因是流量大,吸入高度过大,吸入处有空气渗(6) (流量信号、负压信号、温度信号)入,所吸入的液体温度过高。
。
出现以上故障,及时报警通知操作人员;严重故障时,报警并停止出现故障的水泵。
2.3 系统总体设计方案2.3.1 手动控制方案的确定1.现场手动控制直接经过电控部分来分别控制各个元件,其所需开关有: 现场手动控制/非手动控制转换开关 各水泵起动/停止开关 各水泵排气阀、排水阀、分配阀打开/关闭开关2.输出开关量有: 各阀开启信号灯2.3.2 系统电动控制/自动检测控制方案的确定 根据现场具备的条件及系统的控制要求,得到泵房控制系统的控制 I/O点配置及参数显示,主要包括:1、输入开关量: 电动控制/自动检测控制模式选择开关 显示各泵参数按键 泵控制按钮2、输入模拟量: 输入温度 输入负压 输入压力 输入液位 输入转速 输入流量3、输出开关量: 真空泵、主水泵电机起停 电磁阀/电动阀开关 手动模式信号灯 电动模式信号灯 自动模式信号灯 故障报警灯根据前文所述,可采用如图 2-1 所示的泵控制系统。
阀 主 水 泵 液 传 主水仓 位 电机 感 传 器 感 器 人机交互 控 制 器 图2-1、泵控示意图 在上述控制系统中,采用不同的控制器,模拟量的测量及信号的转换方式也随之改变,使得该系统的实现有不同的方案。
方案一:采用单片机为控制器的方案如图 2-2 所示。
水泵 温度、负压等 传感器 调节电路 S/H电路 阀 多 主水仓 液位传感器 调节电路 路 A/D转换 S/H电路 开 电机 关 单 补水仓 液位传感器 调节电路 S/H电路 片 机 数据显示 键盘设定 信号灯和 看门狗电路 故障报警 图2-2、采用单片机控制示意图 采用单片机的控制方案功耗低,控制功能强,能满足本系统的各种要求,但是单片机对环境的要求比较高,而且以单片机为控制器的系统需要许多的外围扩展电路,如上图中的调节电路(滤波、信号放大电路)、S/H 电路、转换开关、A/D 转换电路、I/O 接口电路及其光电隔离电路、干扰抑制电路等,使得系统接线复杂,这对于井下条件来说,增加了故障发生率,导致控制不可靠,因此本系统不采用单片机控制方案。
方案二:采用 PLC 为控制器的方案如图 2-3 所示。
水泵 温度、负压等 传感器 调节电路 模拟量 扩展 主水仓 液位传感器 调节电路 阀 模块 补水仓 液位传感器 调节电路 电机 键盘设定 PLC 信号灯及报警 人机交互 图2-3、采用PLC控制示意图 采用 PLC 的泵控系统在控制方法上与单片机的方案相同,但是 PLC 集成度高,接线简单,所以其在系统的稳定性、可靠性等方面,其具有较大的优势: 1、PLC 是面向工业应用而设计的一种工业计算机,可靠性高,特别适应恶劣的工业环境。
PLC 2、 有多种扩展模块,其中模拟量扩展模块可与系统中的温度、负压、压力等模拟量信号直接相连,并能自动进行信号处理。
不需设计外部信号处理电路,抗干扰性好,系统稳定性高。
3、PLC 模块化的结构便于扩展,设计简单。
此外,PLC 比较容易构建一控制网络,所以,本系统采用 PLC 泵控系统。
2.3.3 初步设计方案的确定 根据前面所述,初步确定其总体设计方案见图 2-4。
上位机 地上主控制室 PLC PLC 现场 水 水 水 水 水 水 泵 泵 泵 泵 泵 泵 1 2 3 4 5 6 图2-4、总体设计方案现场控制由 PLC 控制网络组成,第一台 PLC 检测主水仓、补水仓的液位、控制 3 台水泵、并控制第二台 PLC,第二台 PLC 控制 4、5、6 泵;地上控制室由一台上位机组成,主要接收井下控制室传上来的主水仓液位及各台泵的运行参数。
2.4 PLC 泵控的硬件选型2.4.1 PLC 的选型 PLC 的型号有许多,目前性能较好的有 SIEMENS 公司、日本的三菱、欧姆 美国 AB 公司等产品,龙、 本系统采用 SIEMENS 公司 S7-200 根据性价比的选择,系列 PLC。
考虑到以后系统的扩展要求,选用“CPU226AC/DC/继电器”型号PLC,该型号具有 24 输入/14 输出,可提供标准值为 24V DC 的输入和输出电压,此外还提供范围为 5-250V AC 的输出电压。
S7-200 CPU 模块包括一个中央处理单元 、 (CPU) 电源以及数字量 I/O 点,这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。
2.4.2 模拟量扩展模块的选型 由于系统有多个模拟量输入,故可采用与 S7-200 CPU 相配套的 EM231模拟量输入模块,其具有 4 路模拟量输入,输入信号可以是电压也可以是电流,输入与 PLC 具有隔离。
输入信号的范围可以由 SW1、SW2 和 SW3 设定。
其具体技术指标见表 2-1。
表 2-1、EM231 技术指标 型号 EM231 模拟量输入模块 总体特性 外形尺寸:71.2 ㎜×80 ㎜×62 ㎜ 功耗:3W 输入特性 本机输入:4 路模拟量输入 电源电压:标准 DC24V/4mA 输入类型:0~10V、0~5V、+5V、+2.5V、0~20mA 分辨率:12bit 转换速度:250μs 隔离:有 耗电 从 CPU 的 DC 5VI/O 总线耗电 10mA 开关设置 SW1 SW2 SW3 输入类型 ON OFF ON 0~10V ON ON OFF 0~5V 或 0~20mA OFF OFF ON +5V OFF ON OFF +2.5V本系统输入类型为 0~5V,因此开关设置为 SW1ON、SW2ON、SW3OFF。
此时,其分辨率为 1.25mv(见 S7-200 编程手册)其输入数据格式为:模拟量到数字量转换器(ADC)的 12 位读数,其数据格式是左端对齐的,最高有效位是符号位,对单极性格式,最高位为 0,0 表示正值数据字,后三位有效数字为 0,这就使得 ADC 计数值每变化 1 个单位,则数据字的变化是以 8 为单位变化的。
以上的分辨率和输入数据格式是把 PLC 采样处理过程中要用到的重要数据。
2.4.3 数字量扩展模块的选型 由于 PLC 的输入与输出量较多所以选用与 S7-200 配套的 EM223 数字量混合模块。
EM223 数字量混合模块有 6 种类型,包括 24 V 4 点输入/4 点输出,24 V4 点输入/继电器 4 点输出,24 V 8 点输入/继电器 8 点输出,24 V 8 点输入/8 点输出,24 V 16 点输入/继电器 16 点输出,24 V 16 点输入/16 点输出,6 种类型均有隔离,本系统选用 24 V 16 点输入/继电器 16 点输出,其技术指标见表 2-2。
表 2-2、EM223 技术指标 型号 EM223 数字量(DC 输入/继电器输出)组合模块 总体特性 外形尺寸:71.2 ㎜×80 ㎜×62 ㎜ 功耗:3W 输入特性 本机输入:4/8/16 路数字量输入 电源电压:标准 DC24V/4mA。
最大 DC30V 输入延时:最大 4.5ms 分辨率:12bit 转换速度:250μs 隔离:光隔离,AC500V1min。
4 点/组 电缆长度:不屏蔽 350m,屏蔽 500m 输出特性 本机输出:4/8/16 路数字量输出 输出电压:DC5~30、AC5~250V 输出电流:2.0A/点 输出延时:最大 10ms 分辨率:12bit 转换速度:250μs 隔离:光隔离,AC500V1min。
4 点/组 电缆长度:不屏蔽 150m,屏蔽 500m 耗电 从 CPU 的 DC 5VI/O 总线耗电 40/80/150mA2.4.4、PLC 与输入输出模块的连接 西门子 S7-200 系列 PLC 模块化设计,可使用户根据自己控制目的和I/O 控制点数,选择相应模块。
本系统选择 CPU226 EM223 EM231 模块,它们之间的连接通过模块上的数据线和数据线槽连接如图 2-5 所示,整个PLC 和膜块将安装在 DIN 轨道上。
图 2-5CPU 与模块连接示意图2.4.5 人机交互设备的选型 根据需要,在地上控制室和井下控制室中要具有人机交互设备,地上控制室采用上位机,井下控制室中采用与 SIMATIC PLC 配套的 TD200 操作员界面,其可以实现人机交互功能,且价格低,占用空间小,可与 PLC 同时安装在同一操作盘上,显示从 S7-200CPU 读来的信息。
TD200 可以单独供电,也可由 S7-200CPU 通过 TD/CPU 电缆供电。
图 2-5为 TD200 的界面示意图 图 2-6、TD200 的界面示意图2.4.6 系统各模块的 I/O 或功能键配置 按照系统要求及所选模块,系统各模块的 I/O 或功能键配置如下:1、PLC(3、4 号站): 、输入数字量: (1) 电动控制/自动检测控制模式开关(1 个) 流量、转速高速脉冲输入(6 个) 水泵起动(降压起动)与停止开关(6 个) 电动阀开与关限位开关(24 个) 报警器复位开关(1 个) 、输出数字量: (2) 电动、自动模式信号灯(2 个) 水泵起动(降压起动)与停止(6 个) 阀开与关(27 个) 3 台泵故障报警器(3 个) 补水仓液位不足故障报警器(1 个) 故,需 2 个 16 点输入/继电器 16 点输出 EM223 数字量混合模块。
、输入模拟量: (3) ○、3 号站 1 输入主水仓、补水仓液位(2 个) .
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