基于s7-300plc的煤矿井下中央泵房控制(编辑修改稿)

基于s7-300plc的煤矿井下中央泵房控制(编辑修改稿)内容摘要：

号调理电路组成。 该系列产品技术独特、性能优越，具有体积小、重量轻、安装简便、能在恶劣环境长期稳定工作的特点，特别符合频繁冲击压力的测量。 是目前理想的流体压力测量仪表。 主要技术指标： ① 介质：液体、气体或蒸汽； ② 输出：两线制 4～ ； ③ 量程： 60MPa； ④ 电源： ，无负载时可工作在 ，最大电源电压 ； ⑤ 输出限制：变送器过压时，内部限流器输出电流限制在 25mA 以下。 山东科技大学学士学位论文 系统硬件系统设计 16 流量计的安装及使用 （ 1）水泵的流量与水泵出口的 闸阀开度和出口压力、电动机电流有直接的关系，这些参数之间相互结合可以检测出水泵、电动机的性能和工况，因此水泵出口流量的检测有非常重要的意义。 水泵出口流量的检测有两种布置方式： ① 流量检测器安装分别安装在水泵出口的分支管路上； ② 流量检测器安装在水泵的总管路上。 两种安装位置的比较，采用 ② 的安装方式可以满足需求。 采用 ① 的安装方式可以保证准确测量每一个水泵在每个工作过程中的流量。 从而可以比较准确的判断出每个水泵机组的工作特性。 但是结合煤矿井下排水过程的特点 ：水泵的工作方式（轮番启动），如果采用 ② 所示的安装方式，也可以判断出每个水泵的流量，但是需要比较复杂的软件设计来实现。 软件中可以通过检测干路中的流量总和和所开启的水泵数目，可以得到整个排水泵点击机组的工况。 因此处于造价、硬件系统的复杂等方面的考虑，优先选择 ② 的方式设置流量计。 （ 2）电磁流量计工作原理 电磁流量计由电磁流量转换器和电磁流量传感器组成的。 电磁流量转换器是为电磁流量传感器提供电源，并将其测量的流量信号整定成为标准的 4～ 20mA 电流 等其他形式的信号。 电磁流量传感器是根据法拉第原理制成的一种流量计，用来测量导电液体的流量。 其原理图如图 37 所示，它是由产生均匀磁场的系统、不导磁材料的管道以及在管道横截面上的导电电极组成。 磁场方向、电极连线、管道轴线三者之间是相互垂直的。 当被测导电液体流过管道时，切割磁力线，于是在和磁场及流动方向垂直方向上产生感应电动势，其数值与液体的流速成正比。 即 山东科技大学学士学位论文 系统硬件系统设计 17 E=BDv （ ） 式中： B─磁感应强度（ T）； D─切割磁力线的导体液体的长度（为管道内径）（ m）； v─导电液体在管道内的平均流速（ m/s）。 由式（ 37）得被测导电液体的体积流量为 （ ） 因此，知道感应电动势就可以测出导电液体的流量。 图 电磁流量传感器原理图 理论上认为磁感应强度 B 是常量，即直流磁场。 但直流电势将使被测液体电解，使电极极化。 正电极背负离子包围，负电极被一层正离子包围，加大了电极的电阻，破坏了原来的测 量条件。 同时内阻增加随被测液体成分的变化和工作时间长短而变化，因而使输出电势不固定，影响测量精度。 而对被测量介质的流量测量采用交流电（频率为 50Hz）励磁的交流磁场，即 （ ） 感应电动势为 () 所以体积流量为 () 山东科技大学学士学位论文 系统硬件系统设计 18 为了避免测量管路引起磁分流，故需要用非导磁材料做成。 另外，由于测量管路处于较强的交流磁场中，管壁产生涡流，因而产生二次磁通。 为了减少涡流，要求测量管路的材料具有较高电阻率。 且对于不同直径的电磁流量计，其电极、测量管路都采用不同的材料做成。 随着工业生产技术的加强和进步，各种智能型电磁流量计已经很容易地制造出来，并应用于测量管道中导电液体的体积流量，如水、污水、泥浆、矿浆、酸、碱、盐液体及食品浆液等。 在石油化工、矿冶、煤炭、水利工程给排水、污水处理等 行业中广泛应用。 电磁流量计可以达到以下要求： ① 4～ 20mA 信号输出型； ② 抗干扰性强、精度高、稳定性可靠、整体防爆； ③ 测量范围宽，流速 ～ 15m/s。 随着工业生产技术的加强和进步，电磁流量计达到抗干扰性强、精度高、稳定性可靠、整体防爆的要求，适合在煤矿井下使用，且也逐步的推广和使用。 由于每台水泵的工作曲线特别是使用了一定年限的离心式水泵的流量 /功率、流量 /效率等曲线有较大的差异，因此无法各处每台水泵在工作过程中的流量正常阈值和水泵排出水过少的阈值。 这些阈值只有在现场根据每台水泵不同的流量特性设定出相应的 阈值。 虽然电磁流量传感器在使用、安装的过程中比较复杂，但可以肯定的说，随着流量传感器在中央泵房自动排水系统的应用，将大大提高整个系统的稳定性和安全性。 温度传感器的选型 设计 温度传感器一般分为接触式和非接触式两大类。 所谓接触式就是传感器直接与被测物体接触，这是测温的基本形式。 这类温度传感器具有结构简单、工作可靠、精度高、稳定性好、价格低廉等优点，是目前应用最多山东科技大学学士学位论文 系统硬件系统设计 19 的一类。 非接触式温度传感器理论上不存在接触式温度传感器的滞后和应用范围上的限制，可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体表面的温度，不干 扰被测温度场，但测量精度低，使用不太方便。 通过比较，宜选择接触器温度传感器测量温度比较合适。 本文选择PT100 温度传感器测电机及水泵温度。 PT100 传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温，其温度 /组织对应关系为： 200℃ t0℃ 时， （ ） 0℃ ≤t≤850℃ 时， （ ） 式中， A=103； B=107； C=1012。 PT100 温度传感器是一个模拟信号，它在实际应用中有两种形式：一种是不需要显示的，主要采集到 PLC， PT100 直接把采集到的电阻变为 1～5V DC 输入到 PLC，经过简单的计算就可以得到相应的温度值（这样的形式可以同时采集多路）。 还有一种就是单独的一个 PT100 温度传感器（工作电源是 24V DC），产生一个 4～ 20mA 的电流。 PT100 温度传感器的主要技术参数如下： 测温范围： 200℃ ～ +850℃ ； 允许偏差值 ℃ ： A 级 177。 （ + ）， B 级 177。 （ + ）； 热响应时间小于 30s； 最小置入深度：热电阻的最小置入深度 ≥200mm； 允通电流 ≤5mA。 另外， PT100 温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。 山东科技大学学士学位论文 系统硬件系统设计 20 振动传感器 振动变送器分为分体式跟一体化两种。 BVM200B 系列振动变送器，主要用于检测旋转机械的绝对振动，如机 壳振动、轴瓦振动、机械振动等。 监测由于转子的不平衡、不对中、机件松动、滚动轴承损坏、齿轮损坏等引起的振动变化。 适用于汽轮机、水轮机、风机、压缩机、电机、齿轮箱等大型旋转机械，适用于不同类型的 振动传感器。 BVM200B 一体化型振动变送器，主要用于在线监测各种大型设备运行时的机械振动及设备状态，如机壳振动、轴瓦振动、轴系振动等。 监测由于转子的不平衡，不对中、机件松动、滚动轴 承损坏、齿轮损坏等引起的振动变化。 适用于汽轮机、水轮机、风机、压缩机、制氧机、电机、泵、齿轮箱等大型旋转机械。 适用于不同类型的振动传感器。 BVM200B 振动变送器的主要技术参数如表 所示。 表 BVM200B 振动变送器的主要技术参数 输出 加速度型 测量范围 振动速 度 （ mm/s） 振动位移 峰值 (μm) 振动加速度峰 (m/s2) 0200 02020 0200 输出 三线制对应 4～ 20mA 负载电阻 0～ 500Ω 动态波形输出 +1V (7mV/mms1) 频率响 应 5－ 1000Hz 电压、电流传感器的设计选型 该设计中测量电流电压信号采用霍尔电流、电压传感器，霍尔电流、电压传感器是当今电子测量领域中应用最广泛的传感器之一，可广泛应用于电力、电子、交流变频调速、逆变装置、电子测量和开关电源等诸多领域，可完全替代传统的互感器和分流器，并具有精度高、线性度好、频带山东科技大学学士学位论文 系统硬件系统设计 21 宽、响应快、过载能力强和不损失测量电路能量等优点。 （ 1）霍尔传感器 /变送器的工作原理 霍尔电流、电压传感器是根据霍尔原理制成的。 它有两种工作方式，即磁平衡式和直放式，霍尔电流、电压传感器 一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件和放大电路等组成。 直测式霍尔电流传感器原边电流 Ip产生的磁通量聚集在磁路中，并由霍尔器件检测出霍尔电压信号，经过放大器放大，该电压信号精确地反映原边电流。 磁平衡霍尔电流传感器原边电流 Ip产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流 Is 通过副边线圈所产生的磁通量相平衡。 副边电流 Is精确地反映原边电流。 磁平衡霍尔电压传感器原边电压 Vp通过原边电阻 R 1转换为原边电流 Ip， Ip产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流 Is通过副边线圈所产生的。 （ 2）霍尔电流、电压传感器技 术指标及特点 ① 量程：电流为 5～ 10000A；电压为 5～ 5000V； ② 精度：霍尔传感器模块在工作区域内的精度优于 1%； ③ 线性度：优于 %； ④ 工作频带： 0～ 20HZ； ⑤ 过载能力： 0～ 177。 10000A。 开关量输入通道 开关量输入为数字量输入模块，设计采用 SM321数字量输入模块。 该模块共有 32点输入，按每组 16个隔离，直流 24V 供电，模块接口电路完成现场的开关量信号变为 PLC 内部处理的标准信号，其中外部开关信号与内部电路通过 光耦隔离来实现。 根据煤矿井下防爆电气设备的要求，从危险区域引入水泵控制装置的信号必须经过电气隔离。 因此该系统中需要在山东科技大学学士学位论文 系统硬件系统设计 22 SM321接口模块前端加以光耦隔离板。 危险区引入的开关量信号采用本 安电源供电，引入到 SM321模块内的开关量信号采用 PS307电源模块供电，如图。 本 安 电 源P S 3 0 7光耦隔离板开关量输入模块+ 2 4 VG N DL +M公 共 端开 关 1开 关 2开 关 N危 险 区安 全 区 图 SM321接线原理 该设计所用数字量输入点数为 32点，具体如下表。 表 数字量输入点数统计表 数字量输入 点数 方式选择开关 2 水泵手动启动 3 水泵手动停止 3 水泵检修 3 真空电磁阀开到位 2 真空电磁阀关到位 2 水泵电动阀开到位 3 水泵电动阀关到位 3 电机开返回信号 3 电机关返回信号 3 备用开关 1 故障复位信号 1 采集水位信号 3 总计 32 山东科技大学学士学位论文 系统硬件系统设计 23 显示模块的设计 触摸屏简介 触摸屏是一种定位设备，用户可以直接用手向计算机输入坐标信息 和鼠标、键盘一样，是一种输入设备。 触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、 节省空间、易于交流等许多优点。 利用这种技术，只要用手指轻轻地碰触计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直接了当，这种技术极大方便了那些不懂电脑操作的用户。 触摸屏的应用范围非常广阔，主要有公共信息的查询，如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询 ； 城市街头的信息查询 ； 此外还可广泛 应用于企业办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。 所谓触摸屏，从市场概念来讲，就是一种人人都会使用的计算机输入设备，或者说是人人都会使用的与计算机沟通的设备。 不用学习，人人都会使用，是触摸屏最大的魔力，这一点无论是 键盘 ，还是鼠标，都无法与其相比。 人人都会使用，也就标志着计算机应用普及时代的真正到来。 从技术原理角度来 讲， 触摸屏是一套透明的绝对定位系统，首先它必须 保证是透明的，因此它必须通过材料科技来解决透明问题，像数字化仪、写字板、电梯开关，它 们都不是触摸屏 ；其次它 是绝对坐标， 触摸屏软件都不需要光标，有光标反倒影响用户的注意力，因为光标是给相对定位的设备用的，相对定位的设备要移动到一个地方首先要知道现在在何处，往哪个方向去，每时每刻还需要不停的给用户反馈当前的位置才不至于出现偏差。 这些对采取绝对坐标定位的触摸屏来说都不需要。 再其次就是能 检测手指的触摸动作并且判断手指位置。 山东科技大学学士学位论文 系统硬件系统设计 24 触摸屏工作原理 为了操作上的方便，人们用触摸屏。