、透水等重大事故情況時的應(yīng)急處理程序，從而實現(xiàn)災(zāi)害情況下排水系統(tǒng)的抗災(zāi)型有序運行

12、。1.3.2 數(shù)據(jù)采集、邏輯運算、記錄及顯示、打?。?）模擬量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水倉水位、電機工作電壓（開關(guān)改造后實現(xiàn)） 、電流（開關(guān)改造后實現(xiàn)） 、電機定子及軸承溫度、吸8水管真空度、排水管壓力、流量等。數(shù)字量檢測的數(shù)據(jù)主要有：手動、自動控制方式，遠程、就地控制方式，水泵啟、停狀態(tài)，水泵故障信號，水泵電機啟、停狀態(tài)，各閘閥的工作狀態(tài)與啟、閉狀態(tài)等。（2）通過數(shù)據(jù)自動采集連續(xù)檢測水倉水位，控制水泵的啟停和運行臺數(shù)。（3）可將系統(tǒng)的各種參數(shù)狀態(tài)、故障及開停時間、水泵及管網(wǎng)效率統(tǒng)計等信息記錄到歷史數(shù)據(jù)庫中，并可分時間段統(tǒng)計查詢。（4）系統(tǒng)能夠?qū)崟r動態(tài)模擬顯示系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)和設(shè)備檢測值，如水倉水

13、位、水泵流量、排水管狀態(tài)、電流、電壓及電動機、電動閘閥等的各種工況狀態(tài)；可實時顯示系統(tǒng)各設(shè)備的故障信息，并按故障級別分別發(fā)出相應(yīng)報警；系統(tǒng)具有水位、流量、電流、壓力等模擬量的實時及歷史曲線顯示。 （5）具備故障記錄，歷史數(shù)據(jù)查詢、打印等功能。打印分人工打印、自動打印、事故打印等。1.3.3 保護功能（1）超溫保護：對于電動機內(nèi)部預(yù)埋的三相定子及兩端軸承的Pt100 電阻信號，系統(tǒng)可直接接受該信號，當(dāng)溫度超過設(shè)定值和上升速率超過規(guī)定時，應(yīng)及時報警并退出運行。（2）水泵起動保護：根據(jù)水泵起動時流量、壓力、真空度等參數(shù)自動判斷水泵是否正常起動，非正常起動時能及時報警并順序起動下臺水泵。9（3）當(dāng)電機

14、、水泵、電動閘閥、系統(tǒng)故障時，能及時發(fā)出告警信息并在監(jiān)視后臺以聲光、閃爍、推畫面等顯著警示，并顯示故障情況，警示工作人員修復(fù)。1.3.4 通訊系統(tǒng)通訊接口采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的接口組件（具有以太網(wǎng)接口） ，通訊協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)、開放的協(xié)議，能夠與整個礦井綜合自動化信息系統(tǒng)無縫連接。1.3.5 有足夠的升級冗余系統(tǒng)的升級只是對 CPU 升級。由于新出的 CPU 和舊的 CPU 版本號不同，會出現(xiàn)不兼容的現(xiàn)象。在 400H 冗余系列，需要升級的居多，因為一主一備，有一個壞了，換新的 CPU，版本不同，同步通訊就不能進行，所以必須對舊的 CPU 升級。升級很簡單，拔出存儲卡，插入升級卡就可以升級了。1.3.5

15、 原控制系統(tǒng)存在的問題在原來的控制系統(tǒng)由于是采用漂浮來控制水泵電機的運行與停止，所以對于水位和儲水量的控制不是很精準(zhǔn)。原控制回路里，人為控制的因素比較多，所以加重了人的勞動強度。原控制回路系統(tǒng)中采用的開關(guān)設(shè)備較多，與電子產(chǎn)品相比，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。10第 2 章 PLC 的選型2.1 PLC 簡介2.1.1 PLC 基本概念 本世紀(jì) 60 年代,由于小型計算機的出現(xiàn)和大規(guī)模產(chǎn)生及多機群控的發(fā)展,人們曾試圖用小行計算機來實現(xiàn)工業(yè)控制,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電接觸器控制.傳統(tǒng)的繼電接觸器控制采用的是固定接線方式,一旦生產(chǎn)過程有變動,就得重新設(shè)計線路連線安裝不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代.但利用小型計算機實現(xiàn)工業(yè)控制價

16、格昂貴,輸入、輸出電路不匹配，編程技術(shù)復(fù)雜，因而沒能推廣和應(yīng)用。 60 年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，在 1968 年美國通用汽車公司（GM）首先公開招標(biāo)，對控制系統(tǒng)提出的具體要求基本為：（1）它的繼電控制系統(tǒng)設(shè)計周期短，更改容易，接線簡單，成本低；（2）它能把計算機的功能和繼電器結(jié)合起來。但編程有比計算機簡單易學(xué)、操作方便（3）系統(tǒng)通用性強。 11其使用及維護非常方便簡單（1）硬件配置方便。PLC的硬件是專門生產(chǎn)廠家按照一定標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格生產(chǎn)的,硬件可以按實際需要配置，到市場上可以方便的買到。（2）安裝方便。內(nèi)部不需要接線和焊接，只需編寫程序就可以了。使用方

17、便。接點的使用不受次數(shù)限制，內(nèi)部器件可多到使用戶不感到有什么限制。只需考慮輸入，輸出點個數(shù)，這可由各種PLC類型來控制。（3）維護方便。PLC配備有很多監(jiān)控提示信號，能檢查出自身所出故障，并隨時顯示給操作人員，能動態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場的調(diào)試和維護提供了方便，而且接線少，維修時只需要換插入式模塊，維護方便。再次，它的運行穩(wěn)定可靠。PLC是專門為工業(yè)設(shè)計的。在設(shè)計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強電設(shè)備一起工作，運行的穩(wěn)定性和可靠性較高。PLC是以集成電路為基本元件的電子設(shè)備，內(nèi)部處理不依賴于接點，元件的壽命幾乎不用考慮。目前PLC的整機平均無故障

18、工作時間一般在 25 萬小時。甚至更高。最后，它的設(shè)計施工周期短。使用PLC完成一項控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計完成后，現(xiàn)場施工和PLC程序設(shè)計可以同時進行，周期短，而且程序的調(diào)試和修改都很方便。綜上所述，可編程控制器在性能上均有繼電器邏輯控制，與微型計算機，單片機相比。它也是一種用于工業(yè)自動化控制的理想工具?？删幊炭刂破魇怯嬎銠C家族中的一員,是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller),簡稱PLC,它主要用來代替繼電器實12現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展,這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍,因此,今天這種裝置稱

19、作可編程控制器,簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆,所以將可編程控制器簡稱PLC 2.1.2 PLC 基本結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機,其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同從結(jié)構(gòu)上分，PLC 分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 1.中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程

20、序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài),并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng) PLC 投入運行時,首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別存入 I/O 映象區(qū),然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序,經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后,最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置,如此循環(huán)運行,直到停止運行。2.I/O 模塊 13PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了 PLC 的

21、 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O 分為開關(guān)量輸入(DI)，開關(guān)量輸出(DO)，模擬量輸入(AI)，模擬量輸出(AO)等模塊。常用的 I/O 分類如下： 1）開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 2）模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA） 、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 3）除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱

22、電阻、脈沖等模塊。 按 I/O 點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。3.存儲器1）存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。2）存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。4.電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC 或 110VAC） ，直流電源（常用的為 24VDC） 。 145.底板或機架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上的所有

23、模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。 2.1.3 PLC 的工作原理PLC 投入運行后,其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。1.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)也不會改變。因此,如果輸入是脈沖信號,則該脈沖信號的寬度

24、必須大于一個掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。2.用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段在用戶程序執(zhí)行階段,PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時,又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路,并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算,然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果,刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈15在 I/O 映象區(qū)中對應(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。在工業(yè)生產(chǎn)過程中有大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散

25、量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 2.1.4 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。2.1.5 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收

26、集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出“網(wǎng)絡(luò)就是控制器”的觀點說法。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、PLC 與上16位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) PLC 具有 RS-232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 2.1.6 PLC 軟件系統(tǒng)及常用編程語言 PLC 軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機、將程序語言翻譯成機器語言，診斷機器故障。系統(tǒng)軟 件由 PLC 廠家提供并已固化在 EPRO

27、M 中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用 PLC 的程序語言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來實現(xiàn)各種控制。 標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言是最常用的一種語言，它有以下特點： 1.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。 2.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 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)。 3.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)。 4.內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結(jié)果供 CPU 內(nèi)部使用。 5

28、.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17中可以當(dāng)做條件使用2.2 PLC 的選擇2.2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則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、使用和維護方便。保證控制系統(tǒng)安全可靠。3.考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進在選擇 PLC 容量時應(yīng)適當(dāng)留有余量。2.2.2 S7-300 的基本性能SIMATlC S7-300 是一種模塊化的小型 PLC 系統(tǒng),其優(yōu)越的性能價格比,使之成為中小規(guī)模控制系統(tǒng)理想的選擇。1.多種規(guī)格的處理器,系統(tǒng)采用獨特的導(dǎo)軌安裝; 2

29、.高速的指令處理,可滿足快速程序控制要求; 3.浮點數(shù)運算,可有效地實現(xiàn)更為復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算; 4.CPU 內(nèi)集 MPI 接口,多種通訊模塊能用來連接 AS 一 I 接口、PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng); 5.具有時間/中斷驅(qū)動、開環(huán)定位和 PlD 等高級控制功能; 6.I/O 模塊采用前連接器方式,維修或更換十分方便; 7.系統(tǒng)自行組態(tài),信號或通訊模塊不受限制地隨意安放;8.具有滿足高速計數(shù)、步進電機和伺服定位控制等特殊應(yīng)用的18l/O 模塊; 9.STEP7 編程語言具有大量的以 STEP5 為基礎(chǔ)的指令集,使程序的編制簡單快捷。2.2.3 S7-300 的基本組成1.中央處理單元

30、(CPU) 各種 CPU 有各種不同的性能，例如，有的 CPU 上集成有輸入/輸出點，有的 CPU 上集成有 PROFIBUS-DP 通訊接口等。2.信號模塊 (SM) 用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出 3.通訊處理器 (CP)用于連接網(wǎng)絡(luò)和點對點連接 4.功能模塊 (FM) 用于高速計數(shù)，定位操作 (開環(huán)或閉環(huán)定位) 和閉環(huán)控制。 5.負載電源模塊 (PS) 用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/230 伏交流電源，或 24/48/60/110 伏直流電源。 6.接口模塊 (IM) 用于多機架配置時連接主機架 (CR) 和擴展機架 (ER)。S7-300 通過分布式的主機架 (C

31、R) 和 3 個擴展機架 (ER)，可以操作多達 32 個模塊。運行時無需風(fēng)扇。7.S7-300 適用于通用領(lǐng)域： 19高電磁兼容性和強抗振動，沖擊性，使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。8.S7-300 有兩種類型：標(biāo)準(zhǔn)型 溫度范圍從 0到 60 環(huán)境條件擴展型 溫度范圍從 -25 到 +60 更強的耐受振動和污染特性。 2.2.4 S7-300 的通訊 這是一個經(jīng)濟而有效的解決方案；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、簡單。 SIMATIC S7-300 具有多種不同的通訊接口。多種通訊處理器用來連接 AS-I 接口、和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。串行通訊處理器用來

32、連接點到點的通訊系統(tǒng) 多點接口 (MPI) 集成在 CPU 中，用于同時連接編程器、PC 機、人機界面系統(tǒng)及其他 SIMATIC S7/M7/C7 等自動化控制系統(tǒng)。 CPU 支持下列通訊類型： 過程通訊 通過總線 (AS-I 或 PROFIBUS ) 對 I/O 模塊周期尋址 (過程映象交換) 數(shù)據(jù)通訊 在自動控制系統(tǒng)之間或人機界面 (HMI) 和幾個自動控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)通訊會周期地進行或被用戶程序或功能塊調(diào)用。 202.2.5 S7-300 的基本結(jié)構(gòu) 1.DIN 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝 只需簡單地將模塊鉤在 DIN 標(biāo)準(zhǔn)的安裝導(dǎo)軌上，轉(zhuǎn)動到位，然后用螺栓鎖緊。2.集成的背板總線 背板總線集成在模

33、塊上，模塊通過總線連接器相連，總線連接器插在機殼的背后。3.更換模塊簡單并且不會弄錯 更換模塊時，只需松開安裝螺釘。很簡單地拔下已經(jīng)接線的前連接器。在連接器上的編碼防止將已接線的連接器插到其他的模塊上。4.可靠的接線端子對于信號模塊可以使用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子 5.TOP 連接 采用一個帶螺釘或夾緊連接的 1 至 3 線系統(tǒng)進行預(yù)接線?；蛘咧苯釉谛盘柲K上進行接線。6.確定的安裝深度 所有的端子和連接器都在模塊上的凹槽內(nèi)，并有端蓋保護，因此所有的模塊都有相同的安裝深度。7.沒有槽位的限制 信號模塊和通訊處理模塊可以不受限制地插到任何一個槽上，系統(tǒng)自行組態(tài)。21第 3 章 水泵 PLC

34、 控制設(shè)計3.1 控制方案設(shè)計3.1.1 設(shè)計原則及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)電氣設(shè)備的設(shè)計和制造符合以下標(biāo)準(zhǔn)：(1)IEC 標(biāo)準(zhǔn)（國際電工委員會）(2)ISO 標(biāo)準(zhǔn)（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織） 。(3)GB3836.1-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第 1 部分：通用要求(4)GB3836.2-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第 1 部分：隔爆型“d”(5)GB3836.4-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第 1 部分：本質(zhì)安全型“”(6)GB4942.2低壓電器外殼防護等級(7)MT209 煤礦通信、檢測、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術(shù)要求(8) 煤礦安全規(guī)程 （2007 版）3.1.2 控制系統(tǒng)改造方案目前井下

35、泵房共有水泵主電機 7 臺，每臺具有不超過 4 路的22Pt100 溫度信號輸出，有 Pt100 在線監(jiān)測儀表供顯示 Pt100 溫度用，該儀表無信號輸出；PBG23-6QBG-180/6000R、1000KW、1000KWMMQBGZ-250/6QBGZ-250/6QBGZ-250/6一拖二的軟起動器與磁力起動器連接示意圖高爆開關(guān)（磁力起動器）8 臺（其中一臺作為進線電源用） ，型號：QBG-315/6S，生產(chǎn)廠商：常州武進礦用設(shè)備廠，該設(shè)備不具備電流、電壓信號輸出功能；高壓軟起動器 3 臺，其中兩臺軟起動器每臺拖動兩臺磁力起動器，另一臺軟起動器拖動三臺磁力起動器，軟起動器型23號：QBG-

36、180/6000R，生產(chǎn)廠商：唐山開誠，該設(shè)備不具備電流、電壓信號輸出功能；目前礦上某單位已采購三臺礦用隔爆型高壓起動電抗器對軟起動器進行改造，每臺電抗器對應(yīng)一臺磁力起動器（對應(yīng)一臺電機） ，剩余三臺軟起動器中的兩臺每臺對應(yīng)一臺磁力起動器，另一臺軟起動器對應(yīng)兩臺磁力起動器。由于電抗器為自動切換不需參與控制，因此電抗器+磁力起動器方式，由礦上（使用單位）根據(jù)實際所需情況提供磁力起動器的控制接點，由廠家對磁力起動器進行控制。各電器設(shè)備間連接由礦上（使用單位）自己連接完成。對于軟起動器+磁力起動器方式，仍參考利用原有的唐山開誠PLC 控制系統(tǒng)，由廠家控制接點與 PLC 控制系統(tǒng)中的就地控制箱開/停按

37、鈕并聯(lián)進行控制。若需要主排水泵電機電壓、電流監(jiān)測，由廠家可提供相關(guān)模塊，在條件允許的情況下由礦上（使用單位）對高壓磁力起動器進行改造并增加該模塊來實現(xiàn)此功能。3.2 控制系統(tǒng)組成3.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上位機系統(tǒng)安裝于地面集控室，向上通過環(huán)網(wǎng)及 WinCC 組態(tài)軟件自帶的 OPC Server 軟件接口向綜合自動化平臺提供實時數(shù)據(jù)，向下通24過環(huán)網(wǎng)及 OPC Client 與井下本安監(jiān)控站進行實時通訊。井下 KJD30 本安型監(jiān)控站安裝在泵房控制室內(nèi)，完成控制現(xiàn)場各傳感器信息的采集與處理，通過高性能控制軟件設(shè)定的自動控制流程實現(xiàn)自動控制功能。KDK8 多功能控制驅(qū)動器串接在一根總線上與 KJD30

38、 本安監(jiān)控站通訊，KDK8 多功能控制驅(qū)動器具有手動/自動功能，手動方式下通過其自身的轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)單臺水泵的起/?？刂?，兩臺 KDK8 可實現(xiàn)一臺水泵的手動控制，自動方式下接收 KJD30 本安監(jiān)控站下發(fā)的控制命令實現(xiàn)多臺水泵的自動控制。現(xiàn)場的各種返回信號（高爆開關(guān)、電動閘閥等返回點）接入 KDK8 的開入口轉(zhuǎn)換為總線信號送給 KJD30 本安監(jiān)控站。25KXBC -15/660、 380、 DZ、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、KC C 2-5Pt100、KC C 2、1KD K82KD K83KD K8、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、1#、 、 、 、3#、 、

39、、 、2#、 、 、 、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 KCC2 本安型智能 I/O 接口也掛接在總線上，它將現(xiàn)場的各種模擬量信號或開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換為總線信號送給 KJD30 本安監(jiān)控站。263.2.2 地面上位機部分上位機部分由：一臺工控機及 WinCC 組態(tài)軟件組成，用以實現(xiàn)水泵控制系統(tǒng)的地面監(jiān)控與數(shù)據(jù)上傳功能。該上位機將通過目前準(zhǔn)備建設(shè)的礦井網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將信息上傳至全礦井綜合自動化平臺，全礦井綜合自動化平臺對相關(guān)信息數(shù)據(jù)進行整合分析后在 WEB 網(wǎng)頁上發(fā)布，使管理人員能夠及時掌握系統(tǒng)安全運行狀況。全礦井網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及全礦井軟件平臺部分建成后可實現(xiàn)泵房監(jiān)控系統(tǒng)信號上傳，全礦井網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須在一水平泵房內(nèi)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)交換機，

40、并留有本安型以太網(wǎng)電接口，地面上位機處 50 米內(nèi)留有礦井網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)電接口。以上涉及到的網(wǎng)絡(luò)部分由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)廠家負責(zé)其交換機部分的接入及調(diào)試工作。3.2.3 井下泵房監(jiān)控站部分2 臺 KJD30 礦用本安型工業(yè)控制計算機、8 臺 KDK8 礦用多功能控制驅(qū)動器、多臺 KCC2 智能 I/O 接口、KDW15A 電源箱及各種本安傳感器。各監(jiān)控站除實現(xiàn)單臺/多臺水泵的手動/自動控制功能外，同時具備完善的水位、壓力、流量、溫度等的監(jiān)測保護和聲光報警功能。監(jiān)控站具備本安型以太網(wǎng)接口和國際標(biāo)準(zhǔn)的 OPC 軟件接口，可就近接入井下環(huán)網(wǎng)交換機，無需任何設(shè)置非常方便的將信息上傳至地面上位機。273.2.4 傳感

41、器部分系統(tǒng)傳感器有：KGU9 礦用本安型水位傳感器、LCZ-803 型超聲流量傳感器、本安壓力傳感器、本安真空壓力傳感器。3.3 系統(tǒng)功能3.3.1 控制功能根據(jù)水倉水位自動開啟、停止水泵的運轉(zhuǎn)，對運行中的各種狀態(tài)參數(shù)進行實時監(jiān)控，同時通過接口將數(shù)據(jù)上傳至地面服務(wù)器。1）根據(jù)所監(jiān)測的水位信號，可設(shè)定出低水位、高水位和上限水位信號及危險水位等多個級別的水位信號。低水位時停泵；高水位時水泵運行；上限水位時備用水泵同時運行；危險水位時起動水泵全部運行；依次類推。同時根據(jù)水位變化計算涌水量，當(dāng)涌水量增大或突變時起動水泵運行，以減少突水事故的發(fā)生。2）每臺水泵可設(shè)置“運行” 、 “備用” 、 “檢修”三

42、種工作方式，該方式可直接通過本安計算機進行設(shè)定。A、水泵系統(tǒng)采用射流泵抽真空上水方式起動：當(dāng)水位達到高位將自動打開射流泵入水管路閥門。同時打開射流泵真空管路閥門，當(dāng)射流泵入水管路的水進入射流泵后將變成高壓水經(jīng)射流泵出水管路流出，此高壓水會將射流泵真空管路里的空氣帶走，射流泵真空管路是與水泵及水泵上水管路相通，所以經(jīng)過一定時間后水泵上水管路及水泵內(nèi)就形成了相對的真空，此28時真空壓力表輸出信號。系統(tǒng)接收到真空壓力表的信號后將自動起動水泵電機，同時關(guān)閉射流泵真空管路及射流泵入水管路閥門，閥門關(guān)閉后打開水泵出水管路電動閘閥進行排水。若電動閘閥打開后一定時間內(nèi)水泵壓力未達到設(shè)定值（一般是因為水泵或上水

43、管路漏氣導(dǎo)致）系統(tǒng)將會自動停止水泵運行并關(guān)閉電動閘閥同時報警。B、水泵系統(tǒng)停止運行：當(dāng)水倉水位達到低位時將先自動關(guān)閉排水管路電動閘閥，電動閘閥關(guān)閉到位后（若一定時間內(nèi)未關(guān)到位則按故障方式停止）停止水泵電機。C、系統(tǒng)設(shè)置低限水位、高限水位、上限水位和危險水位四種水位線。當(dāng)水位達到高限水位時，系統(tǒng)自動起動 “運行泵” ；達到上限水位時，系統(tǒng)自動起動下一個“運行泵” ；達到危險水位時起動“備用泵” 。水位低于上限水位時自動停止“備用泵” ；低于高限水位時停止一個“運行泵” ；當(dāng)達到低位時自動停止另一個“運行泵” 。3）根據(jù)實際需要也可切換到手動控制方式。此方式下操作人員可通過手動控制按扭人工手動控制

44、各臺水泵電機的起停及各電動閘閥開關(guān)。4）當(dāng)出現(xiàn)水位超限、開關(guān)故障、壓力下降、流量下降等故障時系統(tǒng)將自動停止運行，并提示、報警。293.3.2 顯示及數(shù)據(jù)記錄功能 （1）動態(tài)顯示：實時動態(tài)模擬顯示系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)，如水倉水位、水泵流量、水泵壓力、電流及電動機、電動閘閥等的各種工作狀態(tài)。（2）實時報警：可實時顯示系統(tǒng)的故障信息，并發(fā)出報警。（3）曲線顯示：系統(tǒng)具有水位、流量、電流、壓力等模擬量的實時及歷史曲線顯示。（4）數(shù)據(jù)歷史記錄：可將系統(tǒng)的各種參數(shù)狀態(tài)、故障及開停時間統(tǒng)計等信息記錄到歷史數(shù)據(jù)庫中。303.43.4 系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)接線圖Y3Y2Y1COMX7X6X5X4X3X2X1FR2SQA

45、FR1SB3SB2SQBSQCX0SB1 模 塊 外 圍 接 線 圖313.4.13.4.1 梯形圖梯形圖圖 3-3 水泵控制梯形圖32X 1:1X 1:2X 1:5X 2:1X 2:2、 、 1、 、 、21A C 660/380/220/127、 、 、 1、 、 、 、 1、 、 、 、 1、 、 1、 、 、 、 1、 、 1、 、 、D L31、 、 、 、 、 、 、 、 、A :3A :2-3A :4B :2B :3B :5B :62、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、X 1:7X 1:8、 、 1、 、 、X 3:2X 3:1X 3:7181416 、 、 、 、

46、 、 、 、 、K X B C -15/660(380)D Z1#KDK8、4 X 1:6X 3:8、 、 1、 、 、 、 1、 、 、X 1:4X 1:5X 1:13、 、 2、 、 、 、 2、 、 、X 3:4X 3:3X 3:94 X 1:14X 3:10、 、 2、 、 、 、 2、 、 、 1、 2、 3、 1、 2、 31、 、 、1、 、 、1、 、 、A :3A :2-3A :4B :2B :3B :5B :6、 、 2、 、 2、 、 、 、 2、 、 2、 、 、D L3D L3D L3D L4一號水泵接線圖33X 2:4X 2:5X 3:141#KDK8、 、 、 、

47、 1、 、 、 、 、 1、 、 、 、 、 、 、 、S B D J14321J6、 、 、 、JK1#、 、 、 、 、V D DG N DC A N HC A N LV D DG N DC A N HC A N LD L61#、 、 、 、X 3:5X 3:6X 3:11X 3:12、 、 1、 、 、 、 1、 、 、 4、 5、 6、 7、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、14161718M Z419-100H (D N 300)、 4、 5、 6、 7、1、 、 、JK9#V D DG N DC A N HC A N LV D DG N DC A N HC

48、 A N LD L4X 3:13、D L3圖 3-4 外圍接線圖343.53.5 系統(tǒng)技術(shù)性能及特點系統(tǒng)技術(shù)性能及特點（1）先進性：系統(tǒng)為當(dāng)今工業(yè)控制系統(tǒng)的領(lǐng)先產(chǎn)品，地面控制主站采用計算機進行優(yōu)化控制，控制分站為國內(nèi)領(lǐng)先的本質(zhì)安全型控制器。系統(tǒng)可對整個控制過程進行集中監(jiān)控，能實時采集和顯示現(xiàn)場各生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)備的運行狀態(tài)，具備數(shù)據(jù)處理及與全礦井綜合控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)功能。（2）可靠性：總線具有自診斷功能和故障處理能力，保證系統(tǒng)的可靠運行。系統(tǒng)軟件接口均采用國際標(biāo)準(zhǔn) OPC 接口，穩(wěn)定性高連接方便。（3）可擴展性：系統(tǒng)的軟硬件留有充足的擴展余量，以保證將來的技術(shù)和產(chǎn)品升級。（4）易操作性：用戶無須進行任何

49、編程，只需按照系統(tǒng)提示進行相應(yīng)的端口配置即可。（5）總線各設(shè)備采用接插電纜連接，易于安裝和拆卸。（6）監(jiān)控站具有 12 寸大液晶屏，圖形動畫顯示，具有各種曲線圖表及數(shù)據(jù)/故障記錄，方便用戶查詢。（7）選擇的計算機和系統(tǒng)軟件留有備用容量和以太網(wǎng)接口，可以方便地實現(xiàn)系統(tǒng)擴展（如增加其他保護裝置等）和接入全礦井綜合自動化平臺。35第 4 章 檢測與保護水泵自動控制系統(tǒng)的檢測與保護信號：水倉水位、排水管路流量、真空壓力、水泵壓力等。4.1 水倉水位檢測選用礦用本安型水位傳感器 KGU9，動態(tài)時實檢測水倉水位，將水位信號送至控制機并由控制機送至地面計算機，實現(xiàn)高水位起泵低水位停泵。4.2 排水管路流量檢

50、測選用 LCZ-803 型超聲流量變送器，動態(tài)時實檢測主排水管路流量，將主排水管路流量信號送至控制機并由控制機送至地面計算機，可實現(xiàn)低流量報警。4.3 真空壓力檢測選用本安真空壓力表，當(dāng)吸水管路真空度達到起泵條件時，壓力表將輸出信號給控制機，控制機以此發(fā)出開泵信號。4.4 水泵壓力檢測選用高可靠性壓力傳感器，動態(tài)實時檢測水泵內(nèi)部壓力，當(dāng)壓力36低于設(shè)定值時自動停泵。4.5 保護功能超溫保護：可測量電機內(nèi)部預(yù)埋的 Pt100 電阻溫度信號，系統(tǒng)可直接檢測該信號，當(dāng)溫度超過設(shè)定值和上升速率超過規(guī)定時，應(yīng)及時報警采取相應(yīng)措施。水泵運行過程保護：根據(jù)水泵啟動時流量、壓力、真空度等參數(shù)自動判斷水泵是否正常啟動，非正常啟動時能及時報警并順序啟動下臺水泵。當(dāng)電機、水泵、電動閘閥、系統(tǒng)故障時，能及時發(fā)出告警信息并在監(jiān)視后臺以聲光、閃爍、推畫面等顯著警示，并顯示故障情況，警示工作人員修復(fù)。374.6 KX15/660（380）DZ 礦用電動閥門控制箱 BC-與 K