中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 1 第 1 頁(yè) 基于 1 緒論 課題的研究意義 泵站在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，人們必將對(duì)泵站的運(yùn)行提出更高的要求，研究泵站監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)其高效運(yùn)行是很有現(xiàn)實(shí)意義的。 實(shí)現(xiàn)泵站控制系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行會(huì)帶來(lái)很大的益處，對(duì)減少泵站運(yùn)行管理人員的數(shù)量有很大幫助。為泵站建立一個(gè)控制系統(tǒng)并改善其各方面的控制功能，達(dá)到泵站運(yùn)行自動(dòng)化的目的。泵站的自動(dòng)化運(yùn)行還能夠帶來(lái)穩(wěn)定性和安全性的提升。 有高可靠性，編程簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。再結(jié)合組態(tài)軟件可以很好的完成對(duì)泵站的監(jiān)控。 內(nèi)外泵站的發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國(guó)內(nèi)中小型泵站機(jī)組的啟動(dòng)、運(yùn)行和停車大多靠人工操作來(lái)完成，這種情況下不僅工作強(qiáng)度大，而且工作效率不高。近年來(lái)興建的大型泵站中，大都設(shè)置了微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，但一般情況下還不能實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制。國(guó)內(nèi)泵站的發(fā)展還存在以下問(wèn)題 : 缺乏 統(tǒng)一的 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)擴(kuò)展困難，隨著計(jì)算機(jī)的普及，上世紀(jì) 90 年代以來(lái)，中國(guó)的許多行業(yè)開(kāi)始采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)， 泵站 也不例外，但由于沒(méi)有統(tǒng) 一的標(biāo)準(zhǔn)，各設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的 泵站有很大的不同， 缺乏 統(tǒng)一的功能和技術(shù)規(guī)范 使得 系統(tǒng)擴(kuò)展困難 ;不完善的系統(tǒng)設(shè)備，有些 泵站 使用的設(shè)備不完善，功能不全， 就 地控制單元和其他控制功能缺失 ;數(shù)據(jù)連接標(biāo)準(zhǔn)的缺乏，選擇的元件和系統(tǒng)不匹配 導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法交換 ，沒(méi)有通信接口或接口協(xié)議之間 出現(xiàn) 矛盾， 當(dāng) 控制系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)信號(hào)，如溫度 信號(hào) ，以及其他的水位監(jiān)測(cè)元件 的信號(hào) ，若出現(xiàn) 問(wèn)題不能 順利傳輸數(shù)據(jù) ,導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)解決問(wèn)題 ;泵站運(yùn)行人員和技術(shù)人員嚴(yán)重短缺，技術(shù)人才嚴(yán)重短缺已成為一個(gè)普遍現(xiàn)象，泵站操作人員 大多 沒(méi)有正規(guī)的專業(yè)教育和足夠的專業(yè)培訓(xùn)，文化素質(zhì)不 高 ,計(jì)算機(jī)水平 很有限 ，當(dāng)自動(dòng)化設(shè)備 出現(xiàn)故障 ，泵站運(yùn)行人員不能解決， 導(dǎo)致 泵 站繼續(xù) 運(yùn)行 從而很可能 演變成一個(gè)更大的問(wèn)題， 造成更加嚴(yán)重的后果。當(dāng) 要求 設(shè)備生產(chǎn)商 服務(wù) 時(shí) ， 卻發(fā)現(xiàn) 自動(dòng)化設(shè)備制造商 之間 激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 導(dǎo)致許多廠商已經(jīng)倒閉 ， 用戶很容易會(huì)遇到找不到廠商服務(wù)的情況 。 國(guó)外像 荷蘭 、 美國(guó) 等 國(guó)家，它們的 泵站 發(fā)展速度 很 快， 擁有非常 先進(jìn)的技術(shù) 和 更好的管理 水平 ，有許多 方面 是我們可以學(xué)習(xí)和研究 的 。 比如在 泵的設(shè)計(jì)和安裝 方面 ，荷蘭有世界著名的液壓機(jī)械專家可以 對(duì)泵站的各種裝置的 性能 進(jìn)行 測(cè)試， 包括 水擊計(jì)算，模型試驗(yàn)中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 2 第 2 頁(yè) 等 。 在機(jī)械方面 ， 他們對(duì) 計(jì)算和測(cè)量振動(dòng) ， 監(jiān)測(cè) 泵的 性能和噪聲 方面也很有研究 。他們還廣泛利用計(jì)算機(jī)， 利用 計(jì)算機(jī)輔助選擇（ 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ 計(jì)算機(jī)輔助制造（ 等先進(jìn)的技術(shù) ； 在泵的 葉片 方面，他們從 液壓，結(jié)構(gòu)優(yōu)化 等方面進(jìn)行 設(shè)計(jì)， 并對(duì) 葉片 的 加工 進(jìn)行 嚴(yán)格控制， 在 充分利用計(jì)算機(jī)這樣一個(gè) 在 制造工藝 上 高度先進(jìn)的 設(shè)備的基礎(chǔ)上 進(jìn)行設(shè)計(jì)工作 。荷蘭 對(duì)研究的投資很高 ，研究實(shí)力很強(qiáng)，研究機(jī)構(gòu)齊全，設(shè)施非常先進(jìn) ， 對(duì) 水泵和進(jìn)出口管道有一個(gè)較為系統(tǒng)的研究。完美的設(shè)計(jì)和制造， 對(duì) 提高機(jī)組的性能 和 增加 水泵 運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性 很有幫助 。美國(guó)擁有 世界最大流量和揚(yáng)程的抽水站埃德蒙斯頓泵站。它位于加利福尼亞中部圣華金河谷地區(qū)的南部郊區(qū)的貝克斯菲爾德，加利福尼亞南部 的 南水北調(diào)工程上的 22 個(gè)大型泵站總 的綿延 長(zhǎng)度 達(dá)到 864 公里（加利福尼亞整個(gè)特哈查比山脈南運(yùn)河的水運(yùn)到加利福尼亞北部）。埃德蒙斯頓泵站 有 14 臺(tái) 泵，每個(gè)泵具有 9s 的流量，必須提供 587m 的靜揚(yáng)程 （不包括管道損失），效率為 速度 為600r / m（帶電機(jī)），配套電機(jī)功率 為 80000 馬力 （近 60000 千瓦）。泵的總流量 為 125s， 配套 的總功率 為 112 萬(wàn) 馬力，約 600000 萬(wàn) 千瓦 的年用電量 。 泵為立軸 4 級(jí)串聯(lián) ，子直徑 m，重 220 噸。泵和電機(jī) 直接相連 ,總高度近 20 米，重 420 噸。該項(xiàng)目 于 1951 年提出方案 ，在 1965 年 5 月 確定方案并于 1971 年 9 月正式 施工 ,1984 完成三個(gè)機(jī)組 的最終安裝，總投資約 17500 萬(wàn) 美元。 國(guó)外在對(duì) 泵 站的管理方面有許多值得我們學(xué)習(xí)的地方： 國(guó)外水利工程 在 建設(shè) 過(guò)程中對(duì) 質(zhì)量 的要求非常嚴(yán)格 。荷蘭 的 泵站 與 業(yè)務(wù)管理 之間 的關(guān)系比 我國(guó) 更緊密，運(yùn)營(yíng)管理設(shè)計(jì)人員 對(duì) 泵站非常熟悉，他們與泵站管理單位在設(shè)計(jì)， 生產(chǎn)，制造，測(cè)試，安裝，調(diào)試，運(yùn)行和維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)配合默契。 國(guó)外泵站的狀態(tài)都保養(yǎng)得很好，這 不僅 提高了泵站運(yùn)行的效率而且能 大大延長(zhǎng)泵 站 的使用壽命，減少事故的發(fā)生。 國(guó)內(nèi)泵站的質(zhì)量 不是很好。 國(guó)內(nèi) 的泵站 ，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造質(zhì)量普遍較差 ，很多 泵站 在建設(shè)過(guò)程中沒(méi)有嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng) ，這不僅降低了泵站的 運(yùn)行 效率， 而且 留下了許多隱患。 國(guó)外 泵站 的 自動(dòng)化 程度很高 ， 對(duì) 泵站運(yùn)行的各項(xiàng)指標(biāo) 進(jìn)行 長(zhǎng)期跟蹤，監(jiān)控和記錄，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，隨時(shí)可以解決。此外，自動(dòng)化 程度的增加會(huì) 大大減少事故的發(fā)生，也減少了泵站管理人員。如美國(guó)，幾十公 里的水路，只有幾個(gè)工作人員。 而 國(guó)內(nèi) 的大多數(shù)泵站由于建設(shè)時(shí)間較早 ，設(shè)備陳舊，自動(dòng)化程度 較 低，往往采用經(jīng)驗(yàn) 主義 管理 并且缺乏 定期 的 檢修 ，導(dǎo)致運(yùn)行成本的增加，帶來(lái)不必要的 經(jīng)濟(jì)損失 。 質(zhì)高 ， 分工明確 國(guó)外泵站運(yùn)行管理人員只相當(dāng)于我國(guó)的 1/10，而且泵站能夠在良好的秩序中保持長(zhǎng)期運(yùn)行。以荷蘭為例，我們知道泵是泵站裝配和維護(hù)的核心部件，泵站管理人員只負(fù)責(zé)小規(guī)模的檢查維護(hù)工作，而大規(guī)模的檢修工作由專業(yè)的公司來(lái)完成。這些勞動(dòng)分工與合作方面的成功經(jīng)驗(yàn)，值得我們認(rèn)真研究和借鑒。 國(guó)外泵站擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的管理人員，他們能夠在泵站運(yùn)行過(guò)程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，正確處理各種突發(fā)事件。而國(guó)內(nèi)許多泵站管理人員素質(zhì)差，專業(yè)技能低，地方保護(hù)主義嚴(yán)重，不注重管理人員的培訓(xùn)，導(dǎo)致泵站的管理水平很落后。 國(guó)外泵站清潔工作做得很好，一般都配有清洗專用設(shè)備，這樣可以確保泵站的安全運(yùn)中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 3 第 3 頁(yè) 行，節(jié)能降耗，降低了泵的磨損，延長(zhǎng)使用壽命。而國(guó)內(nèi)的泵站，工作環(huán)境差，設(shè)施不齊全，許多都沒(méi)有配備清洗設(shè)備，缺乏資金投入。 在運(yùn)行和管理費(fèi)用方面，國(guó)外泵站是國(guó) 家資金的受益者，擁有足夠的資金，所以有能力根據(jù)不同的要求進(jìn)行翻新，維修和擴(kuò)建。而在我國(guó)，很多泵站工程一次性投資完成后，缺少后期的投資，導(dǎo)致設(shè)施落后，使部分泵站不能達(dá)到應(yīng)有的工作效率。此外，有些泵站在運(yùn)行管理資金上的 缺乏導(dǎo)致 工人工資都 得不到保障 ，就更不用說(shuō)泵站 的更新改造了 。 站監(jiān)控系統(tǒng)研究的發(fā)展趨勢(shì) 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)在上個(gè)世紀(jì) 90年代之前，是傳統(tǒng)的，封閉的，它升級(jí)是非常困難的。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，圖形化 絡(luò)技術(shù)，傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展的問(wèn)題，已經(jīng)得到解決。從技術(shù)層 面和可靠性的角度考慮，采用 不是常規(guī)的控制系統(tǒng)，是泵站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 在泵站控制軟件方面，采用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)將成為必然的趨勢(shì)。組態(tài)軟件是一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)簡(jiǎn)單形象的組態(tài)配置工作，就能構(gòu)造出監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能 ,這對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有十分重大的意義。 泵站監(jiān)控系統(tǒng)與故障診斷的結(jié)合會(huì)更加緊密。監(jiān)控系統(tǒng)與故障診斷技術(shù)有著不可分割的關(guān)系。在泵站監(jiān)控過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)泵站出現(xiàn)故障，故障診斷系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷故障類型，并給出措施，即使故障排除。 泵站監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)朝著更加 智能化的方向發(fā)展。人們對(duì)控制系統(tǒng)性能的要求越來(lái)越高，而傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已很難到達(dá)人們所要求的性能指標(biāo)，而智能控制可以很好的完成這個(gè)任務(wù)。自動(dòng)化是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的核心目的，而智能控制是自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展的高級(jí)階段，如果把智能控制理論 應(yīng)用在泵站監(jiān)控系統(tǒng)中，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)讓人驚喜的效果。 課題的研究?jī)?nèi)容及方案 設(shè)計(jì)一套適合城市排水的基于 泵站監(jiān)控系統(tǒng)，以達(dá)到安全，高效的控制泵站運(yùn)行的目的。 具體包括：選擇泵站監(jiān)控系統(tǒng)所需要用到的各種傳感器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量、壓力、液位等參數(shù)的測(cè)量；根據(jù)控制要求選擇合適的 進(jìn)行硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括 電路的設(shè)計(jì)、不同控制方式的實(shí)現(xiàn)、 程等問(wèn)題；結(jié)合 現(xiàn)更加可視化的監(jiān)控。 方 案 :根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況，采用基于 監(jiān)控系統(tǒng)并輔以上位機(jī)組態(tài)軟件的分布式控制系統(tǒng)。 此方案主要優(yōu)點(diǎn)有： 可靠性和可維護(hù)性高； 編程方便、開(kāi)發(fā)周期較短； 設(shè)計(jì)和施工周期短，調(diào)試修改方便。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 4 第 4 頁(yè) 2 監(jiān)控系統(tǒng)要求及設(shè)計(jì)方案 站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 泵站監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)泵站設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制功能，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)泵站運(yùn)行的狀 態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，接收故障報(bào)警信息，并能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)下達(dá)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示和歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)等功能。具體要求如下： 運(yùn)行方式：手動(dòng)操作和自動(dòng)運(yùn)行相結(jié)合。 實(shí)時(shí)監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程，動(dòng)態(tài)顯示流程畫面、自動(dòng)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的各種變量，包括水位、泵的啟停、流量、壓力。 用戶界面：提供友好的監(jiān)控界面。 報(bào)警功能：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)報(bào)警功能，并能夠記錄故障的時(shí)間等信息。 數(shù)據(jù)顯示：具有系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示的功能。 歷史數(shù)據(jù)：能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和保存等功能。 站監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 圖 站監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成圖，此系統(tǒng)采用安裝有 過(guò) 用 感器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電流、電壓信號(hào)或 個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)泵站的監(jiān)測(cè)和控制，能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 圖 站監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 5 第 5 頁(yè) 3 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分 述 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)。它采用了可編程程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯、順序控制、定時(shí)、 計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程；而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 種類很多，但它的結(jié)構(gòu)和工作原理基本上是相同的，主要由 央處理器）、記憶模塊、輸入 /輸出單元、供電部分、擴(kuò)展接口、通訊接口、編程設(shè)備、其他組件等部分組成。 1、 工作原理 （ 1）與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別 繼電器控制系統(tǒng)是一種硬件邏輯系統(tǒng)，當(dāng)電源被接通時(shí)，繼電器控制電路處于受控狀態(tài)，該閉合的部分閉合，受到某種限制不能閉合的不 閉合，它屬于并行工作模式。而在 輯的，數(shù)字的輸出結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計(jì)算得出，因此它屬于串行工作模式。 在控制系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性方面，繼電器控制系統(tǒng)使用的機(jī)械觸點(diǎn)很多，連接線也很多。容易出現(xiàn)電弧，機(jī)械磨損，壽命較短，因此，在可靠性和可維護(hù)性表現(xiàn)一般。而用微電子技術(shù)，無(wú)接觸，體積小，壽命長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)由半導(dǎo)體電路完成，可靠性相當(dāng)高。 在控制速度方面，繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械動(dòng)作控制觸點(diǎn)，工作頻率低，打開(kāi)和關(guān)閉行動(dòng)是以毫秒為單位計(jì)算。此外，在機(jī)械觸點(diǎn)動(dòng)作 時(shí)會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng) ;而 通過(guò)半導(dǎo)體電路的程序指令來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，屬于非接觸式控制，速度一般在微秒數(shù)量級(jí)，而且不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。 （ 2） 作方式 第一部分是加電處理。 要進(jìn)行初始化操作，包括硬件初始化， I/置系統(tǒng)的各種參數(shù)等其他的初始化過(guò)程。 第二部分是掃描過(guò)程。 電過(guò)程處理完成后進(jìn)入掃描過(guò)程后。需要對(duì)輸入信號(hào)和與其他設(shè)備之間的通信進(jìn)行處理，然后再次更新和刷新時(shí)鐘和特殊寄存器。當(dāng) 轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查 。當(dāng) 模式時(shí)，還需要執(zhí)行用戶程序并對(duì)輸出過(guò)程進(jìn)行處理，再轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。 第三部分是出錯(cuò)處理。 掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定 身的動(dòng)作是否正常，如果 池電壓、程序存儲(chǔ)器、 I/O 和通信等是否異常或出錯(cuò)。如果檢查出異常， 板上的 異常繼電器會(huì)接通，在特殊寄存器中會(huì)存入出錯(cuò)代碼；當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)， 被強(qiáng)制進(jìn)入到停止模式，所有的掃描會(huì)被停止。 描周期長(zhǎng)度和 運(yùn)算速度， I/O 數(shù)量，用戶應(yīng)用程序的長(zhǎng)度有關(guān)系。不同的指令的執(zhí)行時(shí)間是不同的，范圍從幾微秒到幾百微秒， 所以不同的指令的掃描時(shí)間也是不同的。但是由于當(dāng)今的 度都非?？?，通過(guò)對(duì)程序的費(fèi)心思考去減小掃描周期時(shí)間中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 6 第 6 頁(yè) 不再是非常必要的了。 概括而言 ， 按集中輸入、集中輸出 ，周期性循環(huán)掃描的 方式進(jìn)行 工作的。每一次掃描所 用的 時(shí)間稱為掃描周期 ,也叫工作周期。 在 電后的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，它會(huì)不斷重復(fù)掃描過(guò)程，并一直重復(fù)下去。分析掃描過(guò)程時(shí)，如果忽略遠(yuǎn)程 I/O、特殊模塊、更新時(shí)鐘及其他通訊服務(wù)， 這樣 掃描過(guò)程 就 只剩下輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。這三個(gè)階段是 作過(guò)程的中心內(nèi)容，也是作原理的 核心所在。 輸入采樣階段 輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將每個(gè)輸入狀態(tài)存入對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時(shí)出入映像寄存器被刷新。接著系統(tǒng)進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無(wú)論輸入信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)周期的輸入采樣階段，才重新寫入出入端的新內(nèi)容。所以，一般來(lái)說(shuō)，輸入信號(hào)的寬度要大于一個(gè)掃描周期，或者輸入信號(hào)的頻率不能太高，否則很可能造成信號(hào)的丟失。 程序執(zhí)行階段 進(jìn)入程序執(zhí)行階段之后，一般來(lái)說(shuō)（因?yàn)檫€有子程序和中斷程序的情況）， 左到右、從上到下的步驟執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， 從輸入映像寄存器中“讀入”對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從原件映像寄存器“讀入”對(duì)應(yīng)原件（“軟繼電器”）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，最新的運(yùn)算結(jié)果馬上存入到相應(yīng)的原件映像寄存器中。對(duì)原件映像寄存器來(lái)說(shuō)，每一個(gè)原件（“軟繼電器”）的狀態(tài)隨著程序過(guò)程而刷新。 輸出刷新階段 在用戶程序執(zhí)行完畢之后，原件映像寄存器中所有輸出寄存器的狀態(tài)（接通 /斷開(kāi)）在輸出刷新階段一起轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過(guò)一定方式集中輸出，最后經(jīng)過(guò)輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。在下一個(gè)輸 出刷新階段開(kāi)始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會(huì)改變，從而輸出端子的狀態(tài)也不會(huì)改變。 （ 3） 主要功能 使用非常廣泛，在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、工廠自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中占有重要地位。今天的 功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)可以取代的。 現(xiàn)在的 控制功能 邏輯控制 :、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運(yùn)算功能，可以代替繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制。 定時(shí)控制 :它為用戶提供了若干個(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 :用脈沖控制可以實(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) 作為多部步進(jìn)控制器使用。 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 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 7 第 7 頁(yè) 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)和先入先出 模擬數(shù)據(jù)處理 :分和濾波 輸入 /輸出接口處理功能 具有 A/，通過(guò) I/可以根據(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。 通信、聯(lián)網(wǎng)功能 現(xiàn)代 絡(luò)技術(shù)，大都有 進(jìn)行遠(yuǎn)程 I/臺(tái) 信，外部器件與一臺(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) 中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控 制。 人機(jī)界面功能 提供操作者以監(jiān)視機(jī)器 /過(guò)程工作必需的信息；允許操作者和 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 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)。 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、試驗(yàn)和記錄，并通過(guò)打印機(jī)打印出程序文件。 （ 4） 制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng) 中 很大一部分 是采用 ，而 不是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，這主要是因?yàn)?功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 一臺(tái)小型 計(jì)時(shí)器，計(jì)數(shù)器，繼電器等），有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價(jià)格比。 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活 方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障， 剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的 1/1000，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)， 被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 8 第 8 頁(yè) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。 種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào) 試，輸入信號(hào)用小開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，通過(guò) 成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。 編程方法簡(jiǎn)單 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語(yǔ)言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語(yǔ)言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。梯形圖語(yǔ)言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級(jí)語(yǔ)言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí) ，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語(yǔ)言后再去執(zhí)行。 維修工作量少，維修方便 故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。 外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù) 修改程序或更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 體積小，能耗低 對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用 以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的確 1/20。 可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時(shí)，可以減少大量費(fèi)用。 與時(shí)俱進(jìn)，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊 以與電腦及智能儀表等通過(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制集中管理。并能實(shí)現(xiàn)地顯示出當(dāng)前機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)和工作流程，對(duì)生產(chǎn)管理和現(xiàn)場(chǎng)維修帶來(lái)極大的方便。而組態(tài)軟件是一種成熟的軟件產(chǎn)品，主要用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集等優(yōu)點(diǎn)是功能強(qiáng)大，易于二次組態(tài)開(kāi)發(fā)，性能穩(wěn)定。多以通過(guò)實(shí)踐檢能夠很好的完成本文的要求。 （ 5） 信方式 要有 三種通信方式：一種是通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（ 方式，主要用于與 司的專門用于對(duì) 行編程的設(shè)備進(jìn)行通信，這種通訊協(xié)議是對(duì)外保密的。第二種為 式， 過(guò)這種方式連接到過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線從而可以擴(kuò)大 控制范圍。第三種是 信即自由口通訊方式，自由即意味著通訊協(xié)議可由用戶自己編寫，這種方式比較開(kāi)放。本系統(tǒng)中采用 信方式，它是 門為 計(jì)的專用通信協(xié)議。這種方式所需的投資很小，同時(shí)擁有很好的靈活性，適合小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。大多數(shù) 的串口通訊 標(biāo)準(zhǔn)為 司提供的 纜帶有 此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將 C 機(jī)互聯(lián)。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 9 第 9 頁(yè) 站監(jiān)控系統(tǒng)各種參數(shù)的檢測(cè) 泵站監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過(guò)程中，需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，本文將給出這幾個(gè)參數(shù)的檢測(cè)方法 :水池液位、水泵流量、水泵壓力。 池液位的檢測(cè) 本系統(tǒng)采用超聲波液位傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水池液位的檢測(cè)。 超聲波液位傳感器是利用超聲波對(duì)兩種介質(zhì)之間的邊界反射特性。如果發(fā)射的超聲波脈 沖的開(kāi)始，直到接收到的反射波的時(shí)間間隔是已知的，可以計(jì)算出分界面的具體位置，液位的測(cè)量可以使用此方法。據(jù)的發(fā)送和接收功能的換能器，傳感器可分為單個(gè)換能器和雙個(gè)換能器。單個(gè)換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波使用相同的換能器，和雙換能器傳感器的發(fā)送和接收使用兩個(gè)換能器所不同。下面是單個(gè)換能器超聲波傳感器進(jìn)的介紹。 超聲波的發(fā)射和接收換能器可以安裝在液體表面上方，讓超聲波在空氣中的傳播，在圖 圖 聲波液位計(jì)安裝示意圖 采用單個(gè)換能器時(shí)，發(fā)射的超聲波從液面反射回到換能器所需到的時(shí)間為 ： 2ht c （式 那么 2 （式 式中： h 為換能器到液面之間的高度， c 為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。 從上面的式子可以看出，只要測(cè)出時(shí)間間隔 t，就可以求出液位高度 h。 超聲波液位傳感器具有精度高，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，但如果有氣泡在液體或液體表面的波動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。在一般使用條件下，其測(cè)量誤差為，檢測(cè)液位范圍為m。 本文采用 列的超聲波液位計(jì)，在測(cè)量過(guò)程中脈沖超聲波由傳感器（換能器）發(fā)出，反射的聲波由同一傳感器接收。通過(guò)超聲波發(fā)送和接收的時(shí)間來(lái)計(jì)算要測(cè)試的對(duì)象距離傳感器的距離。 工作特點(diǎn)：先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，豐富的軟件功能，以適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境；使用新的波形計(jì)算技術(shù)，提高儀器的測(cè)量精度；雜亂回波抑制功能，保證真實(shí)的測(cè)量 數(shù)據(jù)； 16 位 D/ 013 屆本科生畢業(yè) 論文 10 第 10 頁(yè) 轉(zhuǎn)換，并提高輸出電流的精度和分辨率；傳感器采用四氟乙烯材料，可用于各種腐蝕性環(huán)境；多種輸出模式：可編程繼電器輸出，高精度 4流輸出， 字通信輸出等方法可以選擇。 圖 聲波液位計(jì)選型 設(shè)計(jì)中選用二線制輸出型液位計(jì)，其參數(shù)如下： 電源： 24出： 4 20線制 防護(hù)等級(jí)： 程： 0 3、 5、 8、 10、 15、 20m 精度： 盲區(qū)： 度： +55 泵壓力的檢測(cè) 本文采用應(yīng)變式壓力傳感器來(lái)檢測(cè)水泵的壓力。 應(yīng)變式壓力傳感器，主要用于測(cè)量設(shè)備的進(jìn)口和出口的氣體或液體的壓力，如動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的壓力，在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的壓力，桶和筒的內(nèi)部壓力，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)管道壓力等。應(yīng)變式壓力傳感器大多采用膜片式或圓柱狀的彈性元件。隔膜式壓力傳感器的應(yīng)變片安裝在膜片的內(nèi)壁，在壓力 片產(chǎn)生的徑向和切向應(yīng)變表達(dá)式分別為： 2 2 223 (1 ) ( 3 )8r p R （式 2 2 223 (1 ) ( )8T p R （式 式中： 分別為膜片的厚度和壓力， 由 以上公式 可知， 當(dāng) 膜片承受壓力時(shí)，其應(yīng)變變化曲線 具有以下 特點(diǎn)為：當(dāng) x=0時(shí)，；當(dāng) x=0，=。 根據(jù)以上特點(diǎn)，在平膜片圓心處切向粘貼 其 邊緣處沿徑向粘貼中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 11 第 11 頁(yè) 個(gè)應(yīng)變片，然后接成如圖 全橋電路。其中，E ，且2=4，則： （式 （式 此時(shí)全橋差動(dòng)電路不僅沒(méi)有非線形誤差，而且電壓靈敏度為 單片工作時(shí)的 4 倍，同時(shí)仍具有溫度補(bǔ)償作用。 + + R 1R 3 - R 3R 4 + R 4R 2 - R 2圖 橋差動(dòng)電路 本系統(tǒng)采用 956 系列薄膜壓力傳感器。 956系列高性能薄膜壓力傳感器和信號(hào)調(diào)理電路薄膜壓力傳感器。本系列產(chǎn)品具有獨(dú)特的技術(shù)，性能優(yōu)越，具有體積小，重量輕，安裝方便，可以在惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定等特點(diǎn)，特別適用于頻繁的沖擊壓力測(cè)量。理想流體壓力測(cè)量?jī)x器。 956系列薄膜壓力傳感器特性： 于 +/ - 速度增長(zhǎng) 圍允許介質(zhì)溫度為 - 40 125 熱，耐腐蝕，耐震動(dòng) 此產(chǎn)品，適應(yīng)性廣，體積小，重量輕，無(wú)隔離膜片和調(diào)解液體 ;全不銹鋼密封結(jié)構(gòu)，沒(méi)有移動(dòng)部件，可以直接進(jìn)行任何安裝。因此，適應(yīng)于各種工業(yè)測(cè)量場(chǎng)合和媒體。 主要技術(shù)指標(biāo)： 液體，氣體或蒸汽 兩線制 4 24V 負(fù)載時(shí)，可工作于 12V 國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 12 第 12 頁(yè) 允許的最小負(fù)載為零，最大 負(fù)載 50 量程的 120 變送器過(guò)壓時(shí)，內(nèi)部限流器輸出電流限制在 25 敏感元件工作溫度： 125；電子部件工作溫度： 85 0相對(duì)濕度 泵流量的檢測(cè) 本系統(tǒng)采用電磁流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵流量的檢測(cè)。 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的。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(cè)量的流量信號(hào)整定成為標(biāo)準(zhǔn)的 4磁流量傳感器 是根據(jù)法拉第原理制成的一種流量計(jì)，用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量。其原理圖如圖 是由產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)的系統(tǒng)、不導(dǎo)磁材料的管道以及在管道橫截面上的導(dǎo)電電極組成。磁場(chǎng)方向、電極連線、管道軸線三者之間是相互垂直的。 當(dāng)被測(cè)導(dǎo)電液體流過(guò)管道時(shí)，切割磁力線，于是在和磁場(chǎng)及流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其數(shù)值與液體的流速成正比。即 （式 上式中 :T)； 為管道內(nèi)徑 )(m)； m/s )。 由式 (被測(cè)導(dǎo)電液體 的 體積流量為 E 因此，液體的流量可以通過(guò)上述的電動(dòng)勢(shì)求出。 E 磁流量傳感器的工作機(jī)理 理論上磁場(chǎng)強(qiáng)度 就是說(shuō)是直流磁場(chǎng)。但是，直流電勢(shì)會(huì)使被測(cè)的液體電解化，使電 極極化。 正電極被負(fù)離子包圍，負(fù)電極被一層正離子包圍，加大了電極的電阻。破壞了原來(lái)的測(cè)量條件。同時(shí)內(nèi)阻增加隨被測(cè)液體成分的變化和工作時(shí)間長(zhǎng)短而變化，因而使輸出電勢(shì)不固定，影響測(cè)量精度。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 13 第 13 頁(yè) 而對(duì)被測(cè)量介質(zhì)的流量測(cè)量采用交流電 (頻率為 50磁的交流磁場(chǎng) ： 1#泵2#泵3#泵4#泵城 市 排 水 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 1#泵2#泵3#泵4#泵城 市 排 水 所以體積流量為 1#泵2#泵3#泵4#泵城 市 排 水 為了避免測(cè)量管路引起磁分流，故需要用非導(dǎo)磁材料做成。另外，由于測(cè)量管路處于較強(qiáng)的交流磁場(chǎng)中，管壁產(chǎn)生渦流，因而產(chǎn)生二次磁通。為了減少渦流，要求測(cè)量管路的材料具有高電阻率。且對(duì)于不同直徑的電磁流量計(jì)，其電極、測(cè)量管路都采用不同的材料做成。 電磁流量計(jì)的特點(diǎn) : 部件，因此可用于有懸浮顆粒的漿液等流量的測(cè)量，且壓力損失極??； 力、粘度等無(wú)關(guān)，因此其使用范圍廣泛； m a x m i n 1500； 以用來(lái)測(cè)量脈動(dòng)流量； 米。 站的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用西門子 要根據(jù)水位的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的啟停。 站工藝流程 下面是排水 系統(tǒng)的工藝流程。如圖 示，當(dāng)水位低于 高于 1#泵啟動(dòng)，當(dāng)水位高于 不高于 2#泵也啟動(dòng)，當(dāng)水位高于#也啟動(dòng)，當(dāng)水位高于 系統(tǒng)報(bào)警同時(shí) 4#泵也啟動(dòng)。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 14 第 14 頁(yè) 1 # 泵2 # 泵3 # 泵4 # 泵城市排水 1V - 2V - 3V - 4圖 站工藝流程圖 統(tǒng)的控制要求 本系統(tǒng)對(duì)泵站控制的基本要求是： 動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)使用； 制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)及地址分配 控制系統(tǒng)的輸入 /輸出信號(hào)的名稱、代碼、及地址編號(hào)如下表所列。在水池的 H、 L、 A、B、 水位達(dá)到或超過(guò)這些位置時(shí)，對(duì)于的浮球開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)。 表 1 輸入 /輸出點(diǎn)代碼和地址編號(hào) 名稱 代碼 地址編號(hào) 輸入信號(hào) 位下限） 水位信號(hào)（水位上限） 水位信號(hào) 水位信號(hào) 水位信號(hào) 頻器報(bào)警信號(hào) 鈴按鈕 國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 15 第 15 頁(yè) 試燈按 鈕 力傳感器的電壓值 量傳感器的電壓值 出信號(hào) 1號(hào)泵工頻工作時(shí)接觸器和指示燈 號(hào)泵變頻工作時(shí)接觸器和指示燈 號(hào)泵工頻工作時(shí)接觸器和指示燈 號(hào)泵變頻工作時(shí)接觸器和指示燈 號(hào)泵工頻工作時(shí)接觸器和指示燈 號(hào)泵變頻工作時(shí)接觸器和指示燈 號(hào)泵工頻工作時(shí)接觸器和指示燈 號(hào)泵變頻工作時(shí)接觸器和指示燈 水位 (水池下限 )報(bào)警燈 水位 (水池上限 )報(bào)警燈 頻器故障報(bào)警燈 警電鈴 頻器頻率復(fù)位控制 制變頻器頻率電壓信號(hào) 統(tǒng)選型 根據(jù)上面表格的分析可以知道：系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn) 8 個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn) 13 個(gè)；模擬量輸入點(diǎn) 2 個(gè)，模擬量輸出點(diǎn) 1 個(gè)。參照西門子 列 品說(shuō)明書 發(fā)現(xiàn)采用 22 的 多只能擴(kuò)展兩個(gè)模塊，無(wú)法滿足后續(xù)擴(kuò)展要求，選用 是花銷很大 ,浪費(fèi)較大，故選用主機(jī)為 14入 /10出）一臺(tái)，加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊 擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊 ,這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個(gè) 主 機(jī) 單 元C P U 2 2 4擴(kuò) 展 單 元E M 2 2 28 點(diǎn) 繼 電 器 輸 出模 擬 量 單 元E M 2 3 54 A I / 1 A 本監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)水泵的軟啟動(dòng)功能，考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，選擇變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。 變頻 器選擇西門子 種變頻器集多種功能于一體，并提供多個(gè)型號(hào)供用戶選擇，其恒定轉(zhuǎn)矩控制方式的額定功率范圍為 120變轉(zhuǎn)矩控制方式的額定功率可達(dá) 250全能夠滿足本監(jiān)控系統(tǒng)的需求。 本文中 7現(xiàn)水泵電機(jī)在軟啟動(dòng)過(guò)程中的變頻控制。 本文中水泵電機(jī)型號(hào)選擇 頻器在連接電機(jī)時(shí)雙方都得設(shè)置參數(shù)，以使電動(dòng)中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 16 第 16 頁(yè) 機(jī)與變頻器相配。電動(dòng)機(jī)參數(shù)如表 2所示。 電動(dòng)機(jī)參數(shù) 設(shè)置完成后，設(shè)置 ，使變頻器處于準(zhǔn)備狀態(tài)。然后設(shè)置變頻器控制端口開(kāi)關(guān)操作操作控制參數(shù)，如表 3所示。 表 2 設(shè)置電動(dòng)機(jī)參數(shù)表 參數(shù)表 出廠值 設(shè)置值 說(shuō)明 1 用戶訪問(wèn)級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí) 1 快速調(diào)試 0 功率單位為 率為 500304 230 380 電動(dòng)機(jī)額定電壓（ V） 動(dòng)機(jī)額定電流（ A） 動(dòng)機(jī)額定功率（ 0 50 電動(dòng)機(jī)額定頻率（ 1400 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（ r/ 表 3 控制端口開(kāi)關(guān)操作控制參數(shù) 參數(shù)號(hào) 出廠值 設(shè)置值 說(shuō)明 1 用戶訪問(wèn)等級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí) 7 命令和數(shù)字 I/O 2 命令源選擇“由端子排輸入” 2 用戶訪問(wèn)等級(jí)為擴(kuò)展級(jí) 7 命令和數(shù)字 I/O * 1 數(shù)字輸入端 1接通正轉(zhuǎn)，斷開(kāi)停止 * 2 數(shù)字輸入端 2接通反轉(zhuǎn)，斷開(kāi)停止 1 用戶訪問(wèn)等級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí) 10 設(shè)置值通道和斜坡函數(shù)發(fā)生器 2 頻率設(shè)定值選擇為“模擬輸入” 0 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行最低頻率（ 0 50 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行最高頻率（ *0 5 斜坡上升時(shí)間（ s） *0 5 斜坡下降時(shí)間（ s） 制系統(tǒng)的電氣原理圖 控制系統(tǒng)的電氣原理圖包括主電路圖，控制電路圖和 外部接線電路圖。 如圖 示為控制水泵電機(jī)的主電路圖。四臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)分別為 接觸器，分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 接觸器 ,分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 變頻工作控制， 別為安裝在四臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)上的熱繼電器；隔離開(kāi)關(guān)，分別安裝在相應(yīng)的變頻器及電機(jī)上；現(xiàn)對(duì)總電源的開(kāi)閉， 變頻器。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 17 第 17 頁(yè) 圖 如圖 示為控制系統(tǒng)的控制電路圖。 手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行兩種運(yùn)行 模式的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)， 到 1 時(shí)，系統(tǒng)處于手動(dòng)控制狀態(tài) ；當(dāng)撥到 2時(shí)，系統(tǒng)處于 制的狀態(tài)下。手動(dòng)控制時(shí)可以用按鈕 臺(tái)水泵的啟停。 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的復(fù)位操作。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 18 第 18 頁(yè) 圖 圍接線電路圖 如圖 示為 其擴(kuò)展模塊的外圍接線電路圖。 圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè) 論文 19 第 19