煤礦安全監(jiān)控分站的PLC設(shè)計(jì)PAGEPAGEI煤礦安全監(jiān)控分站的PLC設(shè)計(jì)摘要近年來國(guó)內(nèi)煤礦安全事故不斷，特別是井下瓦斯爆炸事故時(shí)有發(fā)生，僅2003年，煤礦瓦斯爆炸死亡10人以上事故就有數(shù)10起，煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)預(yù)防事故的主要措施之一，也是現(xiàn)代化礦井管理水平的重要標(biāo)志。通過對(duì)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)選型的研究，使煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠性大大提高，對(duì)確保煤礦安全生產(chǎn)將起到一定的作用。煤礦安全監(jiān)控分站的PLC設(shè)計(jì)是利用PLC對(duì)井下傳感器傳出的氣體濃度、溫度等數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測(cè)來獲知井下分站的安全性。氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是對(duì)井下幾種特征氣體：氫氣、一氧化碳、甲烷以及風(fēng)速、溫度進(jìn)行在線取樣、分析，將獲得的數(shù)據(jù)傳給地面中心站并接收中心站發(fā)送的各種命令，以便及時(shí)地、準(zhǔn)確地了解井下分站的安全狀況，為安全隱患的預(yù)警和控制服務(wù)，有利于采取措施避免重大事故，提高井下作業(yè)的安全性。本文介紹了西門子S7-224可編程控制器在氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要闡述了利用PLC的高速計(jì)數(shù)器對(duì)8路通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。西門子公司的S7-200系列可編程序控制器(PLC)是繼S5系列后的新產(chǎn)品。該系列PLC具有模擬量處理、通信聯(lián)網(wǎng)、系統(tǒng)診斷、中斷處理和高速計(jì)數(shù)等功能。它將模塊式和一體式PLC的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，即CPU本身自帶一部分1/0，同時(shí)又具有擴(kuò)展能力。編程軟件STEP7-Micro為用戶提供了界面友好而功能強(qiáng)大的開發(fā)工具。其配套EEPROM存儲(chǔ)卡也使修改和調(diào)試程序、設(shè)備維護(hù)十分方便和可靠。CPU214S7-200系列PLC中的典型產(chǎn)品，其基本單元有14點(diǎn)輸入和10點(diǎn)輸出，最多可支持7個(gè)附加的擴(kuò)展I/O模塊(包括模擬量模塊)，最多可使用64個(gè)I/0點(diǎn)，有1個(gè)可接收2kHz脈沖輸入的高速計(jì)數(shù)器以及2個(gè)可接收7kHz脈沖輸入的高速計(jì)器，有內(nèi)藏的實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘。本文主要介紹了S7-224PLC的高速計(jì)數(shù)器對(duì)井下氣體及溫度、風(fēng)速信號(hào)等進(jìn)行采集。關(guān)鍵詞：煤礦；PLC；安全監(jiān)控；高速計(jì)數(shù)器目錄TOC\o"1-3"\h\z摘要 IAbstract II目錄 IV1概述 11.1我國(guó)安全監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀 11.2煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)工作的意義 11.2.1煤礦安全監(jiān)測(cè)工作的必要性 21.2.2傳統(tǒng)檢測(cè)活動(dòng)的局限性 21.2.3安全監(jiān)測(cè)工作的任務(wù) 31.2.4安全監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展前景 31.3我國(guó)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展 41.4目前存在問題 51.4.1通信協(xié)議不規(guī)范 51.4.2井下信息傳輸設(shè)備物理接口協(xié)議不規(guī)范 51.4.3傳感器等質(zhì)量不過關(guān) 51.4.3現(xiàn)場(chǎng)管理和維護(hù)水平有待于加強(qiáng) 62系統(tǒng)的整體基本狀況 72.1井下分站在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的作用 72.2設(shè)計(jì)要求及特點(diǎn) 72.2.1監(jiān)測(cè)信號(hào)種類 72.2.2控制內(nèi)容 72.2.3設(shè)計(jì)要求 72.2.4設(shè)計(jì)特點(diǎn) 72.3系統(tǒng)構(gòu)成 82.4系統(tǒng)中心站 82.5局域網(wǎng)絡(luò) 92.6井下分站功能 92.7系統(tǒng)配接的各種傳感器控制器 92.8技術(shù)參數(shù) 102.8.1分站容量 102.8.2檢測(cè)精度 102.8.3通信數(shù)據(jù)傳輸率 102.8.4其他電性能參數(shù) 102.8.5工作環(huán)境 102.9系統(tǒng)特點(diǎn) 102.9.1PLC控制系統(tǒng) 112.9.2可編程序控制器(PLC)及其結(jié)構(gòu) 112.9.3PLC的特點(diǎn)及發(fā)展 132.10CPU-224 132.10.1西門子S7-200D的簡(jiǎn)介 142.10.2S7-200系列的PLC的通信 162.11井下分站常見故障及其處理方法 162.12系抗干擾措施 162.12.1傳輸系統(tǒng)抗干擾措施 162.12.2分站及傳感器抗干擾措施 162.13井下分站配接設(shè)備表 163硬件電路設(shè)計(jì) 193.1系統(tǒng)框圖 193.2PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路原理 19S7-224 203.3控制系統(tǒng)及外圍系統(tǒng) 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.3.1頻率選通模塊 203.3.2分站箱外部插頭座 213.3.3電源箱的設(shè)計(jì) 223.3.4分站系統(tǒng)顯示模塊硬件電路 224系統(tǒng)軟件流程圖 244.1系統(tǒng)主程序流程圖 244.2檢測(cè)子程序流程圖 254.2.1子程序1流程圖 254.2.2模擬檢測(cè)量檢測(cè)子程序2 274.2.3數(shù)字待測(cè)量檢測(cè)子程序3 284.2.4頻率計(jì)數(shù)子程序4 294.3通訊程序設(shè)計(jì) 305結(jié)論與展望 34參考文獻(xiàn) 35致謝 361概述1.1我國(guó)安全監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用較晚，80年代初，從波蘭、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和美國(guó)等（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200）引進(jìn)了一批安全監(jiān)控系統(tǒng)，裝備了部分煤礦；在引進(jìn)的同時(shí)，通過消化、吸收并結(jié)合我國(guó)煤礦的實(shí)際情況，先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等監(jiān)控系統(tǒng)，在我國(guó)煤礦已大量使用。實(shí)踐表明，安全監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦安全生產(chǎn)和管理起到了十分重要的作用，各局礦已作為一項(xiàng)重大安全裝備。由于當(dāng)時(shí)相當(dāng)一部分監(jiān)控系統(tǒng)由于技術(shù)水平低、功能和擴(kuò)展性能差、現(xiàn)場(chǎng)維修維護(hù)和技術(shù)服務(wù)跟不上等原因，或者已淘汰、或者停產(chǎn)。因此造成相當(dāng)一部分礦井無法繼續(xù)正常使用已裝備的系統(tǒng)。特別是近年來由于老系統(tǒng)服務(wù)年限將至，已無繼續(xù)維修維護(hù)的必要，系統(tǒng)面臨更新改造的機(jī)遇。

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和企業(yè)自身發(fā)展的需要，國(guó)內(nèi)各主要科研單位和生產(chǎn)廠家又相繼推出了KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等監(jiān)控系統(tǒng)，以及MSNM、WEBGIS等煤礦安全綜合化和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。同時(shí)，在“以風(fēng)定產(chǎn)，先抽后采，監(jiān)測(cè)監(jiān)控”十二字方針和煤礦安全規(guī)程有關(guān)條款指導(dǎo)下，規(guī)定了我國(guó)各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井必須裝備礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。因此，大大小小的系統(tǒng)生產(chǎn)廠家如雨后春筍般的不斷出現(xiàn)，為用戶提供了更多的選擇機(jī)會(huì)、也促進(jìn)了各廠家在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)條件下不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)意識(shí)。

自2000年以來，隨著國(guó)家對(duì)煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)要求的不斷提高和企業(yè)自身發(fā)展的需要，我國(guó)各大、中、小煤礦陸續(xù)在裝備礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)的裝備大大提高了礦井安全生產(chǎn)水平和安全生產(chǎn)管理效率，同時(shí)也為該技術(shù)的正確選擇、使用、維護(hù)和企業(yè)安全生產(chǎn)信息化管理提出了更高的要求。1.2煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)工作的意義加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，是黨和國(guó)家的一貫方針，是社會(huì)主義企業(yè)管理的一項(xiàng)基本原則。煤礦自然災(zāi)害較多，每個(gè)礦井都有發(fā)生冒頂，瓦斯爆炸的危險(xiǎn)，一定數(shù)量的礦井還存在有煤與瓦斯突出，自然發(fā)火，煤塵爆炸，水患等自然災(zāi)害的威脅；另外機(jī)電運(yùn)輸事故，也嚴(yán)重地影響著礦井的安全生產(chǎn)。從根本上改善煤礦安全生產(chǎn)狀況，是關(guān)系煤炭工業(yè)發(fā)展的大事，是保障煤炭工業(yè)持續(xù)，穩(wěn)定，健康發(fā)展的重要前提。為了貫徹落實(shí)安全第一的方針，除了加強(qiáng)管理和安全技術(shù)培訓(xùn)外，安全監(jiān)測(cè)工作現(xiàn)代化也是加強(qiáng)安全工作的重要物質(zhì)技術(shù)保證。它是防止各類事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)煤礦管理現(xiàn)代化的必要手段，也是一項(xiàng)不容忽視的安全技術(shù)基礎(chǔ)工作。1.2.1煤礦安全監(jiān)測(cè)工作的必要性1）井安全生產(chǎn)的重要保證條件煤礦井下生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜，作業(yè)環(huán)境條件特殊；機(jī)器設(shè)備的數(shù)量，品種繁多，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要相互銜接和緊密配合。這些客觀實(shí)際因素，使井下發(fā)生災(zāi)變事故的幾率一直高于其它行業(yè)，事故發(fā)生的隨即性也很強(qiáng)。為確保礦井安全生產(chǎn)，必須全面，系統(tǒng)地掌握作業(yè)環(huán)境和機(jī)器設(shè)備的工作狀況，以實(shí)現(xiàn)有效控制。因此，礦井安全生產(chǎn)必須首先作好測(cè)試與監(jiān)控工作。2)煤礦管理現(xiàn)代化的重要技術(shù)手段現(xiàn)代化礦井，必然有現(xiàn)代化的機(jī)器設(shè)備，作業(yè)方法和工藝系統(tǒng)。為了有效地發(fā)揮現(xiàn)代化裝備的效能，就必須建立相應(yīng)的安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)體系。3)煤炭生產(chǎn)發(fā)展的需要隨著煤炭生產(chǎn)的發(fā)展，煤炭產(chǎn)量和機(jī)械化程度不斷提高，井型越來越大，開采深度日益增加。這樣，多數(shù)礦井瓦斯涌出量增加，環(huán)境溫度不斷上升，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)日益復(fù)雜；一些有自然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井，火災(zāi)威脅日趨嚴(yán)重。此外，機(jī)電運(yùn)輸環(huán)節(jié)增多，機(jī)電運(yùn)輸事故也大大上升。各種事故因素也伴隨生產(chǎn)的發(fā)展而復(fù)雜化，因而，必須采取相應(yīng)的對(duì)策加以控制和預(yù)防。安全監(jiān)測(cè)工作就是預(yù)防事故發(fā)生的前提，是為各項(xiàng)安全防御措施提供決策數(shù)據(jù)的必要手段，所以，安全監(jiān)測(cè)工作現(xiàn)代化是煤炭生產(chǎn)發(fā)展的需要。1.2.2傳統(tǒng)檢測(cè)活動(dòng)的局限性多年來，礦井安全檢測(cè)工作的傳統(tǒng)作法是依靠少量的簡(jiǎn)單儀器，由少數(shù)檢測(cè)人員進(jìn)行間斷地，孤立地檢查個(gè)別作業(yè)環(huán)境參數(shù)，主要是檢查瓦斯。這種做法有很大的局限性。1)主觀性。選擇檢測(cè)時(shí)間和檢測(cè)地點(diǎn)時(shí)，主要依靠檢測(cè)人員的自身素質(zhì)和以往的經(jīng)驗(yàn)，因而，存在較大的主觀隨意性。2)間斷性。檢測(cè)手段主要依靠攜帶是儀器或儀表，隨檢測(cè)人員流動(dòng)，因而，所檢測(cè)的數(shù)據(jù)是間斷的，無法反映參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化。3)單一性。因?yàn)闄z測(cè)手段過于簡(jiǎn)單，一般只限單一參數(shù)，不能實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同時(shí)監(jiān)測(cè)，所以，無法全面反映各測(cè)點(diǎn)的實(shí)際情況。4)滯后性。由于信息反饋手段大多靠表報(bào)，面對(duì)面匯報(bào)或電話通訊，使信息的處理，傳輸，控制和調(diào)整，在時(shí)間上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于參數(shù)的實(shí)際變化，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)整。由于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)的局限性，無法適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，就迫使人們不斷研制新型監(jiān)測(cè)裝備。目前，時(shí)間上各主要產(chǎn)煤國(guó)都十分重視礦井監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，并已形成了各自的監(jiān)測(cè)裝備體系。我國(guó)在礦井監(jiān)測(cè)技術(shù)裝備的研制方面，已具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模和水平，無論是便攜式，固定式和系統(tǒng)式監(jiān)測(cè)儀器，均已廣泛應(yīng)用于各大，中，小型礦井中。1.2.3安全監(jiān)測(cè)工作的任務(wù)1)提供信息。它為各級(jí)生產(chǎn)指揮和業(yè)務(wù)部門提供安全狀況和工作狀況動(dòng)態(tài)信息，以便指揮生產(chǎn)。2)探測(cè)和預(yù)報(bào)災(zāi)害事故。通過被測(cè)參數(shù)的比較和分析，為預(yù)防災(zāi)害事故提供重要技術(shù)數(shù)據(jù)，以便提前采取預(yù)防措施。3)制止災(zāi)害事故發(fā)生。通過對(duì)測(cè)試參數(shù)適時(shí)有效控制，及時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，斷電和閉鎖，以制止事故的發(fā)生或擴(kuò)大。4)設(shè)施的自動(dòng)調(diào)控。通過對(duì)生產(chǎn)工藝活動(dòng)的餓動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)各種設(shè)施的自動(dòng)調(diào)控，如：通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)調(diào)控，運(yùn)輸系統(tǒng)調(diào)控等。為救災(zāi)提供決策信息。在發(fā)生事故的情況下，能及時(shí)指示最佳救災(zāi)和避災(zāi)路線，為搶救和疏散人員，器材提供決策信息。1.2.4安全監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展前景1)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備的主要功能其主要功能有：A圖形與數(shù)據(jù)顯示；B打印記錄；C報(bào)警，斷電和閉鎖；D被測(cè)參數(shù)發(fā)展趨勢(shì)的比較和預(yù)測(cè)；E數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存儲(chǔ)；F反饋指令和自動(dòng)調(diào)控。2)發(fā)展前景可實(shí)現(xiàn)：A全面地系統(tǒng)監(jiān)測(cè)；B多參數(shù)連續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；C預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)，力爭(zhēng)達(dá)到超前調(diào)整與控制；D實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制，使功能動(dòng)作時(shí)間與參數(shù)實(shí)際發(fā)生時(shí)間的時(shí)差，趨近于零；E礦井生產(chǎn)全面自動(dòng)化。一個(gè)現(xiàn)代化礦井，其監(jiān)測(cè)手段必須現(xiàn)代化，可以說，安全監(jiān)測(cè)工作現(xiàn)代化是實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)之一。所以，安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展與普遍應(yīng)用，對(duì)煤炭事業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。1.3我國(guó)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)是以礦山井上，井下各主要生產(chǎn)和輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的作業(yè)環(huán)境條件和作業(yè)狀況為監(jiān)控對(duì)象，并以各種類型傳感器為參數(shù)數(shù)據(jù)收集元件，以數(shù)字信息處理為技術(shù)基礎(chǔ)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的.一種實(shí)現(xiàn)分散和集中監(jiān)測(cè)，控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。它是礦山實(shí)現(xiàn)遙測(cè)，遙訊，遙控和全面自動(dòng)化的一個(gè)及其重要的組成部分。目前，安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要側(cè)重與環(huán)境參數(shù)的集中監(jiān)測(cè)，如:檢測(cè)氧，甲烷(沼氣)，一氧化碳，煙塵，溫度及通訊網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等，同時(shí).部分設(shè)備的工況監(jiān)測(cè)也開始納入礦井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之中。本世紀(jì)70年代末國(guó)際上開始應(yīng)用礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)入80年代初期，日本，美國(guó)，波蘭，法國(guó)，德國(guó)等國(guó)家先后研制并使用了十余種安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在這些早期研制的系統(tǒng)中已開始使用小型機(jī)和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.在信息傳輸方式上，有時(shí)分，頻分，基帶，脈碼，編碼以及移頻鍵控，調(diào)幅等多種方式，傳輸速度從50bit/s到500bit/s，分站容量有大有小，礦井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有了很大發(fā)展。這一時(shí)期的特點(diǎn)是:用戶系統(tǒng)圍繞中央小型計(jì)算機(jī)配置，軟件用高級(jí)語言編寫，輸入輸出裝置由實(shí)驗(yàn)型硬件組成.井下傳感器與中央計(jì)算機(jī)之間的通信協(xié)議通常以串行數(shù)據(jù)格式的電壓表示，該協(xié)議仍受礦井環(huán)境影響，系統(tǒng)程序是計(jì)算機(jī)順利工作的保證，一般由生產(chǎn)單位提供。我國(guó)最早自行研制的WDJ-1與MJC-100A，AW-80等系統(tǒng)同屬于第一代計(jì)算機(jī)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，現(xiàn)已基本淘汰。進(jìn)入80年代中后期，礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常以微型機(jī)為基礎(chǔ)，程序軟件填補(bǔ)結(jié)構(gòu)風(fēng)格空白，由生產(chǎn)部門提供輸入，輸出硬件，而使各種輸入，輸出功能均可使用，井下傳感器與中央計(jì)算機(jī)之間的通信協(xié)議已不受礦井環(huán)境的干擾.另外，采用錯(cuò)誤校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳輸中串行數(shù)據(jù)楨頻技術(shù)的抗干擾方法，人機(jī)接口由彩色顯示屏，圖形顯示器，打印機(jī)，多線文本顯示器及燈光模擬盤提供，操作員接口可以在多處設(shè)置，傳感器均按礦井工作環(huán)境需要而制造等，比早期系統(tǒng)在可靠性和有效性方面有了較大提高.我國(guó)80年代后期研制與仿制的監(jiān)控系統(tǒng)，其技術(shù)水平已相當(dāng)于國(guó)際80年代中期水平，近幾年已在國(guó)內(nèi)廣泛使用.今后礦井監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，主要應(yīng)以工業(yè)主計(jì)算機(jī)為主，配合多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)和大量的微處理機(jī)，構(gòu)成模塊化，功能化的計(jì)算機(jī)局網(wǎng)分布處理系統(tǒng)，這種系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)處理能力更加完善.例如:分站內(nèi)配置的局部微處理機(jī)具有獨(dú)立報(bào)警斷電和通過操作顯示器與其余分站保持相互聯(lián)系，也與區(qū)域性管理的主計(jì)算機(jī)聯(lián)絡(luò)的功能.而區(qū)域主計(jì)算機(jī)可為監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)成部分，并與地面的上級(jí)主計(jì)算機(jī)聯(lián)絡(luò)，從而形成以計(jì)算機(jī)為骨架的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò).在系統(tǒng)軟件方面，則應(yīng)包括多種布置方案，編輯程序以及為用戶編程用的輔助程序，且使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件可在工業(yè)型主計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的任意一個(gè)部分中運(yùn)行，使礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在礦井計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間起著一個(gè)公用通道的作用.監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要能支持多臺(tái)輸入輸出設(shè)備，要有較強(qiáng)的抗干擾能力和錯(cuò)誤校正和補(bǔ)償能力.總之，到那時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將對(duì)煤礦安全提供更有價(jià)值的幫助了.1.4目前存在問題1.4.1通信協(xié)議不規(guī)范由于現(xiàn)有廠家的監(jiān)控系統(tǒng)幾乎都采用各自專用通信協(xié)議，所以，很難找到兩個(gè)相互兼容的系統(tǒng)。目前，信息傳輸系統(tǒng)的兼容性已成為裝備監(jiān)控系統(tǒng)的各集團(tuán)公司、礦井進(jìn)一步補(bǔ)套和擴(kuò)充系統(tǒng)功能的制約因素，主要是用戶在裝備了某廠家的系統(tǒng)后，在眾多型號(hào)、價(jià)格不同、功能各具特色的監(jiān)控系統(tǒng)的軟件、硬件（如分站）的補(bǔ)套以及服務(wù)等方面，就別無選擇地依賴于這個(gè)廠家。有些礦井為了安全生產(chǎn)的需要，在系統(tǒng)存在嚴(yán)重問題和得不到技術(shù)服務(wù)的條件下，不得不廢棄原有系統(tǒng)而另選擇其他的系統(tǒng)。因此，通信協(xié)議不規(guī)范的后果是造成設(shè)備重復(fù)購置、系統(tǒng)補(bǔ)套受制于人和不能隨意進(jìn)行軟硬件升級(jí)改造。1.4.2井下信息傳輸設(shè)備物理接口協(xié)議不規(guī)范井下信息傳輸設(shè)備物理接口協(xié)議不規(guī)范也是制約用戶進(jìn)一步補(bǔ)套和擴(kuò)充系統(tǒng)功能的關(guān)鍵因素。如KJF2000和KJ4/KJ2000系統(tǒng)，盡管兩種系統(tǒng)均采用FSK技術(shù)，以及信息傳輸波特率均為1200bps或2400bps，但其傳輸信息的調(diào)制頻率不同和傳輸信息的收發(fā)電壓幅值不同也造成這兩種系統(tǒng)的分站不能兼容。1.4.3傳感器等質(zhì)量不過關(guān)與監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)配接的甲烷傳感器已成為礦井瓦斯綜合治理和災(zāi)害預(yù)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)裝備，并越來越受到使用單位和研究人員的普遍重視。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)產(chǎn)安全檢測(cè)用甲烷傳感器幾乎全部采用載體催化元件，然而，長(zhǎng)期以來我國(guó)載體催化元件一直存在使用壽命短、工作穩(wěn)定性差和調(diào)校期頻繁的缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約著礦井瓦斯的正常檢測(cè)，與國(guó)外同類傳感器比較差距較大。

主要問題是：

1)抗高濃沖擊性能差。在巷道瓦斯涌出量大的情況下元件激活。反復(fù)作用的結(jié)果造成零點(diǎn)漂移并使其催化性能下降，抗高濃沖擊性能差是造成元件使用壽命低、穩(wěn)定性差的主要原因。

2)對(duì)過分追求低功耗的元件，在礦井高濕度環(huán)境條件下，CH4在元件表面燃燒生成的水蒸氣易于凝結(jié)在元件表面，降低元件使用壽命。

3)抗中毒性能差；

4)載體催化元件制作工藝水低，元件一致性差。1.4.3現(xiàn)場(chǎng)管理和維護(hù)水平有待于加強(qiáng)盡管國(guó)家和各省、地、市煤炭管理部門強(qiáng)制性要求各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井必須裝備礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，并加大了對(duì)礦井安全生產(chǎn)的管理力度，但一些地方國(guó)有煤礦，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦，多數(shù)由于缺乏專業(yè)技術(shù)人員而不能正常使用和維護(hù)已裝備的系統(tǒng)，甚至對(duì)系統(tǒng)配接的傳感器根本不進(jìn)行調(diào)校。2系統(tǒng)的整體基本狀況2.1井下分站在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的作用分站是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的獨(dú)立單元，負(fù)責(zé)接受中心站的各種指令，并根據(jù)中心站定義及所采集的模擬量值的大小和開關(guān)量的狀態(tài)，可自行實(shí)施對(duì)外控制，對(duì)開關(guān)量的采集具有記時(shí)累加和記次累加的功能。本次設(shè)計(jì)的分站以PLC為核心，負(fù)責(zé)接受傳感器信號(hào)并將其經(jīng)過處理后送往地面中心站，地面中心站接收到信號(hào)后進(jìn)行相應(yīng)的處理，在對(duì)分站進(jìn)行相應(yīng)的控制，如斷電、報(bào)警等。分站本身是個(gè)智能型的裝置，它除受中心站控制之外，其本身也能完成相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)和控制功能，也可以稱為一個(gè)子系統(tǒng)。2.2設(shè)計(jì)要求及特點(diǎn)2.2.1監(jiān)測(cè)信號(hào)種類要求各礦能夠監(jiān)測(cè)的信號(hào)種類為：氫氣、一氧化碳、瓦斯、風(fēng)速、開停、風(fēng)門等信號(hào)。2.2.2控制內(nèi)容要求能在判斷有事故發(fā)生后能夠及時(shí)報(bào)警并將數(shù)據(jù)傳送給中心站，接收中心站的指令。2.2.3設(shè)計(jì)要求各礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)不得低于《煤礦監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)規(guī)范》和《煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中心站軟件開發(fā)規(guī)范》規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)；各礦能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)參數(shù)超限、開關(guān)設(shè)備停運(yùn)，為煤管局主動(dòng)調(diào)閱各礦數(shù)據(jù)預(yù)留接口。2.2.4設(shè)計(jì)特點(diǎn)1)系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)監(jiān)控，而且能根據(jù)被監(jiān)測(cè)環(huán)境地點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行有效的危險(xiǎn)性判別、分析和提出專家決策方案。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全面的網(wǎng)絡(luò)化，按統(tǒng)一的格式向外提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2)針對(duì)通信協(xié)議不規(guī)范和傳輸設(shè)備物理層協(xié)議不規(guī)范盡，提供了一套完整的解決系統(tǒng)兼容性的方案，為礦井補(bǔ)套和擴(kuò)充系統(tǒng)提供了方便。

3)系統(tǒng)采用一箱式結(jié)構(gòu)，配置靈活，可滿足大、中、小型煤礦的不同情況的需要?？筛鶕?jù)各煤礦的實(shí)際情況進(jìn)行拆分和集成，選擇不同的傳感器和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

4)系統(tǒng)軟件采用模塊化管理，通過一體化平臺(tái)框架進(jìn)行集成。各功能模塊具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，同時(shí)通過一體化平臺(tái)框架相互結(jié)合在一起，成為有機(jī)整體?？煞奖愕馗髅旱V的實(shí)際需求，選擇相應(yīng)的模塊進(jìn)行配置，組成完整的系統(tǒng)。

5)采用高可靠性、及最新的傳感器。2.3系統(tǒng)構(gòu)成煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)由早期的地面單微機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控已發(fā)展成為網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控以及不同監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)。其主要由監(jiān)測(cè)終端、監(jiān)控中心站、通信接口裝置、井下分站、傳感器組成。

煤礦監(jiān)控系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、礦井安全和生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電力監(jiān)測(cè)、工作面綜合監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)綜合在一起，形成一個(gè)完整的、實(shí)用的礦井監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)需要各部分既可以集成在一起，又可以單獨(dú)使用，以滿足礦井的不同需求。本設(shè)計(jì)的井下分站系統(tǒng)是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要部分，負(fù)責(zé)接受傳感器信號(hào)并將其經(jīng)過處理后送往地面中心站，地面中心站接收到信號(hào)后進(jìn)行相應(yīng)的處理，在對(duì)分站進(jìn)行相應(yīng)的控制，如斷電、報(bào)警等。分站本身是個(gè)智能型的裝置，它除受中心站控制之外，其本身也能完成相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)和控制功能，也可以稱為一個(gè)子系統(tǒng)。它由主板、顯示板、電阻板和通訊板，為減小分站體積，采用盡可能緊湊的方式連接成一體的結(jié)構(gòu)2.4系統(tǒng)中心站系統(tǒng)提供了全面的監(jiān)控能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的智能分析，提供了完整的專家決策解決方案。

環(huán)境監(jiān)測(cè)：主要監(jiān)測(cè)煤礦井下各種有毒有害氣體及工作面的作業(yè)條件，如高濃度甲烷氣體、低濃度甲烷氣體、一氧化碳、氧氣濃度、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、巖煤溫度、頂板壓力、煙霧等。

生產(chǎn)監(jiān)控：主要監(jiān)控井上、下主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各種生產(chǎn)參數(shù)和重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，如煤倉煤位、水倉水位、供電電壓、供電電流、功率等模擬量；水泵、提升機(jī)、局扇、主扇、膠帶機(jī)、采煤機(jī)、開關(guān)、磁力起動(dòng)器運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)等。

診斷功能：系統(tǒng)提供多種診斷功能，包括系統(tǒng)的傳輸效驗(yàn)、誤碼率測(cè)試、傳感器故障統(tǒng)計(jì)、分站故障統(tǒng)計(jì)等等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自身診斷，還可以通過Modem進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，并根據(jù)情況進(jìn)行修復(fù)或提供更新的軟件版本升級(jí)。中心站可設(shè)調(diào)試電話主機(jī)一臺(tái)與傳輸接口相連，可配3～5個(gè)電話副機(jī)，電話副機(jī)可隨身攜帶，需通電話時(shí)插入電話插孔即可與地面通話，分站、接線盒、傳感器等設(shè)備上都設(shè)有電話插孔，因而可實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的聯(lián)絡(luò)通信，為整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢修調(diào)試提供了極大的方便。

專家決策系統(tǒng)：具有測(cè)點(diǎn)定義功能；具有顯示測(cè)量參數(shù)、數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線顯示、圖形生成、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障統(tǒng)計(jì)和報(bào)表、報(bào)告打印功能；可分析利潤(rùn)、成本等。并采用國(guó)際通用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)終端與中心站之間實(shí)時(shí)通信和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢。

本系統(tǒng)中心站應(yīng)用軟件的操作界面實(shí)現(xiàn)了全面的可視化和圖形化，界面友好、操作方便。提供了完善的用戶及權(quán)限管理，保障數(shù)據(jù)的安全，面向用戶提供個(gè)性化服務(wù)。提供了完整的幫助系統(tǒng)，保障用戶對(duì)系統(tǒng)的正確使用。2.5局域網(wǎng)絡(luò)本系統(tǒng)利用WebGIS技術(shù)使得大到省煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局、礦業(yè)集團(tuán)公司所轄各礦井分布位置，小到各礦采區(qū)工作面實(shí)際尺寸及設(shè)備實(shí)際使用位置，以任意無級(jí)縮小或無級(jí)放大圖形的形式達(dá)到圖形和數(shù)據(jù)的無縫集成和瀏覽；提供完備的安全監(jiān)測(cè)與安全信息管理和監(jiān)管功能；建立煤礦基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、對(duì)主要圖紙（通風(fēng)系統(tǒng)圖、采掘工程平面圖、井下運(yùn)輸系統(tǒng)、抽排水管路系統(tǒng)圖、電氣系統(tǒng)布線圖等）實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)瀏覽；實(shí)現(xiàn)安全信息的共享和設(shè)備隱患排查；安全信息的網(wǎng)上公開（公司內(nèi)部）；安全隱患排查及信息發(fā)布（如對(duì)各礦下達(dá)整改通知）等。實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全性分析、診斷、評(píng)價(jià)、管理及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整的科學(xué)決策.2.6井下分站功能井下分站采用智能化設(shè)計(jì)，基本功能如下：

1)可以檢測(cè)高、地濃度的CH4、CO、風(fēng)速、溫度、壓力等環(huán)境參數(shù)；2)可以監(jiān)測(cè)風(fēng)門開關(guān)、設(shè)備開/停狀態(tài)等各種開關(guān)參數(shù)；3)可以完成對(duì)16路輸入信號(hào)的監(jiān)測(cè)，并且可以將模擬量和開關(guān)量傳感器混裝使用，即對(duì)某一路輸入來說，既可以接200HZ-1000HZ頻率型模擬量傳感器，也可以接開停量傳感器，完全由中心站進(jìn)行定義；4)適合礦井環(huán)境需要，耐壓、耐腐蝕、防潮、密封；5)能自檢12V電源掉電與否以及分站電源是否欠壓；6)具有死機(jī)復(fù)位功能；7)分站停電后初始化信息不丟失，可以按掉電前的監(jiān)控參數(shù)獨(dú)立工作；8)通過液晶顯示塊顯示傳感器實(shí)值、通訊及供電狀況；9)對(duì)模擬信號(hào)的瞬時(shí)高值和瞬時(shí)低值具有一定的抑制作用；10)8路繼電器輸出即可選擇常開觸電輸出，也可以選擇常閉觸電輸出；11)可擴(kuò)展一個(gè)RS485通訊接口；12)可以擴(kuò)展使用兩線制頻率型傳感器。2.7系統(tǒng)配接的各種傳感器控制器傳感器的穩(wěn)定性和可靠性是煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)能正確反映被測(cè)環(huán)境和設(shè)備參數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和用于煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器主要有瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、煤倉煤位、水倉水位、電流、電壓和有功功率等模擬量傳感器，機(jī)電設(shè)備開停、機(jī)電設(shè)備饋電狀態(tài)、風(fēng)門開關(guān)狀態(tài)等開關(guān)量傳感器，以及監(jiān)控塌方和水災(zāi)的光纖傳感器。以上傳感器的開發(fā)和應(yīng)用基本滿足了煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控的需要，但國(guó)產(chǎn)傳感器在使用壽命、調(diào)校周期、穩(wěn)定性和可靠性方面與國(guó)外同類產(chǎn)品相比還有一定差距，某些傳感器（如瓦斯傳感器）的穩(wěn)定性還不能滿足用戶的需要。用戶可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。2.8技術(shù)參數(shù)2.8.1分站容量16路輸入：200HZ-1000HZ頻率信號(hào)或電流型或觸電型開關(guān)量輸入信號(hào)。頻率量輸入：X個(gè)200HZ-1000HZ（X〈=16）開關(guān)量輸入：16-X個(gè)（X：頻率信號(hào)接入數(shù)），觸電型和電流型傳感器均可使用。8路輸出：8個(gè)觸電型開關(guān)量輸出。16路485通訊信號(hào)：連接16路智能開停傳感器。2.8.2檢測(cè)精度頻率量輸入檢測(cè)精度：+-%1（不包括傳感器自身精度）2.8.3通信數(shù)據(jù)傳輸率總線通訊為1200波特率或2400波特率；智能開停傳感器信號(hào)輸入為：9600波特率。2.8.4其他電性能參數(shù)分站工作電壓：+12V工作電流：〈=430Ma分站與中心站之間接收和發(fā)送的通訊信號(hào)幅度〈16V（峰峰值）（16V是為開路值）。2.8.5工作環(huán)境環(huán)境溫度：-5~+40攝氏度；環(huán)境相對(duì)濕度：〈=96%；大氣壓力：（80-110）Kpa；周圍無嚴(yán)重滴水和濺水場(chǎng)合。2.9系統(tǒng)特點(diǎn)傳統(tǒng)安全監(jiān)控分站均是以單片機(jī)為核心的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)則采用一PLC為核心的一種全新的設(shè)計(jì)系統(tǒng)?，F(xiàn)將PLC的特點(diǎn)簡(jiǎn)單介紹一下。

2.9.1PLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的發(fā)展可以分為兩個(gè)源流:一是傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)汾為過程控制和邏輯控制;二是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，從大型的電子計(jì)算機(jī)開始，發(fā)展成以后的中型計(jì)算機(jī)和微機(jī)控制系統(tǒng)，再逐步發(fā)展成兩個(gè)分支，即PLC控制系統(tǒng)和DCS控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的控制方式以繼電器邏輯控制和電子線路的模擬控制為特征.1836年首次發(fā)明了電磁繼電器，使其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門得到廣泛應(yīng)用，用以完成對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的邏輯關(guān)系控制。理論上說，繼電器邏輯電路可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的工藝聯(lián)鎖控制功能，但隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高、控制系統(tǒng)的復(fù)雜，單純由繼電器控制來滿足生產(chǎn)工藝的要求已是不可能。對(duì)于復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，為了實(shí)現(xiàn)邏輯聯(lián)鎖要求，將要使用成百上千個(gè)繼電器，伴之而來的是繁雜的電氣線路連接，給工程設(shè)計(jì)、工藝及生產(chǎn)維護(hù)帶來困難。適應(yīng)性差、體積大、功能簡(jiǎn)單、成本高、可靠性差等缺點(diǎn)，制約了繼電器控制系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。2.9.2可編程序控制器(PLC)及其結(jié)構(gòu)可編程序控制器(PLC)是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)以及現(xiàn)代數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，為設(shè)備控制以及實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化提供了重要手段。隨著超大規(guī)模集成電子技術(shù)和微型電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得PLC在過程自動(dòng)化(PA)、工廠自動(dòng)化(FA)、計(jì)算機(jī)綜合生產(chǎn)系統(tǒng)(CIM)等自動(dòng)化領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。它與CAD/CAM及機(jī)器人技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱.可編程序控制器是一種數(shù)字式運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)并執(zhí)行邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、四則運(yùn)算等功能，并通過數(shù)字式或模擬式輸入、輸出組件，控制各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程。PLC及有關(guān)設(shè)備均應(yīng)與其它下業(yè)控制裝置構(gòu)成一體，并應(yīng)按照易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC是既不同于計(jì)算機(jī)，也不同于繼電器系統(tǒng)的中間產(chǎn)物。現(xiàn)代PLC在保留了繼電器系統(tǒng)最根本的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，越來越靠近計(jì)算機(jī)。因此，PLC從廣義上來說就是一種業(yè)控制的微型計(jì)算機(jī)?？删幊绦蚩刂破?PLC)也可以看成是一種計(jì)算機(jī)。它與普通的計(jì)算機(jī)相比，具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連的接口，更直接地適用于控制要求的編程語言，可以在惡劣環(huán)境下運(yùn)行特點(diǎn)。此外，它與普通計(jì)算機(jī)一樣也具有中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、v0接口以及外圍設(shè)備等?，F(xiàn)在介紹一下PLC各組成部分的作用。1)中央處理A(CPU)中央處理器(CPU)是PLC控制系統(tǒng)的核心，它由處理器、電源及存儲(chǔ)器三部分組成。處理器部分主要用來完成邏輯判斷、算數(shù)運(yùn)算等功能。它采用掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入狀態(tài)表或寄存器中，同時(shí)可診斷電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)以及編程過程的語法錯(cuò)誤。PLC運(yùn)行時(shí)，CPU從存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)指令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生響應(yīng)的控制信號(hào)去啟閉有關(guān)的控制電路，分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和運(yùn)算等任務(wù)，然后根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果，更新有關(guān)的標(biāo)志位和輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容;再根據(jù)輸出狀態(tài)表的位狀態(tài)和數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通訊等功能。2)存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器擴(kuò)展在CPU內(nèi)部有兩種存儲(chǔ)器，內(nèi)部存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器。前者用于存放操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋及功能子程序的調(diào)用管理程序、系統(tǒng)參數(shù)等;后者主要用來存儲(chǔ)通過編程器輸入的用戶程序。PLC的用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量通常以字(16伽字、32伽字)或字節(jié)(8位)為單位來表示。CPU內(nèi)提供了一定量的用戶程序存儲(chǔ)器。當(dāng)用戶程序量較大時(shí)，可對(duì)用戶存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展。3)I/O接口將工業(yè)過程信號(hào)與CPU聯(lián)系起來的接口稱為I/O接口。它包括數(shù)字量拍接口和模擬量。O接口。數(shù)字量輸入接口的任務(wù)是腸外部過程信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC的內(nèi)部電平信號(hào);數(shù)字量輸出接口的任務(wù)是將PLC的內(nèi)部電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成外部過程信號(hào)。模擬量輸入接口的任務(wù)是將外部過程的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC的內(nèi)部數(shù)字信號(hào);模擬量輸出接口的任務(wù)是將PLC的內(nèi)部數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成外部過程的模擬信號(hào).對(duì)于不同的工業(yè)過程，相應(yīng)有各種類型的陽接口。4)通訊接口PLC配有各種類型的通訊接口，可實(shí)現(xiàn)“人廠機(jī)”或“機(jī)一機(jī)，，之間的對(duì)話。通過這類通訊接口，可以與打字機(jī)、監(jiān)視器、其它PLC或計(jì)算機(jī)等相連。當(dāng)與打印機(jī)相連時(shí)，可將系統(tǒng)參數(shù)、過程信息等輸出打印:當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí)，可將過程動(dòng)、靜圖像顯示出來;當(dāng)與其它PLC相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的自動(dòng)控制;當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)過程控制、數(shù)據(jù)采集等功能。通訊接口的使用，使PLC與外部設(shè)備的連接能力加強(qiáng)，從而豐富了PLC的功能。5)智能如為了滿足更加復(fù)雜的控制的需要，PLC配有許多智能UO。如Pm模塊、定位控制模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、實(shí)時(shí)BASIC模塊等。所有這些模塊都帶有自身的處理器系統(tǒng)，我們稱之為智能模塊。智能v0接口的使用，使PLC不僅能完成順序控制，而且能完成諸如閉環(huán)控制等一系列復(fù)雜的控制功能.6)擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口是一種用于連接中心單元與擴(kuò)展單元、以及擴(kuò)展單元與擴(kuò)展單元的模塊。當(dāng)一個(gè)中心單元的1/O不能滿足要求時(shí)，就需要使用擴(kuò)展接口對(duì)I/O系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展?？捎脭U(kuò)展接口模塊對(duì)陽模塊的地址進(jìn)行設(shè)定，從而可根據(jù)需要方便地修改硬件地址。7)編程器程序編制確定了PLC的功能，程序的輸入是在編程器上實(shí)現(xiàn)的。編程器除了用來編寫程序、輸入、調(diào)試用戶程序外，還可以作為現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視設(shè)備使用。編程器是PLC的重要的外圍設(shè)備，也是重要的“人一機(jī)”接口裝置。2.9.3PLC的特點(diǎn)及發(fā)展隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，其功能越來越完善。主要功能如下:邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)及計(jì)數(shù)、四則運(yùn)算(包括加、減、乘、除運(yùn)算)、矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、步進(jìn)控制、中斷控制、定位控制、PID控制、高數(shù)計(jì)數(shù)控制、排序及查表、監(jiān)控和容錯(cuò)、自診斷及報(bào)警、高級(jí)語言編程及報(bào)帶、比例、積分、微分功能、跳轉(zhuǎn)、1/0強(qiáng)制、A/D，D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換(如BIN/BCD，BCD/BIN等)、數(shù)據(jù)比較和傳送、通訊及聯(lián)網(wǎng)、人機(jī)對(duì)話。本世紀(jì)六十年代，人們開始研制生產(chǎn)PLC，并用以取代繼電器控制。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)通用汽車公司的要求，研制出了世界第一臺(tái)PLC，并應(yīng)用在通用汽車公司生產(chǎn)線上獲得成功。隨著電子技術(shù)以及控制理論發(fā)展，可編程序控制器功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯或電氣控制的范疇.模擬盈的處理、遠(yuǎn)程通信等能力使PLC集電氣、儀表、計(jì)算機(jī)控制于一身，它具有更為復(fù)雜、綜合的控制能力，PLC廣泛吸收了現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)，極大地滿足了工業(yè)自動(dòng)化的要求：1)適用性強(qiáng)，適應(yīng)面廣。與繼電器控制相比，PLC幾乎己經(jīng)不再受繼電器數(shù)量及其所帶輔助觸點(diǎn)的限制。單處理器所能處理的信號(hào)(陽點(diǎn)數(shù))從幾十個(gè)到幾萬，面對(duì)信號(hào)聯(lián)鎖關(guān)系的實(shí)現(xiàn)僅受處理器內(nèi)存的限制。這主要受益于處理器內(nèi)部軟繼電器的設(shè)計(jì)，以軟繼電器取代硬接點(diǎn)的技術(shù)是PLC控制系統(tǒng)取代繼電器控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。2)安裝維護(hù)方便。采用PLC控制，極大減少了控制柜的占地面積以及連線工作量，這對(duì)新設(shè)計(jì)，特別是改造工程克服場(chǎng)地限制非常有利；此外，還可以外界終端在線監(jiān)控PLC程序的運(yùn)行或采用工業(yè)監(jiān)控軟件再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)，這為調(diào)試、維護(hù)、故障查找最大限度的提供了有力手段和工具，減小系統(tǒng)投入、檢修的周期。3)系統(tǒng)開發(fā)簡(jiǎn)單，投入周期短。PLC廠家提供了指令豐富、功能強(qiáng)大的開發(fā)環(huán)境，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，且有各種調(diào)試手段用于滿足生產(chǎn)的需要。2.10CPU-224CPU-224是S7-200系列PLC的CPU的一種。S7-200系列的PLC，由于其具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格及強(qiáng)大的命令，使得S7-200系列可以近乎完美的滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級(jí)使其在解決工業(yè)自動(dòng)化問題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。表2-1CPU244的技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)說明本機(jī)數(shù)字輸入14路數(shù)字量輸入本機(jī)數(shù)字輸出10路數(shù)字量輸出高速計(jì)數(shù)器（32-位值）6個(gè)高速計(jì)數(shù)器脈沖輸出2個(gè)，20kHz脈沖速率模擬電位器1個(gè)，8位分辨率時(shí)間中斷2個(gè)，1ms分辨率邊沿中斷4個(gè)上升沿和/或4個(gè)下降沿可選擇的輸入濾波器時(shí)間7個(gè)，范圍0.2ms-12.8ms2.10.1西門子S7-200D的簡(jiǎn)介CPU22X系列PLC硬件的組成形式，連接方式與4年前面世的S7-200第一代產(chǎn)品CPU21X系列(CPU212，CPU214，CPU216)基本相同，與其他品牌的PLC也基本相似。但是，在下面幾個(gè)方面，其硬件性能有了長(zhǎng)足發(fā)展，為使用者組成控制要求復(fù)雜的系統(tǒng)和滿足特定的要求，提供了可能和方便。S7-200的功能特性:1)程序和數(shù)據(jù)的免維護(hù)S7-200系列PLC的用戶程序和全部數(shù)據(jù)都可存放在EEPROM中，永不丟失。CPU221和222有6K字節(jié)，CPU224有13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。因此所有程序和數(shù)據(jù)都無需用鋰電池進(jìn)行掉電保護(hù)，既使是存放在RAM中的臨時(shí)數(shù)據(jù)，在突然意外掉電時(shí)，也有超級(jí)電容供電，對(duì)其停電那一時(shí)刻的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，最長(zhǎng)保持時(shí)間為IOOh。2)實(shí)時(shí)特性S7-2OOPLC新系列CPU的位操作時(shí)間已縮短到0.37μs，使CPU的影響速度有較大提高。CPU上集成的高速計(jì)數(shù)器可計(jì)數(shù)速率為30kHz。可以聯(lián)接AB相正交編碼器做位置測(cè)量，也可以監(jiān)測(cè)生產(chǎn)線上各種快速信號(hào)。CPU上集成有高速脈沖輸出功能。既可以脈沖寬度可調(diào)(PWM)方式輸出，又可以高速脈沖串(PTO)方式輸出。輸出速率可達(dá)20kHz。此功能可以用于控制步進(jìn)電機(jī)，或用于可控硅構(gòu)成的加熱設(shè)備的溫度控制等。3)強(qiáng)大的通訊功能S7-2OOPLC新CPU系列通訊能力與一般小型PLC相比非常突出。每種CPU上都有1-2個(gè)編程/通訊口，物理層面是標(biāo)準(zhǔn)RS485口，用雙絞線就可構(gòu)成具有多種通訊功能的網(wǎng)絡(luò)，不需外加通訊模塊，節(jié)省硬件費(fèi)用，也不點(diǎn)用輸出點(diǎn)。通訊口有PPI方式、MPI方式和自由口方式3種。通過一個(gè)Profibus-DP擴(kuò)展模塊，還可以聯(lián)接到Profibus網(wǎng)上。在PPI方式下，可以連接支持PPI協(xié)議的設(shè)備，構(gòu)成多達(dá)31個(gè)主站的通訊網(wǎng)絡(luò)，硬件連接和軟件組態(tài)都十分方便。通訊速率最高為187.5kHz。S7-200新集成了MPI協(xié)議，使S7-200可以作為由S7-300，S7-400構(gòu)成的MPI網(wǎng)的子站，豐富了MPI網(wǎng)的功能。在自由口方式下，協(xié)議開放，可以連接任何有通訊能力的設(shè)備，如:變頻器，打印機(jī)，個(gè)人計(jì)算機(jī)等等。另外新CPU系列又增加了可通過10位調(diào)制解調(diào)器(Modem)進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，上載、下載程序，調(diào)試程序，遠(yuǎn)程監(jiān)控的能力。相對(duì)PLC進(jìn)行編、調(diào)、控和構(gòu)成通訊網(wǎng)。4)模擬量處理功能S7-20OPLC的模擬量擴(kuò)展模塊除了可用于一般的模擬量輸入/輸出外，可以直接將溫度傳感器，如PtlOO熱電阻信號(hào)接入，在處理溫度量時(shí)可省去中間環(huán)節(jié)，提高精度與可靠性。響應(yīng)時(shí)間10哪，模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間25μs，分辨率12位+符號(hào)位。5)程序卡CPU上都有一個(gè)存儲(chǔ)卡插孔，可以插人程序器卡。該程序器卡是一個(gè)EEPROM存儲(chǔ)器，是存放用戶程序的附件。PLC中的程序與數(shù)據(jù)都可寫人程序卡，以備以后使用，故該程序器卡也可以作為程序與數(shù)據(jù)的備份。當(dāng)需要裝載程序時(shí)，只需將已存人程序的存儲(chǔ)卡插入PLC后再上電，幾秒鐘后斷電并把存儲(chǔ)卡拔下，存儲(chǔ)卡上的程序就自動(dòng)裝入PLC，這一功能為進(jìn)行批量生產(chǎn)，產(chǎn)品維護(hù)或者更新程序提供了很大的方便。使用時(shí)只需把裝有程序的存儲(chǔ)卡郵寄給用戶，把以上“插卡-上電-斷電-拔卡”裝載程序的操作過程告訴用戶，不必派專門技術(shù)人員，由用戶自己就能實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品程序的加載，升級(jí)和維護(hù)。對(duì)于沒有集成實(shí)時(shí)時(shí)鐘的CPU221，CPU222，還有一款時(shí)鐘卡供用戶選擇。6)模擬電位器CPU上都有模擬電位器，8位分辨率，可用于不同的場(chǎng)合，例如在進(jìn)行模擬量輸入時(shí)，該電位器可作為零點(diǎn)調(diào)整使用。另外，S7-20OPLC尋址方式很自由，模擬電位器則提供一個(gè)變量，通過用戶程序?qū)崿F(xiàn)各種各樣的功能，如:定時(shí)器的預(yù)置值，模擬量的濾波時(shí)間，PWM輸出的占空比，PID調(diào)節(jié)的積分時(shí)間等。綜上所述不難看出，S7-200PLC的新CPU系列產(chǎn)品作為小型PLC，其硬件水平已達(dá)到了一個(gè)新的境界，拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，方便了廣大應(yīng)用者。這些特點(diǎn)在目前的控制領(lǐng)域都具有十分重要的實(shí)用價(jià)值，如進(jìn)行充分開發(fā)和利用，并結(jié)合小型PLC價(jià)廉的優(yōu)勢(shì)，則完全有可能在有限的費(fèi)用范圍內(nèi)大大提高控制系統(tǒng)的性能和檔次。2.10.2S7-200系列的PLC的通信S7-200系列PLC的通信方式有三種:一種是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，即PPI協(xié)議;一種為Profibus-DP方式，最后一種方式是自由口通信方式(Freeport)。首先將數(shù)據(jù)移到S7-200CPU中的變量存儲(chǔ)器，就可將輸入、計(jì)數(shù)值、定時(shí)器值或其他計(jì)算值傳送到主站。類似地，從主站來的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在S7-200CPU中的變量存儲(chǔ)器內(nèi)，并可移到其它數(shù)據(jù)區(qū)。2.11井下分站常見故障及其處理方法對(duì)于整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)來說，常見的故障是傳輸不正常。若所以接在系統(tǒng)上的分站都不正常，應(yīng)檢查中心站的主機(jī)傳輸接口及傳輸電纜是否有故障；若某一部分的分站工作不正常，則應(yīng)檢查這些分站，以及相應(yīng)的電控箱和傳輸電纜有無故障。待故障被查找而局限到某個(gè)設(shè)備時(shí)，再根據(jù)該設(shè)備的故障排除方法進(jìn)行排除。分站及電控箱的故障及其處理方法如表2-2：表2-2故障及其處理方法故障現(xiàn)象故障原因處理方法分站中的某一個(gè)模擬量或開關(guān)量無輸出1.插件不牢固，輸入引線接法有誤2.主機(jī)的發(fā)送電路板壞了3.主機(jī)信號(hào)輸出線有問題1.重新插入插件，檢查接線2.更換發(fā)送電路板3.檢查接線分站中的模擬量或開關(guān)量全無輸出1.井下電源壞2.隔離變壓器壞了3.井下安全柵壞4.分站內(nèi)的線路耦合器壞1.更換井下電源2.修復(fù)或更換3.更換4.修復(fù)或更換分站中的模擬量或開關(guān)量信號(hào)正常，但分站無輸出1.線路耦合器壞或接法有誤2.井下安全柵壞3.輸出線斷或接法不正確1.更換或檢查接線2.更換3.重新檢查分站內(nèi)的信號(hào)輸出正常，但地面無信號(hào)1.主信號(hào)線斷線或接法有誤2.中心柜的耦合器壞1.檢查線路2.修復(fù)或更換分站不能上電1.電控箱電源沒有輸入2.替代板上沒有電壓3.分站板上沒有電壓1.檢查配線區(qū)上的電壓，重新接線。2.檢查指定的接線柱上有沒有電壓，看指定接線柱有沒有連通，沒有連通的把線接好3.換替換板，仍無用則換分站板分站不能發(fā)送發(fā)送部分沒有電源將電源打開后馬上合上電控箱電源無輸出時(shí)，首先檢查保險(xiǎn)絲管是否完好，若已斷，應(yīng)檢查內(nèi)部電路和關(guān)聯(lián)設(shè)備的相關(guān)電路有無短路情況。在查出短路原因并處理后，換上備用的熔絲管。電控箱控制電路無輸出：若只有一路無輸出，可將相應(yīng)的繼電器拆下，檢查動(dòng)作部分是否靈活，線圈是否完好；若幾路全無輸出，應(yīng)將底板拆下，送井上檢修。2.12系抗干擾措施2.12.1傳輸系統(tǒng)抗干擾措施傳輸系統(tǒng)一般采用以下抗干擾措施：用雙絞信號(hào)線，抑制共模干擾；端均采用光電隔離式電磁隔離；意傳輸線路與其它線路分開敷設(shè)；用軟件技術(shù).如奇偶校驗(yàn)，誤碼重發(fā)(二次重發(fā))，延時(shí)，容錯(cuò)技術(shù)等。2.12.2分站及傳感器抗干擾措施在分站及傳感器電路中應(yīng)用了較多的抗干擾措施。分述如下：1)使用輸入濾波器，將干擾信號(hào)濾除。2)對(duì)輸入信號(hào)采取平均值測(cè)量，使對(duì)稱變化的差模信號(hào)干擾被平均掉；3)采用雙端對(duì)稱輸入，最大限度消除共模信號(hào)，有些傳感器直接采用橋式電路檢測(cè)，也可起到消除共模信號(hào)干擾作用；4)單扳機(jī)輸入輸出端光電隔離；屏蔽；電源兩級(jí)或多級(jí)穩(wěn)壓；接地與浮置，將檢測(cè)放大電路接作一個(gè)公共地，單扳機(jī)部分采用浮置電路；軟件抗干擾技術(shù)。2.13井下分站配接設(shè)備表表2-3井下分站配接設(shè)備表配接設(shè)備名稱配接設(shè)備型號(hào)信號(hào)輸出傳輸距離生產(chǎn)廠家防爆合格證號(hào)低濃瓦斯傳感器KG9701200HZ-1000HZ1.5Km煤科院重慶分院3963118設(shè)備開/停傳感器KGKT-C10B200HZ-1000HZ1.5Km宜興煤礦電子儀器場(chǎng)2954034設(shè)備開/停傳感器KGKT-C10-11200HZ-1000HZ1.5Km宜興煤礦電子儀器場(chǎng)2954034設(shè)備開/停傳感器KGT2A200HZ-1000HZ1.5Km撫順安儀廠1964029溫度傳感器KGWIB200HZ-1000HZ1.5Km撫順安儀廠1964057一氧化碳傳感器KG3013A200HZ-1000HZ1.5Km撫順安儀廠1981803低濃瓦斯傳感器KGJ1B200HZ-1000HZ1.5Km撫順安儀廠1964057壓力變送器CY-YZ-200A200HZ-1000HZ1.5Km永普自動(dòng)化公司2974014溫度變送器KW200A（G）200HZ-1000HZ1.5Km永普自動(dòng)化公司2974016風(fēng)速傳感器CW-1200HZ-1000HZ1.5Km煤科院重慶分院398346低濃瓦斯傳感器KDJ-1C200HZ-1000HZ1.5Km撫順安儀廠1994242智能開停傳感器RS4851.5Km3硬件電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)是以PLC為核心的微機(jī)系統(tǒng)，共有四塊印刷板：主板、顯示板、電阻板和通訊板，為減小分站體積，采用盡可能緊湊的方式連接成一體的結(jié)構(gòu)。其系統(tǒng)框圖如圖3-1：主板主板兩路控制輸出一路電平控制信號(hào)電源箱通訊板顯示板電阻板200HZ-1000HZ頻率信號(hào)0-5mA電流型、觸點(diǎn)型開關(guān)量信號(hào)圖3-1分站的系統(tǒng)框圖3.2PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路原理PLC基本單元連接如圖3.2所示。選擇CPU224為基本單元，采用24V直流P型輸入。Q0.0-Q0.7分別設(shè)備掉電信號(hào)燈（DDL）、死機(jī)信號(hào)燈（SJL）、事故信號(hào)燈（SGL）、開信號(hào)燈（KML）、關(guān)信號(hào)燈（GML）、正常信號(hào)燈（OKL）、復(fù)位信號(hào)燈（REL）和報(bào)警燈（BJL）。PLC電源掉電或不足12V時(shí)設(shè)備掉電信號(hào)燈亮；PLC死機(jī)時(shí)死機(jī)信號(hào)燈亮；事故是指檢測(cè)的氣體濃度超過安全警戒值或溫度、壓力不正常；風(fēng)門及設(shè)備狀態(tài)為開時(shí)亮“開”指示燈；風(fēng)門及設(shè)備停止時(shí)亮“關(guān)”指示燈；當(dāng)一切正常時(shí)正常信號(hào)燈亮，不正常時(shí)報(bào)警燈亮；系統(tǒng)復(fù)位時(shí)復(fù)位信號(hào)燈亮。S7-224PLC的高速計(jì)數(shù)器（High-SpeedCounter）可對(duì)PLC掃描速率來不及處理的高速事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。CPU224中有HSC0、HSC1、HSC2三個(gè)高速計(jì)數(shù)器。HSC0是一個(gè)單一時(shí)鐘輸入的遞增或遞減計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)方向（加法計(jì)數(shù)或減法計(jì)數(shù)）由程序通過方向控制位來控制，HSC0的最高計(jì)數(shù)頻率為2KHZ。HSC1和HSC2是多功能計(jì)數(shù)器，如表3-1所示可有12種工作模式，對(duì)時(shí)鐘、方向控制、復(fù)位和啟動(dòng)有專用的輸入，最高時(shí)鐘頻率7KHZ。對(duì)于雙脈沖計(jì)數(shù)器，2個(gè)時(shí)鐘可以在7KHZ，在正交模式下，計(jì)數(shù)速率可選擇*1或*4。如果*1，則最高計(jì)數(shù)速率為7KHZ，如果為*4，則最高計(jì)數(shù)速率為28KHZ。HSC1和HSC2相互獨(dú)立，互不影響，即2個(gè)計(jì)數(shù)器在最高頻率也互不干涉。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況選擇HSC1，I0.6作為檢測(cè)頻率輸入端。此頻率信號(hào)是傳感器傳出的被測(cè)氣體濃度。DDLSJLSGLKMLGMLOKLRELBJLQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7…S7-224I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6…圖3-2圖3-2PLC基本單元CP表3-1CPU224的HSC1(HSC2)的工作模式CPU224的HSC1（HSC2）模式說明I0.6I0.7I1.0I1.10具有內(nèi)部控制的單脈沖計(jì)數(shù)器SM47.3=0（SM57.3=0）減法計(jì)樹SM47.3=1（SM57.3=1）加法計(jì)樹時(shí)鐘1復(fù)位2啟動(dòng)3具有外部控制的單脈沖計(jì)數(shù)器I0.7=0（I1.3=0），減法計(jì)樹I0.7=1（I1.3=1），加法計(jì)樹時(shí)鐘方向4復(fù)位5啟動(dòng)6具有增減時(shí)鐘輸入的雙脈沖計(jì)數(shù)器時(shí)鐘方向7復(fù)位8啟動(dòng)9A/B脈沖正交計(jì)數(shù)器脈沖A超前BB90度是順時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖B超前AB90度是逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)A相脈沖B相脈沖10復(fù)位11啟動(dòng)3.3控制系統(tǒng)及外圍系統(tǒng)3.3.1頻率選通模塊本系統(tǒng)選擇EM222為擴(kuò)展塊.Q2.0-Q2.3分別街道16選1芯片4067的通道選擇端A、B、C、D，即可由PLC控制選通信號(hào)使某一通道（I00-I07）的頻率的以選通進(jìn)入PLC，再由PLC的高速計(jì)數(shù)器HSC1對(duì)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而的到對(duì)應(yīng)的氣體濃度和溫度、風(fēng)速值。其框圖如圖3.3：4067I0.0-I0.74067I0.0-I0.7A、B、C、D8路頻率信號(hào)選通頻率信號(hào)Q2.0-Q2.3圖3-3頻率選通控制3.3.2分站箱外部插頭座設(shè)計(jì)一端為五只19芯航空插座，為傳感器電源幾傳感器信號(hào)輸入口，另兩側(cè)4芯插座為開出1-4口和通訊口，圖3-4為分站結(jié)構(gòu)示意圖。通訊電纜插頭接通訊1口上；每個(gè)開出口接兩路開出控制，依次接1-8開出。頻入1至頻入3口可接四路頻率輸入或三態(tài)開入信號(hào)，頻入4可接四路頻率輸入信號(hào)或兩態(tài)開入信號(hào)。如果要接入RS485通信信號(hào)，由于傳感器電源必須從頻入4引入，必須在機(jī)箱接轉(zhuǎn)接盒，同時(shí)頻入4端停用（由于本系統(tǒng)頻入輸入口較多，頻入4使用的情況不多）。開出1開出1RS485開出4頻入1通訊開出2開出3電源頻入2頻入3頻入4圖3-4分站箱外部插頭座3.3.3電源箱的設(shè)計(jì)電源箱是專門為分站和分站配套的各種傳感器及報(bào)警器提供本質(zhì)安全型電源，在電源箱中，8塊21V，20mA電源極為傳感器和報(bào)警箱供電;一塊12V，1000mA電源極為分站主板供電.另外還設(shè)置一組27V電源向本身的可充電和非本安型繼電器供電.當(dāng)AC停電時(shí)，27V直流電自動(dòng)投入運(yùn)行，使分站能在停電是繼續(xù)工作，七電池容量是8AH.電源箱要采用防爆型，外殼采用鋼板外殼，與分站組合成一體。電源腔由功率為100VA多用抽頭變壓器提供28V、22V、5V、33V交流電源，分別供給21V本安電源極，12V本安電路板，電源指示燈和27V充電板。3.3.4分站系統(tǒng)顯示模塊硬件電路在PLC控制的分站系統(tǒng)中，需要PLC對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。這種顯示方案使用串行顯示芯片（常用的一MAX7219，MC14499，PS7219等）自行開發(fā)數(shù)字顯示器，使用該類顯示芯片采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，只需要3個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)，即可顯示4位數(shù)字，使用可靠，功耗也較低。用3MD2系列PLC數(shù)字顯示器，它與西門子S7—300系列PLC接口相連，3MD2采用3S/OUT串行傳送方式，不占用PLC通訊口，只占用PLC三個(gè)晶體管輸出點(diǎn)串行傳送BCD碼，BIN碼或7段碼，用LED顯示器，利用PLC梯形圖程序驅(qū)動(dòng)，3S/OUT技術(shù)減少了數(shù)字顯示器占用PLC輸出點(diǎn)，節(jié)省了硬件資源。可以實(shí)現(xiàn)顯示位擴(kuò)展，多臺(tái)顯示可共用驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，用戶自定義面板按鍵可修改PLC內(nèi)部參數(shù)，替代機(jī)械式撥碼開關(guān)。在PLC的主機(jī)或本地?cái)U(kuò)展機(jī)架上，使用晶體管型或場(chǎng)效應(yīng)管型輸出單位，任選其中3個(gè)輸出點(diǎn)作為最基本的3S/OUT串行輸出接口，如下圖的Q0，Q1，Q2點(diǎn)。1)定義Q0為楨同步時(shí)鐘，簡(jiǎn)稱并行時(shí)鐘RCK。2)定義Q1為串行驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，簡(jiǎn)稱串行時(shí)鐘SCK。3)定義Q2為數(shù)據(jù)輸出口，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)口DATA。如圖3-5所示的是最基本的3S/OUT接口的硬件連接。這種基本連接方式適合于傳送很少量的數(shù)據(jù)，如PLC驅(qū)動(dòng)一臺(tái)4位數(shù)字顯示器，只有一個(gè)數(shù)據(jù)通道，每楨數(shù)據(jù)傳送一個(gè)字的BCD碼。如果需要顯示8位等多位數(shù)字，或多臺(tái)數(shù)字顯示器，則需要采用擴(kuò)展連接。擴(kuò)展連接分顯示位擴(kuò)展及顯示器擴(kuò)展。顯示位擴(kuò)展:在PLC側(cè)只需要在基本連接基礎(chǔ)上，增加數(shù)據(jù)輸出口即可，每增加一個(gè)數(shù)據(jù)口DATA，可以擴(kuò)展顯示4位數(shù)字，可根據(jù)需要選擇擴(kuò)展DATA數(shù)。COM，RCK，SCK分別并聯(lián)起來，公用時(shí)鐘。PLC晶體管輸出單元PLC晶體管輸出單元3S/OUT串行輸出接口圖3-5基本連接PLC輸出電源DC24vCOMQ0Q1Q2COMRCKSCKD1RCKSCKDATA4系統(tǒng)軟件流程圖4.1系統(tǒng)主程序流程圖初始化初始化受到中心站指令？接收參數(shù)收到檢測(cè)指令？電源電壓12V？掉電指示燈亮T00定時(shí)器計(jì)時(shí)T00定時(shí)器置0超時(shí)？復(fù)位返回子程序1復(fù)位燈亮中心站出處理圖4-1檢測(cè)主程序流程圖YYYYYN N N 死機(jī)信號(hào)燈亮死機(jī)信號(hào)燈亮 該主程序可實(shí)現(xiàn)氣體檢測(cè)，電源電壓自檢，和死機(jī)復(fù)位的功能。當(dāng)程序開始進(jìn)行初始化，然后接收中心站的指令，接收要檢測(cè)的氣體參數(shù)，若正常接收到程序就正常進(jìn)入到檢測(cè)子程序中進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)完再返回進(jìn)行下一輪的檢測(cè)。若系統(tǒng)沒能正常接收到檢測(cè)指令，則考慮系統(tǒng)出現(xiàn)掉電/欠壓或是死機(jī)狀況。首先判斷系統(tǒng)電源電壓是否正常，若檢測(cè)到不正常則做掉電/欠壓處理，這時(shí)掉電信號(hào)燈亮起，由中心站處理后再返回。若檢測(cè)到電源電壓正常，則由計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)超時(shí)后，系統(tǒng)做死機(jī)處理，這時(shí)死機(jī)信號(hào)燈亮起，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，復(fù)位燈亮起，系統(tǒng)返回到接收指令階段繼續(xù)執(zhí)行。4.2檢測(cè)子程序流程圖4.2.1子程序1流程圖因?yàn)橄到y(tǒng)檢測(cè)量較多，因此要接收到中心站的檢測(cè)指令后判斷檢測(cè)哪一路待測(cè)量。這些待測(cè)量分別為甲烷、一氧化碳、溫度、風(fēng)速、壓力、風(fēng)門開關(guān)和設(shè)備的開停狀態(tài)。其中甲烷、一氧化碳、風(fēng)速、溫度和壓力屬于模擬檢測(cè)量。風(fēng)門開關(guān)和設(shè)備開停狀態(tài)屬于數(shù)字檢測(cè)量。對(duì)于同類檢測(cè)量的待測(cè)量我們用一個(gè)子程序表示，只需變更一下其中的參數(shù)即可表示不同的待測(cè)量檢測(cè)。圖4-2是子程序1的流程圖。它是根據(jù)中心站發(fā)送的檢測(cè)指令和參數(shù)來判斷應(yīng)對(duì)哪一路帶測(cè)量進(jìn)行檢測(cè)。不同的參數(shù)指令對(duì)應(yīng)不同的待測(cè)量輸入通道。又根據(jù)模擬量和數(shù)字量將檢測(cè)子程序分為兩個(gè)不同的子程序分別進(jìn)行檢測(cè)。增加了檢測(cè)精度。同時(shí)分類設(shè)計(jì)檢測(cè)子程序又避免了程序上的重復(fù)與繁瑣。開始開始檢測(cè)指令為A？選擇CH4通道選擇風(fēng)門通道選擇設(shè)備開停通道選擇CO通道選擇溫度通道選擇風(fēng)速通道選擇壓力通道檢測(cè)指令為B？檢測(cè)指令為C？檢測(cè)指令為D？檢測(cè)指令為E？檢測(cè)指令為G？檢測(cè)指令為F？模擬量檢測(cè)子程序2數(shù)字量檢測(cè)子程序3返回返回NNNNNYYYYYYY圖4-2子程序1流程圖 4.2.2模擬檢測(cè)量檢測(cè)子程序2圖4-3是甲烷、一氧化碳、溫度、風(fēng)速和壓力這五個(gè)模擬量的檢測(cè)子程序。首先通過頻率計(jì)數(shù)子程序?qū)ν饨绲拇郎y(cè)量進(jìn)行檢測(cè)，再對(duì)數(shù)值進(jìn)行判斷，看是否超過安全警戒值。程序中的X是可更改的參數(shù)值，對(duì)于不同的檢測(cè)值，其警戒參數(shù)值也不相同。當(dāng)測(cè)量值沒超過警戒值時(shí)就顯示其實(shí)際測(cè)量的濃度，且正常信號(hào)燈亮起。若超過警戒值，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)事故信號(hào)燈亮起，數(shù)據(jù)傳給中心站，接受中心站的處理指令。開始開始頻率計(jì)數(shù)子程序4大于警戒值X?顯示實(shí)際值數(shù)據(jù)發(fā)送中心站返回報(bào)警事故信號(hào)燈亮起數(shù)據(jù)發(fā)送中心站正常信號(hào)燈亮接收中心站處理指令Y圖4-2子程序1流程圖N圖4-2子程序1流程圖圖4-3模擬待測(cè)量檢測(cè)子程序2 4.2.3數(shù)字待測(cè)量檢測(cè)子程序3圖4-4是風(fēng)門開關(guān)和設(shè)備開/停狀態(tài)這幾個(gè)數(shù)字量的檢測(cè)子程序。首先通過頻率計(jì)數(shù)子程序?qū)ν饨绲拇郎y(cè)量進(jìn)行檢測(cè)，再對(duì)數(shù)值進(jìn)行判斷，看是否為“開”值，因?yàn)閭鞲衅鱾鞒龅氖?00HZ-1000HZ的頻率信號(hào)，因此我們可以設(shè)定一個(gè)臨界頻率值，當(dāng)測(cè)量值大于臨界值時(shí)我們認(rèn)為是“開”狀態(tài)，當(dāng)?shù)陀谂R界值時(shí)我們則認(rèn)為是“關(guān)”狀態(tài)。程序中的Y是可更改的臨界值，對(duì)于不同的檢測(cè)值，其臨界值也不相同。當(dāng)認(rèn)定為“開”狀態(tài)時(shí)，正常信號(hào)燈亮起；若為“關(guān)”狀態(tài)，則發(fā)出警報(bào)，同時(shí)事故信號(hào)燈亮起，數(shù)據(jù)傳給中心站，接收中心站的處理指令。顯示顯示“開”數(shù)據(jù)發(fā)送中心站返回顯示“關(guān)”關(guān)門信號(hào)燈亮起數(shù)據(jù)發(fā)送中心站正常信號(hào)燈亮接收中心站處理指令大于臨界值Y?開始頻率計(jì)數(shù)子程序4警報(bào)YN圖4-4數(shù)字待測(cè)量檢測(cè)子程序3 4.2.4頻率計(jì)數(shù)子程序4圖4-5是PLC中的高速計(jì)數(shù)器對(duì)由傳感器傳出的頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)的子程序。因?yàn)楣灿?個(gè)通道的待測(cè)量要進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此每次使用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)首先要對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行初始化。然后再進(jìn)行高速計(jì)數(shù)。定時(shí)時(shí)間到，高速計(jì)數(shù)器的的當(dāng)前值用HC1直接讀出即可。初始化初始化計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)到？計(jì)通道頻率值返回YN圖4-5頻率計(jì)數(shù)子程序4 采用HSC1進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)。HSC1初始化語言表如下：LDSM0.1//首次掃描標(biāo)志位CALL0//第一次掃描調(diào)用子程序0…//其余命令MEND//結(jié)束主程序SBR0//子程序0開始LDSM0.0MOVB16#C8，SMB47//HSC1控制字節(jié)HDEF1，0//定義HSC1MOVD0，SMD48//HSC1當(dāng)前值置0HSC1//對(duì)HSC1編程RET//子程序結(jié)束SM0.0SM0.0M0.1Q0.0M0.1Q1.0INTONPT100msM0.0I0.0M0.2M0.1T37100ENENOINOUTM0.1T37M0.0M0.2MOV_RHC1圖4-5頻率計(jì)數(shù)子程序梯形圖4.3通訊程序設(shè)計(jì)由于VisualBasic(VB)語言簡(jiǎn)單實(shí)用，本設(shè)計(jì)將采用基于VB的計(jì)算機(jī)通信程序設(shè)計(jì)。1)SComm控件簡(jiǎn)介在Windows環(huán)境下，操作系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)程序控制各硬件資源，不允許用戶像在DOS環(huán)境下那樣直接對(duì)串口進(jìn)行低層的操作。為此，VisualBasic提供了一個(gè)串行通信控件MicrosoftCommControl，簡(jiǎn)稱MSComm控件。程序員只需設(shè)置和監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件，就可以輕而易舉地實(shí)現(xiàn)串行通信。2)SComm控件的屬性通過設(shè)置MSComm控件的屬性對(duì)串口進(jìn)行操作，其主要屬性如下CommPort：設(shè)置并返回通信端口號(hào)。Settings:以字符串的形式設(shè)置并返回波特率，奇偶校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位和停止位。其中以字符n，o，e分別代表無校驗(yàn)，奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)。PortOpen:設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)。設(shè)置為Ture時(shí)，打開端口；設(shè)置為False時(shí)，關(guān)閉端口。Input:從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，類型為Variant。Output:向發(fā)送緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，類型為字符串或字節(jié)數(shù)組。InputMode:設(shè)置從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的格式，設(shè)為0時(shí)為字符串格式（Text）；設(shè)為1時(shí)為二進(jìn)制格式（Binary）。InBufferCount:設(shè)置和返回接收緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)，設(shè)為0時(shí)清空接收緩沖區(qū)。OutBufferCount:設(shè)置和返回發(fā)送緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)，設(shè)為0時(shí)清空發(fā)送緩沖區(qū)。InputLen:設(shè)置和返回Input每次讀出的字節(jié)數(shù)，設(shè)為0時(shí)讀出接收緩沖區(qū)中的全部?jī)?nèi)容。RThreshold:表示在串口事件（OnComm）發(fā)生之前，接收緩沖區(qū)接收的最少字節(jié)數(shù)。若設(shè)為0，可以禁止發(fā)生OnComm事件。一般設(shè)為1，即當(dāng)接收緩沖區(qū)中的字節(jié)數(shù)大于等于1時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生接收事件。CommEvent:返回相應(yīng)的OnComm事件常數(shù)。例如comEvReceive表示接收事件，comEventBreak表示接收到Break事件。3)MSComm控件處理接收信息的方式MSComm控件提供了兩種處理方式：A)事件驅(qū)動(dòng)方式：RThreshold屬性非0時(shí)，收到字符或傳輸線發(fā)生變化時(shí)就會(huì)產(chǎn)生串口事件OnComm，通過查詢CommEvent屬性可以鋪獲并處理這些通信事件。B)查詢方式：通過查詢InBufferCount（接收緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)）屬性值，處理接收到的信息。以下為用VB6.0編寫的于S7-200CPU的通信程序。一、串口及通信參數(shù)初始化Dimrevlenth定義模塊級(jí)變量—接收字符的數(shù)組下標(biāo)Dimrcv()AsByte定義接收字符的動(dòng)態(tài)數(shù)組PrivateSubForm_Load()WithMSComm1.Commport=2根據(jù)用戶具體情況選擇串口，在此使用串口2.Settings=“19200，n，8，1”19.2kbit/s，無校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位.InputMode=”comInputModeBinary”以二進(jìn)制格式讀取接收緩沖區(qū).RThreshold=1接收到的字符數(shù)大于等于1會(huì)產(chǎn)生接收事件.InputLen=0讀取緩沖區(qū)所有內(nèi)容.OutBufferCount=0清空發(fā)送緩沖區(qū).InBufferCount=0清空接收緩沖區(qū)EndWithIfNotMSComm1.PortOpenThen打開串口2MSComm1.PortOpen=TrueEndIfEndSub二、發(fā)送程序PrivateSubCommand1_Click()點(diǎn)擊界面中的（發(fā)送）按鈕時(shí)執(zhí)行發(fā)送程序Revlenth=-1置接收字符的數(shù)組下標(biāo)初值Sdata=Array(1，2，3)