礦井主扇風機監(jiān)控裝置中PLC選型研究

趙瑞平++郭永慶++劉艷艷

摘 要：在礦井生產(chǎn)中主扇風機監(jiān)控裝置是十分重要的一個部分，其設計工作的嚴謹性對于安全生產(chǎn)的開展具有關鍵性的影響意義，因此，要結合對各個方面的項目進行監(jiān)測，確保主扇風機監(jiān)控裝置設計的合理；需要選擇合適的傳感器對以上各項目進行監(jiān)測和保護。由于該礦需要監(jiān)測的模擬量多達33個，但多數(shù)都屬于同一類型的監(jiān)測量。需要對PLC的選型進行研究，以優(yōu)化設計。

關鍵詞：礦井主扇風機 監(jiān)控裝置 PLC選型 研究

中圖分類號：TP274.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0042-01

1 PLC的CPU模塊選擇

1.1 PLC的選型原則

隨著科學技術水平的提升，PLC較之前有了極大的進步，并且新技術的研發(fā)與應用愈發(fā)快速，每三年就會有全新性能的產(chǎn)品投入使用。并且呈現(xiàn)出性能強勁，性價比高，結構完善的發(fā)展趨勢。現(xiàn)在在全球范圍內制造生產(chǎn)PLC的商家已經(jīng)超過二百家，所生產(chǎn)的產(chǎn)品類型已經(jīng)超過了四百個。根據(jù)每個地區(qū)影響力水平的不同，我們大致上可以將這些生產(chǎn)商家分成三個部分，在歐洲地區(qū)，領導者品牌為西門子，美國地區(qū)領導品牌為A-B；日本地位領導品牌為歐姆龍與三菱。因為當前的市場被各式各樣的PLC所充斥，這些產(chǎn)品在性能方面，編程方式以及價格等方面都存在一定的差異性，各自所適合的環(huán)境也不同。所以，結合實際的生產(chǎn)所需，選擇最為合適的PLC，在增強PLC控制系統(tǒng)技術經(jīng)濟指標中是十分關鍵的影響因素[1～2]。

在PLC選擇的時候，所遵循的標準是要在確保功能的基礎上，追求系統(tǒng)的安全可靠性能，同時利于日后維護工作的開展。具體應考慮：（1）性能與任務相適應。針對那些主要應用于開關量的控制，且具備一定模擬量控制類別的系統(tǒng)，比如在生產(chǎn)過程中十分常見的對溫度高低、壓力大小以及液位的控制系統(tǒng)，在PLC選擇時候最好是要具備A/D轉換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉換的模擬量輸出模塊，配接相應的傳感器、變送器和驅動裝置，并且選擇運算功能較強的小型PLC。（2）PLC的處理速度應滿足實時控制的要求。PLC在工作的過程中，從輸入信號到輸出控制存在滯后的問題，這種現(xiàn)象通常是不能出現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中的。（3）PLC機型盡量統(tǒng)一。針對于相同的PLC而言，它的模塊能夠被互相所代用，這不僅使減少備件量，而且給編程和維修帶來極大的方便，也給擴展系統(tǒng)升級留有余地；其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術力量的培訓，技術水平的提高和功能的開發(fā)。

1.2 確定輸入/輸出設備

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設備和輸出設備，從而確定與PLC有關的輸入/輸出設備，以確定PLC的I/O點數(shù)。本設計共對一對主輔風機（含4臺電機）進行檢測和控制，其輸入和輸出設備如下：

輸入設備：26個數(shù)字量輸入，13個模擬量輸入，共39個輸入設備。

輸出設備：21個控制繼電器，共21個輸出設備。

1.3 PLC容量的選擇

（1）內存利用率。用戶程序通過編程器鍵入主機內，最后是以機器語言的形式存放在內存中。我們把一個程序段中的接點數(shù)與存放該程序段所代表的機器語言所需的內存字數(shù)的比值稱為內存利用率。高的內存利用率給用戶帶來好處。

（2）開關量輸入/輸出點數(shù)。PLC開關量輸入/輸出總點數(shù)是計算所需內存容量的重要依據(jù)。開關量輸入/輸出點數(shù)占用內存容量的關系：所需內存字數(shù)=開關量輸入點數(shù)×10+開關量輸出點數(shù)×8。

（3）模擬量輸入/輸出點數(shù)。只有模擬量輸入時：所需內存字數(shù)=模擬量點數(shù)×100

當模擬量輸入和輸出同時存在時：所需內存字數(shù)=模擬量點數(shù)×200。

（4）程序編寫質量。用戶程序是否優(yōu)秀會給程序的具體運行情況造成重要的制約作用。對初學者應為內存多留些余量。一般遵循下面的計算規(guī)律：總存儲器字數(shù)=（開關量輸入、輸出點數(shù)）×10+模擬量點數(shù)×150然后按計算存儲器字數(shù)的25%考慮余量。按照上面的算法，本設計所需的存儲容量最少為6800字節(jié)。根據(jù)本設計實際要求并綜合各方面對比，決定選用西門子公司14輸入10輸出的S7-200系列224XP的PLC進行設計。

2 擴展模塊的選擇

即使CPU上有相應的輸入/輸出接點，不過假如說用戶要求更多的I/O點數(shù)，那么還是要開展I/O的擴展工作。每個CPU，所具備的性能特點也有所差異性，關鍵是與CPU本身的功能有直接的關系。

2.1 數(shù)字量I/O擴展模塊

S7-200系列CPU輸送相應的主機數(shù)字量I/O點，不過當主機I/O點數(shù)無法滿足實際所需的時候，就必須使用擴展模塊來擴展I/O點數(shù)。典型的數(shù)字量輸入/輸出擴展模塊如表1所示。

本設計風機輸出點數(shù)共有21點，PLC的CPU為14輸入，10輸出。因此，需要進行數(shù)字量模塊進行擴展，通過對比，本設計采用兩個8輸入、8輸出的EM223模塊進行擴展。

2.2 模擬量擴展模塊

模擬量I/O擴展模塊具體種類及型號如表2所示。

3 結論

本設計需要對風機系統(tǒng)進行檢測的模擬量有電機振動參數(shù)、瓦斯?jié)舛燃皻怏w流量。因此，共需檢測8個振動信號、4個壓力信號以及1個瓦斯?jié)舛刃盘枺謩e由振動變送器、壓力變送器以及瓦斯傳感器將信號輸入PLC，故選擇4個4輸入的EM231模擬量擴展模塊。

參考文獻

[1] 廖禮.渝陽煤礦礦井通風在線監(jiān)控系統(tǒng)的應用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2012（S1）：80-82.endprint

摘 要：在礦井生產(chǎn)中主扇風機監(jiān)控裝置是十分重要的一個部分，其設計工作的嚴謹性對于安全生產(chǎn)的開展具有關鍵性的影響意義，因此，要結合對各個方面的項目進行監(jiān)測，確保主扇風機監(jiān)控裝置設計的合理；需要選擇合適的傳感器對以上各項目進行監(jiān)測和保護。由于該礦需要監(jiān)測的模擬量多達33個，但多數(shù)都屬于同一類型的監(jiān)測量。需要對PLC的選型進行研究，以優(yōu)化設計。

關鍵詞：礦井主扇風機 監(jiān)控裝置 PLC選型 研究

中圖分類號：TP274.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0042-01

1 PLC的CPU模塊選擇

1.1 PLC的選型原則

隨著科學技術水平的提升，PLC較之前有了極大的進步，并且新技術的研發(fā)與應用愈發(fā)快速，每三年就會有全新性能的產(chǎn)品投入使用。并且呈現(xiàn)出性能強勁，性價比高，結構完善的發(fā)展趨勢。現(xiàn)在在全球范圍內制造生產(chǎn)PLC的商家已經(jīng)超過二百家，所生產(chǎn)的產(chǎn)品類型已經(jīng)超過了四百個。根據(jù)每個地區(qū)影響力水平的不同，我們大致上可以將這些生產(chǎn)商家分成三個部分，在歐洲地區(qū)，領導者品牌為西門子，美國地區(qū)領導品牌為A-B；日本地位領導品牌為歐姆龍與三菱。因為當前的市場被各式各樣的PLC所充斥，這些產(chǎn)品在性能方面，編程方式以及價格等方面都存在一定的差異性，各自所適合的環(huán)境也不同。所以，結合實際的生產(chǎn)所需，選擇最為合適的PLC，在增強PLC控制系統(tǒng)技術經(jīng)濟指標中是十分關鍵的影響因素[1～2]。

在PLC選擇的時候，所遵循的標準是要在確保功能的基礎上，追求系統(tǒng)的安全可靠性能，同時利于日后維護工作的開展。具體應考慮：（1）性能與任務相適應。針對那些主要應用于開關量的控制，且具備一定模擬量控制類別的系統(tǒng)，比如在生產(chǎn)過程中十分常見的對溫度高低、壓力大小以及液位的控制系統(tǒng)，在PLC選擇時候最好是要具備A/D轉換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉換的模擬量輸出模塊，配接相應的傳感器、變送器和驅動裝置，并且選擇運算功能較強的小型PLC。（2）PLC的處理速度應滿足實時控制的要求。PLC在工作的過程中，從輸入信號到輸出控制存在滯后的問題，這種現(xiàn)象通常是不能出現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中的。（3）PLC機型盡量統(tǒng)一。針對于相同的PLC而言，它的模塊能夠被互相所代用，這不僅使減少備件量，而且給編程和維修帶來極大的方便，也給擴展系統(tǒng)升級留有余地；其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術力量的培訓，技術水平的提高和功能的開發(fā)。

1.2 確定輸入/輸出設備

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設備和輸出設備，從而確定與PLC有關的輸入/輸出設備，以確定PLC的I/O點數(shù)。本設計共對一對主輔風機（含4臺電機）進行檢測和控制，其輸入和輸出設備如下：

輸入設備：26個數(shù)字量輸入，13個模擬量輸入，共39個輸入設備。

輸出設備：21個控制繼電器，共21個輸出設備。

1.3 PLC容量的選擇

（1）內存利用率。用戶程序通過編程器鍵入主機內，最后是以機器語言的形式存放在內存中。我們把一個程序段中的接點數(shù)與存放該程序段所代表的機器語言所需的內存字數(shù)的比值稱為內存利用率。高的內存利用率給用戶帶來好處。

（2）開關量輸入/輸出點數(shù)。PLC開關量輸入/輸出總點數(shù)是計算所需內存容量的重要依據(jù)。開關量輸入/輸出點數(shù)占用內存容量的關系：所需內存字數(shù)=開關量輸入點數(shù)×10+開關量輸出點數(shù)×8。

（3）模擬量輸入/輸出點數(shù)。只有模擬量輸入時：所需內存字數(shù)=模擬量點數(shù)×100

當模擬量輸入和輸出同時存在時：所需內存字數(shù)=模擬量點數(shù)×200。

（4）程序編寫質量。用戶程序是否優(yōu)秀會給程序的具體運行情況造成重要的制約作用。對初學者應為內存多留些余量。一般遵循下面的計算規(guī)律：總存儲器字數(shù)=（開關量輸入、輸出點數(shù)）×10+模擬量點數(shù)×150然后按計算存儲器字數(shù)的25%考慮余量。按照上面的算法，本設計所需的存儲容量最少為6800字節(jié)。根據(jù)本設計實際要求并綜合各方面對比，決定選用西門子公司14輸入10輸出的S7-200系列224XP的PLC進行設計。

2 擴展模塊的選擇

即使CPU上有相應的輸入/輸出接點，不過假如說用戶要求更多的I/O點數(shù)，那么還是要開展I/O的擴展工作。每個CPU，所具備的性能特點也有所差異性，關鍵是與CPU本身的功能有直接的關系。

2.1 數(shù)字量I/O擴展模塊

S7-200系列CPU輸送相應的主機數(shù)字量I/O點，不過當主機I/O點數(shù)無法滿足實際所需的時候，就必須使用擴展模塊來擴展I/O點數(shù)。典型的數(shù)字量輸入/輸出擴展模塊如表1所示。

本設計風機輸出點數(shù)共有21點，PLC的CPU為14輸入，10輸出。因此，需要進行數(shù)字量模塊進行擴展，通過對比，本設計采用兩個8輸入、8輸出的EM223模塊進行擴展。

2.2 模擬量擴展模塊

模擬量I/O擴展模塊具體種類及型號如表2所示。

3 結論

本設計需要對風機系統(tǒng)進行檢測的模擬量有電機振動參數(shù)、瓦斯?jié)舛燃皻怏w流量。因此，共需檢測8個振動信號、4個壓力信號以及1個瓦斯?jié)舛刃盘枺謩e由振動變送器、壓力變送器以及瓦斯傳感器將信號輸入PLC，故選擇4個4輸入的EM231模擬量擴展模塊。

參考文獻

[1] 廖禮.渝陽煤礦礦井通風在線監(jiān)控系統(tǒng)的應用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2012（S1）：80-82.endprint

摘 要：在礦井生產(chǎn)中主扇風機監(jiān)控裝置是十分重要的一個部分，其設計工作的嚴謹性對于安全生產(chǎn)的開展具有關鍵性的影響意義，因此，要結合對各個方面的項目進行監(jiān)測，確保主扇風機監(jiān)控裝置設計的合理；需要選擇合適的傳感器對以上各項目進行監(jiān)測和保護。由于該礦需要監(jiān)測的模擬量多達33個，但多數(shù)都屬于同一類型的監(jiān)測量。需要對PLC的選型進行研究，以優(yōu)化設計。

關鍵詞：礦井主扇風機 監(jiān)控裝置 PLC選型 研究

中圖分類號：TP274.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0042-01

1 PLC的CPU模塊選擇

1.1 PLC的選型原則

隨著科學技術水平的提升，PLC較之前有了極大的進步，并且新技術的研發(fā)與應用愈發(fā)快速，每三年就會有全新性能的產(chǎn)品投入使用。并且呈現(xiàn)出性能強勁，性價比高，結構完善的發(fā)展趨勢。現(xiàn)在在全球范圍內制造生產(chǎn)PLC的商家已經(jīng)超過二百家，所生產(chǎn)的產(chǎn)品類型已經(jīng)超過了四百個。根據(jù)每個地區(qū)影響力水平的不同，我們大致上可以將這些生產(chǎn)商家分成三個部分，在歐洲地區(qū)，領導者品牌為西門子，美國地區(qū)領導品牌為A-B；日本地位領導品牌為歐姆龍與三菱。因為當前的市場被各式各樣的PLC所充斥，這些產(chǎn)品在性能方面，編程方式以及價格等方面都存在一定的差異性，各自所適合的環(huán)境也不同。所以，結合實際的生產(chǎn)所需，選擇最為合適的PLC，在增強PLC控制系統(tǒng)技術經(jīng)濟指標中是十分關鍵的影響因素[1～2]。

在PLC選擇的時候，所遵循的標準是要在確保功能的基礎上，追求系統(tǒng)的安全可靠性能，同時利于日后維護工作的開展。具體應考慮：（1）性能與任務相適應。針對那些主要應用于開關量的控制，且具備一定模擬量控制類別的系統(tǒng)，比如在生產(chǎn)過程中十分常見的對溫度高低、壓力大小以及液位的控制系統(tǒng)，在PLC選擇時候最好是要具備A/D轉換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉換的模擬量輸出模塊，配接相應的傳感器、變送器和驅動裝置，并且選擇運算功能較強的小型PLC。（2）PLC的處理速度應滿足實時控制的要求。PLC在工作的過程中，從輸入信號到輸出控制存在滯后的問題，這種現(xiàn)象通常是不能出現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中的。（3）PLC機型盡量統(tǒng)一。針對于相同的PLC而言，它的模塊能夠被互相所代用，這不僅使減少備件量，而且給編程和維修帶來極大的方便，也給擴展系統(tǒng)升級留有余地；其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術力量的培訓，技術水平的提高和功能的開發(fā)。

1.2 確定輸入/輸出設備

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設備和輸出設備，從而確定與PLC有關的輸入/輸出設備，以確定PLC的I/O點數(shù)。本設計共對一對主輔風機（含4臺電機）進行檢測和控制，其輸入和輸出設備如下：

輸入設備：26個數(shù)字量輸入，13個模擬量輸入，共39個輸入設備。

輸出設備：21個控制繼電器，共21個輸出設備。

1.3 PLC容量的選擇

（1）內存利用率。用戶程序通過編程器鍵入主機內，最后是以機器語言的形式存放在內存中。我們把一個程序段中的接點數(shù)與存放該程序段所代表的機器語言所需的內存字數(shù)的比值稱為內存利用率。高的內存利用率給用戶帶來好處。

（2）開關量輸入/輸出點數(shù)。PLC開關量輸入/輸出總點數(shù)是計算所需內存容量的重要依據(jù)。開關量輸入/輸出點數(shù)占用內存容量的關系：所需內存字數(shù)=開關量輸入點數(shù)×10+開關量輸出點數(shù)×8。

（3）模擬量輸入/輸出點數(shù)。只有模擬量輸入時：所需內存字數(shù)=模擬量點數(shù)×100

當模擬量輸入和輸出同時存在時：所需內存字數(shù)=模擬量點數(shù)×200。

（4）程序編寫質量。用戶程序是否優(yōu)秀會給程序的具體運行情況造成重要的制約作用。對初學者應為內存多留些余量。一般遵循下面的計算規(guī)律：總存儲器字數(shù)=（開關量輸入、輸出點數(shù)）×10+模擬量點數(shù)×150然后按計算存儲器字數(shù)的25%考慮余量。按照上面的算法，本設計所需的存儲容量最少為6800字節(jié)。根據(jù)本設計實際要求并綜合各方面對比，決定選用西門子公司14輸入10輸出的S7-200系列224XP的PLC進行設計。

2 擴展模塊的選擇

即使CPU上有相應的輸入/輸出接點，不過假如說用戶要求更多的I/O點數(shù)，那么還是要開展I/O的擴展工作。每個CPU，所具備的性能特點也有所差異性，關鍵是與CPU本身的功能有直接的關系。

2.1 數(shù)字量I/O擴展模塊

S7-200系列CPU輸送相應的主機數(shù)字量I/O點，不過當主機I/O點數(shù)無法滿足實際所需的時候，就必須使用擴展模塊來擴展I/O點數(shù)。典型的數(shù)字量輸入/輸出擴展模塊如表1所示。

本設計風機輸出點數(shù)共有21點，PLC的CPU為14輸入，10輸出。因此，需要進行數(shù)字量模塊進行擴展，通過對比，本設計采用兩個8輸入、8輸出的EM223模塊進行擴展。

2.2 模擬量擴展模塊

模擬量I/O擴展模塊具體種類及型號如表2所示。

3 結論

本設計需要對風機系統(tǒng)進行檢測的模擬量有電機振動參數(shù)、瓦斯?jié)舛燃皻怏w流量。因此，共需檢測8個振動信號、4個壓力信號以及1個瓦斯?jié)舛刃盘枺謩e由振動變送器、壓力變送器以及瓦斯傳感器將信號輸入PLC，故選擇4個4輸入的EM231模擬量擴展模塊。

參考文獻

[1] 廖禮.渝陽煤礦礦井通風在線監(jiān)控系統(tǒng)的應用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2012（S1）：80-82.endprint