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基于PLC的井下自动排水系统总体设计
3.1控制系统总体结构
系统采用现场层(远程IO),控制层(PLC)和管理层(工业计算机)组成的三级控制系统来实现排水系统的自动控制。工业计算机利用友好人机界面实现人机对话和远程监控功能,PLC作为控制器完成逻辑处理和控制任务,远程IO实现现场数据的采集和上传。控制系统总体结构如图所示。
图 系统总体结构
3.2基于PLC的矿井主排水控制系统设计
系统由PLC(可编程逻辑控制器)、触摸屏、检测部分(模拟量和开关量采集)和执行部分等组成,其硬件结构如图4-2所示。
图4-2排水控制系统硬件结构图
3.2.1 PLC的主要特点
PLC( Programmable Logic Controller) ,即可编程逻辑控制器,定义是:一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
1. PLC的特点
1)灵活、通用
在继电器控制系统中,使用的控制装置是大量的继电器,整个系统是根据设计好的电气控制图,由人工通过布线、焊接、固定等手段组装完成的,其过程费时费力。如果因为工艺上少许变化,需要改变电气控制系统时,原先整个电气控制系统将被全部拆除,而重新进行布线、焊接、固定等工作,耗费大量人力、物力、和时间。而PLC是通过在存储器中的程序实现控制功能,若控制功能需要改变,只需修改程序及少量接线即可。而且,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。因此,PLC具有很大的灵活性和通用性,结构形式多样化,可以适用于各种不同规模、不同工业控制要求。
2)可靠性高、抗干扰能力强
可靠性是工业控制器件的重要指标。因此,要求在各种恶劣工作环境和条件(如电磁干扰、灰尘等)下可靠工作,将故障率降至最低。PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力,不会出现继电器一接触器控制系统中接线老化、脱焊、触点电弧等现象,故被称为“专为适应恶劣工业环境而设计的计算机”。
3)编程简单、使用方便
PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程,容易掌握。目前,PLC大多采用梯形图语言编程方式,它既继承了继电器控制线路的清晰直观感,又考虑到电气技术人员的读图习惯和应用实际,电气技术人员易于编程,程序修改灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式,与汇编语言相比,虽然增加了解释程序和程序执行时间,但对大多数机电控制设备来说,PLC的控制速度还是足够快的。此外,PLC的I/O接口可直接与控制现场的用户设备联接。如继电器、接触器、电磁阀等联接,具有较强的驱动能力。
4)接线简单
PLC只需将输入设备(如按钮、开关等)与输入端子联接,将输出设备(如接触器、电磁阀等)与输出端子联接。接线极其简单、工作量极少。
5)功能强
PLC不仅具有条件控制、定时、计数、步进等控制功能,而且还能完成A/D. D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网、生产过程监控等。因此,PLC既可对开关量进行控制,又可对模拟量进行控制。可控制一台单机、一条生产线,也可控制一个机群、多条生产线。可用于现场控制,也可用于远距离控制。可控制简单系统,又可控制复杂系统。
6)体积小、重量轻、易于实现机电一体化
PLC具有体积小、重量轻、功耗低等特点。由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机,其结构紧凑、坚固耐用,以及有很强的可靠性和抗干扰能力,易于嵌入机械设备内部。因此,PLC在机电一体化产品中被广泛应用。
2. PLC的主要功能
PLC是应用面很广,发展非常迅速的工业自动化装置,在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。今天的PLC功能,远不仅是替代传统的继电器逻辑。
PLC系统一般由以下基本功能构成
.多种控制功能
.数据采集、存储与处理功
.通信联网功能
.输入/输出接口调理功能
.人机界面功能
.编程、调试功能
1)控制功能
逻辑控制:PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能,可以代替继电器进行开关量控制。
定时控制:它为用户提供了若干个电子定时器,用户可自行设定:接通延时、关断延时和定时脉冲等方式。
计数控制:用脉冲控制可以实现加、减计数模式,可以连接码盘进行位置检测。
顺序控制:在前道工序完成之后,就转入下一道工序,使一台PLC可作为多部步进控制器使用。
2)数据采集、存储与处理功能
数学运算功能包括:
.基本算术:加、减、乘、除。
.扩展算术:平方根、三角函数和浮点运算。
.比较:大于、小于和等于。
数据处理:选择、组织、规格化、移动和先入先出。
模拟数据处理:PID
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