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1、基于多台空调机组的自动控制设计摘要：当前屋顶式空调机组被电厂等使用单位广泛应用于集控宣，电子设备间等场所，在此环境下，通常有多台屋顶式空调机组需要进行集中控制，控制系统需要安全可靠、性能优越、操作方便等特点。基于此，本文通过吉荣牌屋顶式空调机组的应用实例，对采用PLC模块式实现多台空调机组的自动控制设计方法进行相关探讨和简要论述。 关键词：PLC；硬件配置；控制要求；控制方法；网络读写 一、概述 吉荣牌屋顶式空调机组被广泛应用于电厂、医药、军工、写字楼、商场等场所。对于电厂来说通常有多台屋顶式空调机组需要进行集中控制，可以通过使用SIEMENS(西门子)公司生产的S7-200CN中CPU226

2、控制器的网络读写功能，对多台屋顶式空调机组进行全天候自动控制，实现智能无人操作管理。华能某电厂工业空调项目使用了多台吉荣牌屋顶式空调机组，本文以此项目为例，对基于PLC多台空调机组的自动化设计方法进行相关探讨和论述。 二、系统硬件配置 S7-200CN通讯端口采用RS-485信号标准9针D型连接器，同时西门子公司提供了两种类型的网络连接器，你可以很轻松的把多台设备连接到一条总线上，这些连接器有一个开关，可以选择网络所需的合适终端匹配。(具体连接方式见s7-200可编程序控制器系统手册。) 根据上述特点以及吉荣牌屋顶式空调机组的结构控制特点，我们采取如下的控制方案：一台触摸屏KTP178直接与其

3、中一台PLC相连，以这台PLC为桥梁，其他三台PLC通过这台PLC与KTP178交换数据，通讯通过网络读/写指令来实现，程序既可独立运行又可以四台相联系。(这种方式在没有使用中继器的情况下，可以直接连接31台PLC，如果加上中继器则可以扩展至125台。) 此方案的硬件配置为触摸屏KTPl78一台、CPU226四台，其中一台屋顶式空调机组为主模块单元。配有一个模拟量扩展模块EM235、温湿度传感器及相应的电器控制部分，其余三台屋顶式空调机组作为从模块单元。由于此方案中KTPl78直接与主模块单元交换数据，主模块单元的PLC通过网络读写与其它PLC通讯，因此其优势在于成本相对较低，可以连多台PLC

4、，结构灵活，控制简便：但同时随着PLC数量的增加，网络通讯速率降低，出现异常的可能性也会相应增加。 三、输入输出信号 四、控制要求反方法 (一)系统控制要求 1、根据当前温湿度及设定温湿度对系统采取相应控制措施。 2、具有故障检测与报警功能，能查询当前故障和历史故障。 3、系统具有定时控制，能自动开关机组。 4、四台压缩机要求有轮换功能。 (二)触摸屏KTPl 78要求 1、能查看各模块的输入输出状态。 2、查看当前报警和历史报警。 3、显示当前温湿度，并能查看温湿度曲线。 4、对温湿度设定等参数能进行修改。 5、能开关机组，并能进行定时设定。 6、能对显示的温湿度参数进行校正。 (三)控制方

5、法的实现 1、机组运行控制程序的实现。 温湿度探头采样进来的是0-5V的信号，分别对应0-50与0-100。计算公式为：T=A32000×50,H=A32000×100(A表示采样值)。然后根据温湿度设定值控制压缩机、加热器、加湿器的运行。 2、报警处理 在KTPl78的报警信息栏里写上如下信息： 0001机组1送风机过载 0002机组1风压故障 0017机组2送风机过载 0018机组2风压过载 对于历史故障，在KTPl78里的list(history alarm)中写上： 1机组1送风机过载 2机组1风压故障 13机组2送风机过载 14机组2风压故障 48机组4积水报警

6、3、设定温湿度等参数、当前温湿度读取处理 在主模块中，将采样得到的温湿度值用网络写指令写入从模块。在从模块中。用网络读指令读取温湿度设定值等其他一些参数设定值。 4、压缩机轮换处理 在从模块中，用网络写指令将压缩机运行时间写入主模块，在主模块中，根据每台压缩机运行时间，分别列出四种不同的压缩机启动顺序分别进入四个不同的控制子程序。 5、输入、输出状态处理 在每个从模块中分别列出它的输入输出状态，再用网络写指令写入主模块中。 在KTPl78中再做一个模块选择点，根据用户选择模块，将相应模块的IO状态信息显示在触摸屏KTPI 78上。 五、流程图 主模块： 六、结论 对于屋顶式空调机组，其特点在于

7、现场安装方式简易，组合方式灵活多样，可以满足不同用户的不同需求，西门子PLC模块式的设计、灵活多样的组网方式恰好符合多台屋顶式空调机组的控制要求。吉荣牌屋顶式空调机组采用西门子控制器及相应组网方式后，能很好的达到控制要求，充分体现屋顶式空调机组的优点，完成其相应的功能。基于的数控机床电气控制研究摘要:主要对高精度PCB数控机床的电气控制系统进行介绍,提出了电气控制系统总体方案以及设计框架。并详细介绍了高精度PCB数控机床的电气控制系统的硬件设计和各功能模块。系统采用SIMOTION D、变频器、电机、光栅尺构成全闭环控制系统。同时为了提高生产率而采用工件自动夹紧、机械手自动换刀、断刀检测等多种

8、功能,实现机床监控的自动化。 关键词:数控机床;电气控制;可编程逻辑控制器;抗干扰 PCB数控钻床是用于对PCB板进行加工的一种机床,其本质是通过对孔进行平面定位来控制微孔加工钻床。一般运动执行方式有两种:一种是采用伺服电机或者步进电机和滚珠丝杠作为运动执行部件,第二种是通过直线电机直接带动工作台运动。新的电气控制系统设计采用模块化的设计技术,从机床的机械部分、控制系统的硬件和软件方面进行全新的设计。可以实现高精度的闭环控制,高可靠的状态控制,高效率的加工方式以及友好的人机界面。 1电气控制总体设计 1.1机械设计 总体布局采用X、Y轴分立式结构,装配简单,两方向运动质量基本相同。X、Y轴的电

9、机带动滚珠丝杠旋转,通过螺母副带动工作台在X、Y方向上移动。Z轴结构对于高速钻孔极其重要,设计和制造严格保证驱动电机主轴和钻孔主轴共线。采用上端固定下端悬臂丝杠结构,采用弹性联轴器。滚珠丝杠和导轨采用国际知名品牌。机床底座,横梁,工作台采用全花岗石,保证高精度稳定性和温度稳定性。 1.2电气控制原理 机床基本工作原理如下图1所示: 这个系统的工作原理是,机读取文件信息,把数据传递给SIMOTION D,再根据这些收到的数据控制电机模块驱动电机带动工作台进行位置控制,光栅尺实时检测工作台的位置信息并传递给SIMOTION D,实现对工作台进行位置调整满足对位置的精度要求。由于光栅尺信号不能直接识

10、别,所以通过传感器模块转换为标准的信号传递给SIMOTION D。被接收到主轴的转速信息通过模拟量模块输出一个相应的电压控制变频器驱动主轴转动。工作台的工作状态可以通过多个传感器如接近开关、断刀检测传感器、深度检测传感器等检测到并传入系统。这些传感器的信号先送到扩展模块中,再送入SIMOTION D中,运用强大的工艺处理、逻辑处理能力,对这些信号进行处理,从而完成整个的加工任务。 2PCB数控机床电气控制 为了实现较高的控制精度,采用变频器、电机、光栅尺构成全闭环控制系统。同时为了提高生产率,数控机床具有工件自动夹紧、机械手自动换刀、断刀检测、通信检测自动建立通信连接以及刀位检测等多种功能,实

11、现机床监控的自动化。 2.1硬件结构 数控机床是由上位机软件、下位机软件、硬件电路和机械部分组成。硬件电路负责机床的驱动、各部分之间信息的传递以及系统的保护等。 (1)机械手换刀。 机械手为气动型有两个自由度,向上伸出机械臂和刀具加紧。分别通过对电磁阀的开关控制实现对机械手气缸进气控制使机械手可以自由的伸出、收回、加紧刀具和松开刀具。为了刀具被正确的放回刀库,机械手的伸出长度可以由SIMOTION D控制,实现方式为机械手的运动活塞带有磁性,在气缸外壁安装磁性感应开关,当机械手运动到某一位置时感应开关接通,SIMOTION D收到信号后立即关闭机械手的进气路达到机械手限位目的。 转贴于 中国论

12、文下载中心 http:/www.studa.ne(2)断刀检测。 短刀检测采用光纤传感器,为OC门形式,三根接入线可以直接接24V电源,信号线可以通过电阻介入24V构成电平输出。传感器的一根光纤输出一束红外线,另一根光纤接受这束红外线,这样可以通过是否被遮挡判断道具是否失效。其原理图如图2所示。 2.2系统功能模块 软件的设计是整个系统的组成部分,是硬件按照要求工作的指挥者。下位机软件是运行在序,负责从上位机接收数据并控制执行部件工作和检测机床状态的任务。已经组态好轴以后就可以通过程序对轴进行操作。SIMOTION D内部程序是由操作系统调用的,SCOUT为我们提供了大量的功能块方便调用。 (

13、1)轴使能功能块。 此功能块主要是对即将启动的轴进行初始化。在启动一根轴之前必须先对此轴进行使能。步骤为在中选择要使能的轴,选择使能方式。 (2)轴的位置控制功能块。 轴的位置控制功能块是驱动一根轴运动到指定的位置。 (3)轴的回零功能块。 对于非绝对值编码器,每次系统上电轴必须回零以确定轴的当前位置。 (4)关闭轴功能块。 在轴不再启动时可以关闭轴。在关闭轴后如果在操作轴运动是非法的会造成停机。 2.3调试结论 本系统具有6根轴,使用了接近开关、深度检测传感器、机械手、压力传感器和变频器等多种输入输出器件,各器件之间的相互融合性对系统的性能具有决定性作用。所以本系统的调试工作极为重要。经过空

14、载调试、主轴调试、传感器工作参数调试、自动换刀和上位机控制调试,可以知道,高精度PCB数控机床的电气控制系统是成功的,具有高的可靠性和抗干扰能力,具备较高的动态特性与快速反应能力。其中电机调试中的低速鸣叫与其载波频率相关,而一般鸣叫则与其电流增益相关,严重的振动则是伺服增益参数需要较大调整,也就还需要进一步努力。 参考文献 1寥常初.PLC编程及应用M.北京:机械工业出版社,2005,(7). 2邱公伟.可编程序控制器网络通信及应用M.北京:清华大学出版社,2000,(7). 3王永华等.现代电气控制及应用技术M.北京:北京航空航天大学版社,2005,(3). 4任玉田.机床计算机数控技术M.

15、北京:北京理工大学出版社,1996,(9). 5熊幸明.控制系统接地抗干扰技术的研究J.低压电器,2004,(6). 转贴于 中国论窑炉系统抗干扰工业设计分析tt摘 要:在工业环境中,PLC抗干扰设计在PLC控制系统设计中占有十分重要的地位,对干扰源进行了详尽的分析、论述,从硬件和软件两方面阐述了PLC控制系统的抗干扰设计方法。 关键词:PLC;干扰源;抗干扰设计 1 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源 1.1 来自电源的干扰 工业现场种类繁多的动力设备的启停运转,可能引起电源过压、欠压、浪涌、下陷及产生尖峰干扰,这些干扰均会通过耦合到PLC系统的电路,给系统造成极大的危害。同样,这些干扰源也

16、能以电磁场方式作用到PLC系统上而造成干扰。例如:某厂在氮化炉控制系统最初采用调压方式进行炉温控制,常常造成近百伏的瞬时过压或欠压形成涌流,严重影响系统正常运行。 1.2 信号通道干扰 信号通道干扰:一是通过变送器供电电源或共用仪表的供电电源窜入的电网干扰;二是信号线受空间电磁辐射的干扰。由信号线引入的干扰会引起1/0信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动作和死机。 1.3 来自接地系统混乱时的干扰 PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。正确的接地,既能抑制电磁干扰的

17、影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使PLC控制系统无法正常工作。 接地系统混乱使各个接地点电位分布不均,引起地环路电流,影响系统正常工作。此外,屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内有会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,形成干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布。逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱或死机。 1.4 来自空间的辐射干干扰 在工业环境中,空间电磁波污染十分严重。空间辐射干扰以电磁感应的方式通过检测系统的壳体、导线等形成接收电路

18、,造成对系统的干扰辐射干扰,其分布极为复杂。在此情况下,干扰主要通过两条路径:一是直接对PLC内部的辐射产生干扰;二是对PLC通信与接口网络的辐射引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小,特别是频率有关,一般通过设置屏蔽电缆、PLC局部屏蔽、建立高压泄放回路进行保护。 2 PLC控制系统的抗干扰设计与施工 2.1 设备选型 首先应选择有较高抗干扰能力的产品,如:采用浮地技术、隔离性能好的PLC;其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标,按我国的标准(GB/T13926)合理选择。 再次在设备选型时,应注意PLC的输入、输出方式。在设计时,应尽量选用可靠性高的元器件。例如:选用可靠性高

19、的接近开关代替机械限位开关。对于直流与交流信号分别使用各自的电缆;对于系统的输入、输出信号线、必须使用屏蔽电缆,屏蔽电缆在输入、输出侧悬空,而在控制侧接地。 2.2 综合抗干扰设计 2.2.1 电源抗干扰措施 在PLC控制系统中,电网引入的干扰主要通过PLC系统的供电电源、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。因此,对于PLC系统供电的电源,可以采用隔离性能较好电源,例如:UPS2.2.2 通道抗干扰措施 (1)通道隔离技术。 对于系统通道来说,由于测控点离控制中心很远,对每个测控量的输入,输出通道两端,无论是模拟量还是数字量,接地点不可能等电压,这样,就会在

20、通道中形成地环路电流。另外,别的干扰也会通过通道窜入系统。因此,采用隔离技术能很好地抑制这种干扰。对数字量来说,可以采用光电耦合器、继电器等器件隔离,并辅以施密特、RC等滤波、整形电路;对模拟量来说,则可以采用线性光耦、隔离变压器、隔离放大器、差动放大电路等方法予以解决。 在I/O通道有感性负载时,为了防止电路信号突变而产生感应电势的影响,对于交流负载,应在线圈两端并联RC吸收电路。对于直流输入信号,可并接续流二极管。 (2)接地技术。 在PLC控制系统中,接地是抑制干扰的主要方法。系统接地方式有:浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言,它属高速低电平控制装置,应采用直

21、接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响,装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz,所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。接地极的接地电阻小于5,接地极最好埋在距建筑物10 - 15m远处,而且PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10M以上。 信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;信号线中间有接头时, 屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多芯电缆连接时,各屏蔽层也应相互连接好,并经绝缘处理,为此可以采用航空插头进行连接。 (3)屏蔽技术。 屏蔽技术是破坏“场”干扰途径的重要方法,笔者在上述工程的现场参数检测中,就深刻体会到:正确的屏蔽技术与接地

22、技术结合,可以取得良好的抗干扰效果。 导线间的相互干扰,主要是通过三种耦合产生的:其一是电容性耦合,即两回路的电场相互作用的结果;其二是电感性耦合,即两个回路的磁场相互作用的结果:其三是电场和磁场组合而成的,又称电磁耦合或辐射。对于导线间的电磁干扰,可采用两种主要方法抑制:一是抑制干扰源、二是屏蔽干扰源。抑制干扰源是将干扰源远离易受干扰的信号线,即严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号,避免信号线与动力电缆靠近平行敖设,不同类型的信号分别由不同电缆传输,信号电缆应按传输信号种类分层敖设,将强、弱信号线远离,以减少电磁干扰。 2.2.3 空间的抗干扰措施 空间的干扰主要来自空间的多种电磁

23、波,这些电磁波以电磁感应的方式通过系统的导线、壳体等形成接受电路,造成对电路的干扰。抗干扰的措施主要有: 其一,屏蔽:在干扰源的周围加上屏蔽层,并将屏蔽层一点接地; 其二,是使用双绞线、同轴电缆、光缆和屏蔽电缆等缆线防止耦合干扰; 其三,浮地。信号地与机壳、大地浮空,使电路与机壳或大地之间无直流联系。这就加大了信号地与外界的阻抗,阻断了干扰电流的通路; 其四,可在信号通道中设置滤波器,以滤除干扰。 2.3 采用软件抗抗干扰措施 硬件的抗干扰措施可以大大提高系统的测控精度和工作可靠性,而系统的抗干扰又不能完全依靠硬件解决。因此在PLC控制系统的软件设计和组态时,还应从软件方面进行抗干扰处理,进一

24、步提高系统的可靠性。常用的一些措施:数字滤波和工频整形采样,可有效消除周期性干扰;定时校正参考点电位,并采用动态零点,可有效防止电位漂移;采用指令、数据冗余技术;设计相应的软件标志位,采用间接跳转,设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。 3 结语 PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制干扰,对有些干扰情况还需做具体分析,采取对症下药的方法,才能够使PLC控制系统正常工作,取得了满意的效果。 参考文献 1周万珍,高鸿斌.PLC分析与设计应用M.北京:电子工业出版社,2004. 2徐科军.自动检测和仪表的共性技术M.北京:清华人学出版社,200

25、0. 3工培清,李迪译.电子系统中噪声的抑制与衰减技术M.北京;电子工业出版社,2003井下排水自动控制系统的研究摘要井下自动控制排水系统在开采的过程和水资源的利用方面具有重要的意义，PLC可编程控制系统技术在自动控制中具有广泛的应用，本文以煤矿井下作业为例，从影响井下排水自动控制系统的稳定的主要因素出发，提出了抗干扰的措施，阐述PLC技术在井下排水自动控制的设计原理。 关键词自动控制 排水 PLC 在煤矿生产过程中，地下水流入巷道或工作面，形成矿井水。矿井水的形成一般是由于巷道揭露和采空区塌陷波及到水源所致，水源主要是大气降水、地表水、断层水、含水层水和采空区水。采矿活动造成采动区域及其周边

26、区域水文地质系统和单元隔水构造的破坏，改变了水径流方向和途径，最终在采空区或采动场所汇集，并在汇集过程中因物化作用与时间效应遭受污染的，交替性差的水体。 一、井下排水的重要性 在煤矿的原煤开采中，我国平均每年将有2040亿立方米的地下水被抽排到地面且绝大部分被排放掉。但是，煤矿生产抽排的地下水是在煤炭开采过程中才被污染的，而并非本身就是污染严重的水。所以，在我国水资源不足的环境中，这些水被浪费掉实在是有点可惜，如果在水质较好的地方，对井下水进行适当的处理，就完全可以达到工业和生活用水标准。另外，井下水对矿井的危害很大，在发生的煤矿安全事故中，以瓦斯爆炸和水灾害最为频繁和严重。如果矿井水排放不畅

27、，水在井下放任自流，将势必造成水灾，更严重的造成设备财产损失，人员伤亡，矿井坍塌等灾难性的后果。 我国在优化排水方案、改造排水设备及巷道合理布置方面也做了大量的研究，但是，监测技术和手段还处在摸索阶段。随着煤矿安全问题的要求的提高，井下水的检控要求也随之提高。目前井下水的排放主要的人工管理的方式，具有低效率、高劳动量，且容易造成高劳动量的弊端。因此，采用自动控制系统具有重要的意义。 二、PLC井下排水自动控制系统 1. PLC井下排水自动控制系统的技术 可编程控制器(PLC)，是一种数字运算操作的电子系统，向用户的“自然语言”编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。PLC是通过在存储器中的程序

28、实现控制功能，且同一台PLC还可用于不同控制对象，通过改变软件则可实现不同控制的控制要求，具有很大的灵活性和通用性。PLC的输入、输出电路一般用光电祸合器来传递信号，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响，具有可靠性高、抗干扰性强的特点。此外，PLC的I/O接口可直接与控制现场的用户设备联接。 2.影响PLC控制系统稳定的干扰因素 PLC作为一种自动化程度高、配置灵活的工业生产过程控制装置。因为其本身的高可靠性，它的应用场合越来越广，环境越来越复杂，所受到的干扰也越来越多。在PLC控制系统中，就PLC本身来说，其薄弱环节在I/O端口。来自电源波形的畸变、现场设备所产生的电磁干扰、接地电阻的祸合、

29、输入元件触点的抖动等各种形式的干扰，都可能使系统不能正常工作。研究影响PLC控制系统的干扰因素，对于提高PLC控制系统的抗干扰能力和可靠性具有重要作用。 对PLC的干扰的产生过程主要有三个因素组成：(1)电源引入的干扰。雷电冲击、开关操作、大型电力设备启停等，都有可能会影响系统的正常运行，造成PLC系统故障。(2)I/O信号线引入的干扰。在使用PLC组成控制系统时，要连接大小设备和各种通信线路，这样就有可能会发生各种个样的电磁干扰环境，影响PLC系统的运行。(3)接地线引入的干扰。若接地线处理混乱或是电线上的电位分布不等，则会电路的正常运行，有可能在成数据换乱，信号失真。3.PLC控制系统的抗

30、干扰措施 对PLC的干扰的产生过程主要有三个因素组成，相应地对抑制所有电磁干扰的方法也从这三个要素着手解决。(1)最大限度地抑制干扰源。电源系统的抗干扰措施是为了抑制电网电压的波动及畸变对系统电源产生的干扰，可采用使用隔离变压器或者使用低通滤波器的措施来解决。另外，也可以使用交流稳压电源来增大抗干扰能力或使用在线式不间断供电源(UPS)来作为PLC控制系统的理想电源。(2)阻隔祸合通道或衰减干扰信号。输入端有感性负载时，在交流信号输入负载两端并联RC浪涌吸收器或压敏电阻RV；在直流信号负载两端并联续流二极管VD或压敏电阻RV或稳压二极管VX或RC浪涌吸收器等。在使用多芯信号电缆时，要避免I/O

31、线和其它控制线共用同一电缆。(3)降低系统本身对电磁噪声的灵敏度，提高自身抗干扰能力。 三、PLC井下排水自动控制系统的设计原理分析 在PLC井下排水自动控制系统的开发中，为了更好地实现自动控制，应该注重以下几点： (1)需要开发电器控制系统，用PLC(可编程逻辑控制器)控制系统代替传统继电器控制系统。 (2)在开发PLC控制系统的同时，还要选择可靠的控制器及附属电气元件，以更好地适应井下环境。在符合矿用设备的安全标准的同时，还要在设计和开发时能充分考虑和利用井下的条件，使控制简便可行。 (3)在设计的同时要从实际出发，根据排水控制的要求，进行PLC硬件和软件的设计，以达到自动轮换工作，使水泵

32、房工作更加高效节能的目标。 (4)还可以把感应式数字水位传感器用于煤泥水水位的测量，在开发中使用新型的电量监测模块对水泵电机的电源输入进行监测，并建立PLC与该模块之间的通信，可以使PLC根据各个水泵电机的电量监测数据判断它们的运行状态，做到有故障及时发现及时处理。 可编程控制器本身就有很完善的可靠性设计，具有很强的抗干扰性能。但是，工业控制是一个很特殊的领域，稍有不慎，就有可能造成极大的经济损失，甚至人员伤亡。所以还应该从整个系统的角度进行可靠性设计，以更加有效的保障工业控制的安全。 四、结论 井下排水技术在煤矿的开采中的重要性和井下水资源的缺乏利用以及人工控制井下排水系统的种种弊端决定了井

33、下排水自动控制系统研究的重要性。基于可编程控制技术的煤矿井下排水自动控制系统是利用当前优秀的工业控制技术精心研究与开发而成的，它具有许多传统控制系统无法比拟的优点，PLC控制系统得到了广泛的应用和具有广大的发展前景，但是PLC系统在井下排水自动控制系统中的应用还存在着一些问题需要，这需要我们做进一步的研究和实践，并最终解决问题。 参考文献： 1付铁斌，王洪林.矿井主排水系统监测装置的研制J.煤矿安全，2004，35(5)，17-19. 2李胜旺，吉贵堂，赵晓旭.矿井主排水自动化控制系统J.工矿自动化，2002. 3王孝颖，张丰敏，张学松.PLC在煤矿井下主排水控制系统中的应用J.中国煤炭200

34、2，28(8)：43-45. 4周峰，王新华，李剑峰.软PLC技术的发展现状及应用前景J.计算机工程与应用，2004，(24)：57-60. 5李泽松.井下水泵房自动排水系统研究M.2005，(5)：3-5. 6姚福强，李世光，李晓梅等.煤矿井下主排水泵计算机监控系统设计J.煤矿机械，2004，(1)：1-3基于PLC的变频调速疏水系统摘要：随着电力电子技术的发展，作为应用现代电力电子器件与微机技术有机结合的交流变频调速装置，其应用越来越广泛,更有利于实现生产过程的自动化控制并且具有显著的节能效果。本文介绍的变频控制系统是我厂动力4#炉疏水泵系统在保留原有设计的改造过程中，利用基于PLC的变频

35、调速装置，不仅实现了泵组的逻辑控制，完成系统的数字PID调节功能，并对系统中各种参数、控制点进行实时监控，有效地节省人力、资金，保证了系统平稳自动的运行。 关键词：PID PLC 变频调速  1、系统介绍系统主要由三菱公司的可编程控制器（PLC）、三菱变频器（FR-500）、压力传感器（液位传感器）及2台水泵组成，操作者可以通过面板的指示灯、按钮来控制系统的运行。系统框如图所示：2、工作原理：2.1系统有两种工作方式：2.1.1手动运行该方式主要供检修及变频器故障期间用于手动控制泵组运行。2.1.2自动切换变频/工频运行功能控制方案：变频器通常用于驱动某台固定水泵，并实时根据其输出频

36、率，控制辅助泵工频运行，即当变频器的输出频率达到PID上限时，启动辅助泵，而输出频率小于PID下限时，停止辅助泵，控制流程如图（2）所示：2.2  PID控制2.2.1 PID概念1）PI控制   PI控制是由比例控制（P）和积分控制（I）组合而成的，根据偏差及时间变化，产生一个执行量。注：PI运算是P和I运算之和。   对于过程值单步变化的动作例2）PD控制    PD控制是由比例控制（P）和微分控制（D）组合而成的，根据偏差及时间变化，产生一个执行量。注：PD运算是P和D运算之和。   对于过程值单步

37、变化的动作例3）PID控制   利用PI控制和PD控制的优点组合成的控制。注：PI运算是P和I运算之和。4）负作用   当偏差X（设定值-反馈值）为正时，增加执行量（输出频率），如果偏差为负，减小执行量。压力传感器反馈的水压信号Y（4-20mA）与设定值U进行比较，其偏差X经变频器的PID控制器运算后产生执行量Fi去驱动变频器，从而构成以设定压力为基础的闭环控制系统。运行参数在实际过程不断进行调整，使系统控制器响应趋于完整，并通过PLC计算需切换泵的运行操作。基本的PID控制框如图（3）所示：3、PLC系统本系统中检测点及控制量较多，是一较大规模的测控系

38、统。据其特点本系统采用三菱公司可编程控制器（PLC）FX2N系统，该控制器与其他PLC相比具有一些明显优点：运转处理快（最快达3.7us）、最多可达128点控制、可以提供完整的编程环境、可进行离线编程和在线连接调试，并能实现梯形图与语句表的相互转换。系统采用开关量的输入/输出来控制水泵的启、停、切换、软启动及故障报警，实现硬件/软件备用水泵，充分保证系统平稳运行。4、系统的优点：4.1高效节能：电机通过变频调速可以在不同转速下工作，且均是较高效率点工作，提高水泵电机总体效率4.2系统对水泵机组实现了软启动控制方式，延长电机寿命，而且出现故障，备用泵自动切换。4.3系统具有自诊断和自处理功能，具

39、有完善的保护功能，如过流、过压、过载、水池断水保护，完全有效确保设备的工作安全。4.4系统具有故障显示和报警功能，有利于故障排除。5、注意事项：系统的稳定运行，必须要注意以下三个参数：设定值       PID上限        PID下限任何一个控制系统都需要经过反复地调试方可达到最佳性能，没有调试，系统不能工作或不能良好的运行。在最初的系统运行中，甲泵变频与乙泵变频进行切换时经常造成波动，原因是甲乙泵出口水压流量不同，工作点略微偏移。当初设置的PID上、下限范围

40、小，PID运算灵敏度较大，从而引发波动，变频器无法工作，系统瘫痪。我们经过不断的摸索调试，最终将PID上限调整至80%，PID下限调整至20%，同时将设定值调整至较合适的位置。结束语：动力4#炉疏水系统采用变频调速运行方式，可根据实际水压自动调节水泵电机的转速和加减泵，以求最大限度的节能节资，并使系统处于可靠的运行状态，同时，增加了硬件/软件备用水泵功能，延长了设备使用寿命，而采用压力闭环控制，变频器故障后仍能保障不间断工作，具有一定的先进性。这是我厂第一例利用基于PLC的变频调速PID控制功能，投入使用后效果显著，值得在其他炼油化工生产装置中推广。参考文献1.满永奎 韩安荣 吴成东通用变频器

41、及应用机械工业出版社 1995年 ISBN 7-111-04766-42.王兆义 可编程控制器教程机械工业出版社 1997年 ISBN 7-111-03758-8/TP3.三菱变频调速器FR-F500使用手册  三菱电机株式会社转基于Modbus协议的电火花控制系统摘  要：提出了一套基于Modbus协议的总线控制系统，分析了Modbus协议的特点，介绍了Modbus协议的内容及通信过程，给出了系统的软件实现方法，包括系统流程图及部分校验代码。 关键词：Modbus，现场总线，电火花，RTU0. 前言国内的大多数电火花设备由于实时性等方面的要求，控制系统

42、均是基于dos环境设计，这种系统能满足电加工的基本要求，但也大大影响了人机交互的改进以及远程通信等现代控制的要求;模块化结构可裁减性强，便于满足不同用户的需求，是系统深入发展的良好基础;专业化的信号采集设备及检测装置成为系统稳定和可靠运行的保障;应用网络技术，可做到信息处理综合化，智能化;与此同时，VB、VC以及各种组态软件的发展为人机界面及总线控制的发展的提供了良好的开发环境，使我们能够设计出更为合理及人性化的系统。本文试图将现场总线理论应用于电火花加工机床，并最终通过使用Modbus协议实现各设备之间的互联。4现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系

43、统，也被称为开放式，数字化，多点通信的底层控制网络。56在整个工厂的控制网络中，现场总线处于重要的基础地位。1. 控制系统结构1.1 系统基本结构现场总线控制系统一般采用上位计算机结合下位智能仪表来实现控制功能。在本系统中，由于系统的检测装置简单易用，因此采用微控制器来读取信号并最终传输给上位机。一般来说，总线系统主要包括变送器，总线和检测站。在本套系统中，微控制器和检测装置成为智能仪表即变送器，它作为从机使用，但确是系统的核心部件，而上位机即检测站主要完成人机交互的任务以及一些优化、复杂计算和控制的功能。个性化的人机界面以及标准化的总线结构设计，可方便的扩展系统的控制功能

44、。整套系统结构图如图1所示，系统最主要包括一个服务器，一台pc机，三个微控制器及相关检测设备。图1 系统结构图这几层的工作主要包括：1. 最底层为数据采集层，需要从现场采集实时的数据，比如油温，油面高度等。三个微控制器作为现场控制层的核心器件，每个被赋予唯一的本机地址用以识别身份。微控制器即变送器也是整个系统的核心设备，其作用主要是采集间隙电压，液位油温，限位报警，手控盒控制等实时数据，自动实现伺服控制，自动灭火，风扇开关，定时抬刀等功能，并同时将数据输出到modbus现场总线测控网络。2. 现场控制层的任务是将所有的加工状态通过双脚电缆送至控制室的监控计算机，组

45、成现场总线网络，而在此网络中，所有传输的信息均遵循modbus协议。Modbus现场总线将现场变送器和检测站连接成一个测控网络，实现电火花加工的监测计量与管理。3. 工厂监控层安装人机界面软件，负责监视所有加工参数即电规准，以及所有相关数据的显示及键盘输入信息处理等人机交互过程。pc机作为监控计算机，通过以太网连接到远程管理中心，实现向上进行网络运行;监控计算机可以安装moden，通过现场进行单击操作。4. 最上层为远程管理层，可以由以太网，top等局域网段组成，一般设服务器，pc机与服务器之间通过以太网卡，网关相连，也可通过路由器连接至广域网。服务器是系统的外扩部分，可以

46、选用。1.2 物理实现目前，可以通过下列三种方式实现Modbus通信：以太网上的TCP/IP;各种介质（有线：EIA/TIA-232-F、EIA-422、EIA/TIA-485-A;光纤、无线等）上的串行链路上传输;Modbus PLUS，一种高速令牌传递网络。选择何种实现方式主要是依据他所连接的设备所处的地位。一般采用标准的232口即可，但由于计算机上的rs232传送的距离不超过30m，因此可以选用485接口。除此之外，422口也为标准串行数据接口，表1列出了他们之间的主要差别。本套系统采用了隔离的RS-485通信方式来提供对Modbus的硬件支持。表1 有线介

47、质传输性能对比表Modbus系统是一种主从网络，容许一个计算机和一个或多个从机通信。当在Modbus网络上通信时，每个控制器都有自己的设备地址，主机识别按地址发来的消息，并决定要产生何种行动。当在其他网络上传输时，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。此时，控制器既可以作为主设备也可以作为从设备, 但不能两者同时兼备。根据各种设备的不同接口，总线上还可以串联打印机等设备，也可以将这些设备直接连接至监控计算机的打印机端口或USB口，实现通信。芯片要根据所接收的信息进行选择，如果是数字量，则最常见的单片机或pic微控制器等均可选用，如果是模拟量如间隙电压，则要选择

48、带模拟端口的芯片。电缆选择可以根据所选择的传输通道及距离来确定，这里选用的是带屏蔽的双绞电缆。2 Modbus协议Modbus协议是OSI模型第七层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。互联网组中已经保留TCP/IP系统端口502用以访问Modbus，Modbus协议已经成为一种流行的工业控制传输标准。2.1 协议内容Modbus协议定义了消息与格式和内容的公共格式，主要采用命令/应答方式，每一种命令报文都对应着一种应答报文，命令报文由主站发出，当从站收到后，就发出相应的应答报文进行相应。Modbus的信息帧包括站点、字节长度

49、、功能码、操作地址、操作数据、CRC校验值等。在Modbus系统中有两种有效的传递模式即ASCII（美国标准信息交换码）和RTU（远程终端装置）模式。内容格式及字符长度如下：2由于RTU模式传输位数少，使用方便，本文内容均采用RTU模式。2.2 通信过程Modbus主从节点之间通信过程大致为：（1）从节点通过特定的端口与主节点建立连接，等待接收主节点发送的请求帧信号。（2）主节点根据实际需要达到的目的选择合适的功能，将其对应的功能代码保存在ADU的功能代码域，把必要的参数和子功能代码保存在数据域中，并将传输标志、协议标志、数据长度等存放在标志域中，从而组成一个完整的数据帧发送到从节点

50、。（3）从节点对收到的请求帧经过错误检测后，根据协议的规定将其分解成基本功能单元，并按照功能代码的要求完成特定的操作，最后还要返回一个功能回应信号。如果请求帧或某一步操作出错，就返回一个错误报告。完备的出错应答是Modbus的一个特点，这有利于通信主节点判断通信的错误原因，从而将其排除，保证通信可靠进行，提高通信成功率。33. 软件实现软件实现时包括：初始化关键字，包括波特率设置，数据位数，停止位数，奇偶校验模式等，总线上所有的master及slave的以上设置应完全一致。Modbus编程主要需处理好校验码的生成及数据包开始标志的检测。33.1 地址定义通信程序必须处理好数

51、据报开始的标志，因为每次主机发送数据时，所有的从机都会接收到信息，但只有地址相同的从机才会响应，因此地址的判别至关重要。在两个数据包之间modbus协议将提供3.5帧的空闲时间，此时，总线上所有的从机要做好接收准备，一旦主机有数据包发出，从机立刻接受此数据。这当中的第1帧即为地址帧。从机记录该地址并判断是否执行该功能。通常，程序中会设置一个3.5帧计时器，当线路上有数据时计时器不计数，一旦线路空闲则计时器计数开始，直至该计时器停止计数，这时线路上开始有数据包发出，这第一帧数据即为地址帧。值得注意的是，3.5帧时间并非常数，应根据传输速率及帧校验方式（奇偶校验或无校验）而定。表2 AS

52、CII模式传输格式表3 RTU模式传输格式3.2 功能码定义客户所请求的服务和服务器所提供的服务均通过功能码（Function Code）标识。Modbus 功能码分三种，即公共功能码、用户自定义功能码和保留功能码，公共功能码是已定义的功能码，保证其唯一性，包含现存已定义的公共指配功能码和未来使用的未指配保留功能码。用户定义功能码有两个定义范围，即 65 至 72 和十进制 100 至 110。用户没有 Modbus 组织的任何批准就可以选择和实现一个功能码。保留功

53、能码是一些公司对传统产品通常使用的功能码，并且对公共使用是无效的功能码。为使用方便，在本套系统中，我们仅编写Modbus协议中的三个公共功能码，包括写单个寄存器0x06，读多个寄存器0x13，读写多个寄存器0x17。以写单个寄存器为例，请求信息为响应为函数流程图如下：图2 系统响应流程图除此之外，我们还可以扩展其他功能，比如利用读文件记录0x20，写文件记录0x21两个功能码来存储系统的相关信息，如故障记录，使用过的规准查询，各设备使用情况等。3.3 校验码的生成根据传输模式的不同，系统需要产生不同的校验码（check sum）,ASCII模式采用LRC校验（Longitudinal Redundancy Check）而