毕业设计（论文）-中央泵房自动控制设计（全套图纸） .doc

中国矿业大学毕业设计说明书 第124 页 共 124 页目录全套完整版cad图纸，联系1538937061绪论 11.1 引言 11.2 课题来源 12泵控系统设计与分析 32.1 系统总体概述 3 2.2 系统控制要求 3 2.3 系统总体设计方案 5 2.4 泵控系统硬件选型 9 2.5 由微机-plc网络构成的远程检测设计153 外部设备选用18 3.1 传感器的选用18 3.2 阀的选用32 3.3 其它外部设备选用334 泵控系统软件设计35 4.1 泵控系统td200组态35 4.2 系统plc软件设计42 4.3 上位机检测软件设计485 系统接线说明51 5.1 手动控制接线51 5.2 plc控制接线53结束语56致谢57参考文献58附录a59附录b 62附录c 91附录d94附录e117第一章 绪论1.1 引言传统的自动控制大多为常规的继电器带动接触器控制，其控制器通常为电位器之类，是基于电气原理的纯电气自动控制，属于模拟控制方式。如一位式的模拟控制方式，这种控制方式精度低，可靠性差，除了一些精度要求不高的场合外，现阶段一般很少采用。随着集成技术的迅猛发展，以微处理器为核心的单片机、plc、工控机迅速渗透到工业控制的各个领域，产生了计算机自动控制。计算机自动控制的控制器是各种类型的计算机（包括单片机、工控机及plc等），其最大的优点是控制器能够存储并辨识特殊的语言（程序），根据程序的控制思想发出各种指令，控制执行机构的动作，使被控制量满足系统的要求。本系统就是采用计算机控制技术对水泵实行自动控制和状态检测。1.2 课题来源2004年1月，从导师那接到 “中央泵房自动控制及状态监测” 课题。2004年3月，到皖北煤电集团任搂煤矿进行现场实习，从而把课题定位为针对矿业排水系统，且以皖北煤电集团任搂煤矿井下排水泵排水系统为蓝本。 1.2.1 皖北煤电集团任搂煤矿井下排水系统现状皖北煤电集团任搂煤矿井下排水系统整体比较落后，完全是人为手动控制。主水仓内放置一标尺，从而显示主水仓液位；水泵吸水口处有一真空度表，测量吸水口负压；水泵排水口处有一压力表，测量排水口压力。现场无转速、温度测量设备，据现场工作人员说，测温完全靠手感测温，转速则完全靠肉眼看，一般不太在意它，只要有个差不多就行。排水阀是电动阀，分配阀、排气阀完全是手动控制，系统起动前用真空泵排气，达到负压时按照操作要求依次操作控制。整个操作十分不便，并且还经常容易出错。此外，系统还必须有一位操作人员在井下定时巡视，查看主水仓泵液位，以便决定是要在起动还是要停止某台泵，并且查看泵的运行情况。在出现紧急情况时，很难及时采取措施。另外，现场噪音比较大，很不适应人长长时间工作。1.2.2 课题的目的、意义和任务从上面所述皖北煤电集团任搂煤矿井下排水系统现状可以看出，它十分需要加一控制系统，从而减轻操作人员工作量，优化运行，延长系统设备运行寿命。并且据现场技术人员介绍大多数煤矿矿井下排水系统现状和他们这差不多，都很需要加一控制系统。本课题就是设计一控制系统来解决以上问题。本系统在设计的时候是以皖北煤电集团任搂煤矿井下排水泵排水系统为蓝本进行设计的。但本系统的使用是不局限于皖北煤电集团任搂煤矿井下排水泵排水系统。本课题主要的任务是设计检测部分、控制部分和网络（控制器和微机通讯）部分，通过检测部分检测主水仓、补水仓液位和各泵的运行参数，并送至控制器中，通过控制器实现电动控制或自动控制。并且将数据传到地上控制室的上位机中，实现远程检测。=第二章 泵控系统设计与分析2.1 系统总体概述 本系统设计控制为三部分：一、现场手动控制；二、地下控制室电动控制；三、地上主控制室远程检测 。 通过传感器对主水仓液位的检测，来自动判断启动几台水泵进行排水（自动检测控制），或由人为地选择启动几台水泵进行排水（电动控制或手动控制）。同时也类似地控制水泵的停止。在水泵运行的过程中对水泵的相关参数进行监控，如压力、流量、温度、转速、负压。出现故障时进行报警，若出现严重故障时，则立即停止水泵，并报警。并且把所检测到的所有数据传到地上主控制室内的上位机中。2.2 系统控制要求2.2.1 整体要求：1、实现以下控制：手动控制、电动控制、自动监测控制手动控制时要能自动切断电动控制和自动控制；自动控制时要能自动切断手动控制和自动控制；自动控制时要能自动切断手动控制和电动控制。 2、电动控制：根据所要起动的泵来自动决定阀的开闭，只需人为的来决定起动或停止哪台泵。3、自动检测控制：不需人为的介入，根据主水仓的液位自动实现泵的启动、运转参数检测、泵的停止及故障诊断报警。2.2.2 具体要求：1、现场手动控制/非手动控制转换（非手动控制包括电动控制和自动检测控制），电动控制/自动检测控制转换2、现场手动控制直接经过电控部分控制，而电动控制/自动检测控制则经过控制器来控制 3、自动检测控制实现水泵的自动起动：（1）根据水位信号（液位传感器cgq1），确定要起动水泵的台数和哪台水泵起动；（2）关闭要起动水泵的排水阀（df1），并确定排水管路及各分配阀（df2）的开关状态；（3）开启真空泵；打开真空泵与水泵连接的排气阀（df3）；水泵开始排气，并检测水泵吸入口的负压信号（cgq3）；（4）当吸入口负压信号（cgq3）到达预定值时，起动水泵（降压启动，由电控实现）；打开排水阀（df1），关闭真空泵与水泵连接的排气阀（df3），关掉真空泵，水泵进入正常排水运行。在地下控制室内要实时地显示所投入运行的水泵。4、水泵运行时的参数监控：水泵进入正常排水运行时，检测水泵运行的参数有：（1）、水位信号（液位传感器cgq1）；（2）、水泵的排水压力信号（压力传感器cgq2）；（3）、水泵吸入口的负压信号（负压传感器cgq3）；（4）、水泵的流量信号（流量传感器cgq4）；（5）、水泵的转速信号（转速传感器cgq5）；（6）、水泵轴承的温度信号（温度传感器cgq6）；在地下控制室内要实时地显示所投入运行的水泵以上参数及主水仓液位。并把这些参数传到地上控制室的上位机中。5、自动检测控制实现水泵的自动停止：（1）、根据水位信号（液位传感器cgq1），确定停止水泵台数和停哪台水泵；（2）、切断要停止水泵的电源，关闭排水阀（df1）；（3）、根据水位信号（液位传感器cgq1），当水位低于最低水位时，停止最后一台水泵，步骤同上。（4）、水泵全部停止后，系统处于自动监控状态，随时准备起动。6、抢险排水：（1）当水位信号（液位传感器cgq1）超过警戒水位时（井底水平高度），所有水泵全部开动（起动程序同上，逐台起动，防止起动电流过大）；（2）随着水位信号（液位传感器cgq1）的逐淅下降，当水位信号（液位传感器cgq1）低于安全警戒线时，逐步停掉部分水泵（停止程序同上）；（3）当水位信号（液位传感器cgq1）低于最低水位时，停掉所有水泵（停止程序同上），系统处于自动监控状态，随时准备起动。7、水泵运行的故障诊断及故障报警（1）、水泵不吸水（真空信号）；（2）、流量小（真空信号，压力信号）；（3）、水泵不上水（压力信号、流量信号）；（4）、转速变化大（转速信号、压力信号、流量信号）；（5）、轴承过热（温度信号）；（6）、内部声音异常，可能原因是流量大，吸入高度过大，吸入处有空气渗入，所吸入的液体温度过高。（流量信号、负压信号、温度信号）。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。 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。 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。 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。2、plc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。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、欧姆龙、美国ab公司等产品，根据性价比的选择，本系统采用siemens公司s7-200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：71.28062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：010v、05v、5v、2.5v、020ma分辨率：12bit转换速度：250s隔离：有耗电从cpu 的dc 5v(i/o总线)耗电10ma开关设置sw1 sw2 sw3 输入类型on off on 010von on off 05v或020maoff off on 5voff on off 2.5v本系统输入类型为05v，因此开关设置为sw1(on)、sw2(on)、sw3(off)。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 v 4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：71.28062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：250s隔离：光隔离，ac500v,1min。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：dc530、ac5250v输出电流：2.0a/点输出延时：最大10ms分辨率：12bit转换速度：250s隔离：光隔离，ac500v,1min。4点/组电缆长度：不屏蔽150m，屏蔽500m耗电从cpu 的dc 5v(i/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）:（1）、输入数字量：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）（2）、输出数字量： 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。（3）、输入模拟量：、3号站输入主水仓、补水仓液位（2个）1、2、3号泵轴承处温度（3个）1、2、3号泵排水口压力（3个）1、2、3号泵吸水口负压（3个） 故，需3个em231模拟量输入模块、4号站4、5、6号泵轴承处温度（3个）4、5、6号泵排水口压力（3个）4、5、6号泵吸水口负压（3个）故，需3个em231模拟量输入模块2、td200文本显示（1号站）功能键（总共提供8个）：显示主水仓液位（1个）显示1、2、3号泵的信息（3个）显示1、2、3号泵分配阀开关信息（3）3、td200文本显示（2号站）功能键（总共提供8个）显示4、5、6号泵的信息（3个）显示4、5、6号泵分配阀开关信息（3）2.4.7 电源计算表2-4、3、4号站plc电源预算cpu电源预算5v dc24v dccpu226.ac/dc/继电器1000ma280ma减系统要求5v dc24v dc3em231,5v电源需求310=30 ma2em223,5v电源需求2150=300 madc32输入324 ma128 matd200文本显示器80 ma继电器39输出399 ma351 ma总需求330 ma559ma等于电流平衡5v dc24v dc总电流平衡剩670 ma缺279 ma从上表可看出3、4号站plc不能满足各配置所需电源，故需增加一外部24v电源来供给扩展模块。2.5 由微机-plc网络构成的监控系统设计 由微机-plc网络构成的监控系统可以分为2层，管理层由微机组成，执行层由plc组成。2.5.1 通信介质的选择随着网络技术的发展，网络介质通常有以下几种：rs485或rs422专线网络公用电话网，远程拨号调制解调器网络综合业务数字网综合业务服务网专线网络数据专用网ddn专线网络数据电台无线通信网络本系统拟采用第一种网络介质rs485或rs422专线网络其中rs485为半双工通信，rs422为全双工通信；最远传输距离可达1200米，加中继扩展可达3000米，通信速率的最大值：10mbit/s（距离12米）；1mbit/s（距离120米）；100kbit/s（距离1200米）；从机数建议在32台以内。通信电缆布线时单独穿管，避免和动力电缆混合走线，以免引入强电干扰。该专用网络适用于距离在3公里以内易于铺设专线网络的监控系统。就这类现场而言，铺设专线网络其首期投入与运行费用的综合成本指标是最低的。电流环通信，抗干扰能力强，适合于工业现场通信。从首期投入费用，运行费用来综合考虑，且本系统设计的最大传输距离在1200米之内，故本系统选用rs485专线网络，采用直径为0.77mm的双绞线电缆。上位机采用pcpu、64m内存、5g硬盘以上配置即可，其网络组成见图2-6.网络功能说明：上位机(0号站)和3、4号站通讯；通过网络指令（netr和netw），二个cpu226可以互相发送信息，本系统只需3号站向4号站写数据； 3号站检测主水仓、补水仓水位并监控3台泵；4号站监控另外3台泵。1号站与3号站通讯，实时地显示主水仓液位和1、2、3号泵的运行参数；2号站与4号站通讯，实时地显示4、5、6号泵的运行参数。使用step7-micro/win32编程软件进行参数的选择。设定和测试此外，cpu226提供了两个ppi通讯口，td200文本显示器将独占一通讯口，要将plc与上位机pc串接起来，需要一个网络连接器，将ppi口转换为一进一出通讯口，网络连接器如图2-8所示，其中的开关是匹配电阻。图2-8、网络连接器第三章、外部设备选用3.1 传感器的选用3.1.1 传感器清单：传感器类型水位传感器压力传感器负压传感器流量传感器转速传感器温度传感器代 号cgq1cgq2cgq3cgq4cgq5cgq6数 量2666661）水位传感器（cgq1）：主水仓、付水仓各一台（2台）；2）压力传感器(cgq2)：测量水泵出口处的排水压力，每台泵各一台（6台）；3）负压传感器(cgq3)：测量水泵入口处的真空度,每台泵各一台（6台）；4）流量传感器(cgq4)：测量水泵的排水流量，每台泵各一台（6台）；5）转速传感器(cgq5)：测量水泵轴的转速，每台泵各一台（6台）；6）温度传感器(cgq6)：测量水泵轴承处的温度，每台泵各一台（6台）；3.1.2 传感器选用1) 水位传感器：测量液位的方法有许多种，如测量液体重量、液体电阻、弦线电位计、液体压力等等其性能比较如表3-1。 表3-1 液位传感器性能比较方法传感器优点缺点液体重量磁阻低功耗、无源器件分辨率低、测量范围有限电阻分辨率很高电路复杂超声容易安装功率大、精度低液体电阻无源器件无源器件分辨率低、且于液体有关弦线电位计电位计功率低、无源器件线性度差、易腐蚀液体压力硅传感器低成本、分辨率高、测量范围有源器件、需要一定的功率本系统采用测量液体压力的方法来测量液体的液位，摩托罗拉公司已经开发出一系列压敏电阻式传感器，很适应于液位控制。尤其适应于空气管传感方式。本系统也采用mpx系列硅压力传感器。（1） 液位传感器原理： 如果将一根管子竖直立起，其一端放于液体中，另一端完全敞开，则里面的液面与容器中的是完全相同的。但这时将管子上端封住，管子内就会留有一定体积的空气。当容器内液位变化时，管内空气的压力也会成比例的变化。 一个标准的压力传感器一面与管子（压力面）相接，另一面位环境压力（一般为大气压）。它可以测出容器内液位变化时的压差。（2） mpx系列硅压力传感器工作原理：mpx系列硅压力传感器采用了单晶硅膜片表面用离子注入工艺制作一个x型的4端电阻元件，结构如图3-1。在x型4端电阻元件的 一个方向加偏置电压而形成一个电流，当有剪切力作用时，将会产生一个垂直于电流方向的电场，电场变化则引起该方向的电位分布发生变化，从而在与电流垂直方向上的两端得到有被测压力而引起的输出电压，该电压正比于电场，而电场又与剪切应力成正比，因此产生的输出压力也就与外加剪切应力，即被测力成正比。（3） 主水仓用水位传感器：选用摩托罗拉公司出品的mpx5100系列mpx5100d硅压力传感器，其技术参数如表3-2表3-2、mpx5100系列硅压力传感器主要技术参数参数名称符号数值单位最小值典型值最大值工作特性参数vs5.0vdcta25压力范围pop0-100kpa电源电压vs-5.06.0vdc电源电流i0-8.015madc满量程输出电压vfss4.3884.54.61v灵敏度v/p-45-mv/kpa精度 -0.22.5%fss响应时间（10-90%）tr-1.0-ms满量程输出电流iot-0.1-ma稳定度 -0.5-%fs温度误差带 -0-85线性度 -0.5-fs额定参数最大压力pmax400kpa冲击压力pburst1000kpa最大电源电压vsmax6.0vdc存储温度tstg-50150工作温度ta-40125（4） 付水仓用水位传感器：选用摩托罗拉公司出品的mpx5050系列mpx5050d硅压力传感器，其技术参数如表3-3表3-3、mpx5050系列硅压力传感器主要技术参数参数名称符号数值单位最小值典型值最大值工作特性参数vs5.0vdcta25压力范围pop0-50kpa电源电压vs-5.06.0vdc电源电流i0-7.09.0madc满量程输出电压vfss3.94.04.1v灵敏度v/p-80-mv/kpa压力迟滞 -0.1-0.1%fs响应时间（10-90%）tr-1.0-ms满量程输出电流iot-0.1-ma稳定度 -0.5-%fs温度迟滞 -0.5-%fs线性度 -0.5-0.5fs额定参数最大压力pmax700kpa冲击压力pburst1000kpa最大电源电压vsmax6.0vdc存储温度tstg-50150工作温度ta-40125mpx5050系列和mpx5100系列硅压力传感器是全集成的温度补偿和放大输出型压力传感器，其集成方块图如图3-2（5） 压力连接：压力连接见图3-3，p1口接待测压力，p2口开放（即接入大气压）。（6）液位传感器灵敏度计算：1水柱等效压力为0.09806kpa，相当于其灵敏度p/h =0.09806kpa/cmmpx5050灵敏度v/p80 mv/kpa, mpx5100灵敏度v/p45mv/kpa,则：液位传感器mpx5050灵敏度v/h800.098067.8448 mv/ cm液位传感器mpx5100灵敏度v/h450.098064.4127 mv/ cm上述两种传感器一般情况是满足大多数现场要求的，如果特殊情况不满足现场要求，可选用mpx系列的其它型号传感器，其有多种型号供客户选择。2）压力传感器： 测量压力的传感器有多种类型，如电阻应变式传感器、电感式压力传感器、压电式压力传感器等等。 电阻应变式传感器具有悠久的历史，是应用最广泛的传感器之一，将电阻应变片贴在各种弹性敏感元件上，可构成压力等多种参数的电阻应变式传感器，其具有以下优点： 、结构简单，使用方便，性能稳定、可靠； 、易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测； 、灵敏度高，测量速度块，适合静态、动态测量； 所以，已被广泛地用于诸多领域。本系统所用的压力传感器就选用电阻应变式压力传感器，用于测量水泵排水口处压力，acy-7f型大输出高精度应变式压力传感器有各种量程型号，根据现场需要，可选择其系列中的某一量程的acy-7f型大输出高精度应变式压力传感器，表3-4给出了该产品的主要技术参数。 表3-4、acy-7f型大输出高精度应变式压力传感器主要技术参数参数名称数值单位工作电压+9vdc量程规格06等多种量程mpa非线性0.2%迟滞误差0.2%重复误差0.2%温度零漂（10-50）0.02%输出灵敏度变化（10-50）0.02%额定压力输出5000+25mv初始不平衡输出+50(无压力)mv工作环 境温度-1050相对温度500mv（p-p）（测试条件：发讯齿轮，齿数为60，材料为电工钢，模数为2，传感器端面距齿顶1mm）。信号幅值大小，与转速成正比，与端面和齿顶间隙的大小成反比。则： fn(2) 磁阻式转速脉冲转换电路：磁阻式转速脉冲转换电路如图3-9所示 传感器的感应电压由d1管削去负半周，送到bg1进行发大，再经bg2组成的射极跟随器，然后送入由bg3和bg4组成的射极耦合触发器进行整形，这样就得到方波输出信号。（3）传感器安装： 如图3-8，把永久磁铁套在电动机与水泵连接的轴上。6) 温度传感器: 测量温度的传感器归根结底是热电式传感器，即把温度变化转换为电量变化。在各种热电式传感器中，主要有热电偶（即把温度量转换为电势大小的热电式传感器）、热电阻（即利用感温电阻，把测量温度转化成测量电阻的电阻式测量系统，它是利用热电阻和热敏电阻的电阻率温度系数而制成温度传感器，大多数金属导体和半导体的电阻率都随温度发生变化，都称为热电阻）、晶体管和集成温度传感器（即利用pn结的伏安特性与温度之间的关系研制成的一种固体传感器）。其性能比较如表3-6表3-6、温度传感器性能比较传感器类别测温范围（）精度（）直线性重复性灵敏度铂测温电阻-2006000.31.0差0.31.0不高热电偶-20016000.53.0较差0.31.0不高双金属片-20200110较差0.55不高热敏电阻-503000.22.0不良0.22.0高半导体管-401501.0良0.21.0高集成温度传感器-551501.0优0.3高本系统是测量水泵轴承处的温度，大约是0100之内，从测量范围、精度、直线性、重复性和灵敏度综合方面考虑，本系统选用集成传感器，在集成传感器中an6701s型温度传感器具有很高的灵敏度，且价格便宜。故本系统选用an6701s型温度传感器。(1) 集成传感器工作原理：如图3-10所示，一只晶体管的发射极电流密度je可用下式表示je1/ajsln(qube/kt)1式中：a 共基接法的短路电流增益；t 绝对温度；js 发射极饱和电流密度；k 波尔兹曼常数（1.3810-23j/k）;q 电子电荷（1.5910-19c）；ube基、射极电位差。通常a1，jejs,将上式简化、取对数后得ube=kt/qln(aje/js)如果图中两晶体管满足下列条件：a1a2，js1js2，je1/je2为常数（是q1，q2发射极面积比因子，由设计和制造决定，为一常数），则两晶体管基、射极电位差ube之差ube（r1两端之压降）为ube= ube1 ube2=kt/qlny可见，ube正比于绝对温度t。(2) an6701s型温度传感器：an6701s型温度传感器结构原理框图如图3-11。an6701s型温度传感器由感温部分，温度补偿调节部分和放大器组成。外部校正电阻rc接3、4脚，从1、2脚输出110mv/的测温信号，它的经常使用范围为-1080。输出反转电路如图3-12（3）、测点布置：在轴承座上部打一小孔，感温元件放在小孔中。3.2 阀的选用3.2.1 阀清单：阀主排水阀分配阀排气阀代 号df1df2df3数 量6186类别电动阀电动阀电磁阀3.2.2 阀的选用（一）电磁阀： 电磁阀用于水泵的排气阀，即电磁排气阀。1、电磁阀结构：电磁阀由线圈，固定铁芯，可动铁芯及阀体等组成。其结构如图3-13所示。2、电磁阀工作原理：线圈断电时，可动铁芯受弹簧弹簧力作用与固定铁芯脱离，阀门处于关闭状态；当线圈通电时，可动铁芯克服弹簧弹簧力作用与固定铁芯吸合，阀门处于打开状态。本系统选用江阴市电磁阀厂出品的zcz型电磁阀，zcz型电磁阀有工作电压为24vdc量程01.6mpa不同口径的多种型号，根据现场需要选用不同型号的电磁阀。(二)、电动阀：电动阀用于水泵的分配阀、排水阀，即电动分配阀、电动排水阀。电动阀电动驱动装置主要由电动机、减速器组成。本系统选用天津第二通用机械厂出品的zd型电动阀。根据现场需要选用不同口径不同规格的电动阀。3.3 其它外部设备的选用3.3.1 继电器 本系统用到的大多是直流继电器，其中交流接触器、时间继电器等现场已经具备，如水泵电机的降压起动用。所以只需选用plc和电控过程中所用到的直流继电器。由于现场所用的电动阀，电磁阀规格不同，所以继电器的选用也不同。根据主电路参数、控制电路参数、辅助电路参数及电寿命和使用类别来综合决定继电器的选用。 jz系列继电器提供了多种规格的交、直流继电器。并且厂家还根据用户的需要提供相应的继电器，本系统拟选用jz系列继电器。3.3.2 报警器 选用工作电压为24v的压电式蜂鸣器，报警器没有过多的要求，现场根据需要自己购买任意型号的报警器。3.3.3 信号灯 选用工作电压为24v的信号灯，同样其也没有过多的要求，现场根据需要自己购买任意型号的信号灯。3.3.4 按钮 选用工作电压为24v的按钮，同样其也没有过多的要求，现场根据需要自己购买任意型号的按钮。3.3.5 电源 现场只提供了ac380v 电源和ac220v电源，而控制系统（plc提供的直流电不够用见第二章plc电源预算）和传感器用到的是直流电源，故需ac/dc转换模块。 本系统选用北京万众机电设备有限公司出品的ac/dc模块式开关稳压电源,其内置美国或日本公司产的工业级电源模块，具体性能见厂家的厂家的产品性能介绍。控制系统电源选用ac380v/dc24v型号，功率根据现场而定。传感器电源据各传感器所需选用不同的型号。第四章 泵控系统的软件设计 plc泵控系统采用德国西门子公司的step 7-micro/win 32软件包进行编程，该软件包是基于windows的应用软件。程序可以用编程器直接对plc进行编程，但这时只能使用语句表进行编程。本系统通过pc机运用step 7-micro/win 32软件编写程序用梯形图或语句表来编写，编好的程序，通过pc/ppi电缆串行通信，下载到plc，由plc执行控制程序。因泵控系统用到td200文本显示器，在编程前必须先按控制要求组态td200，得到需显示的消息及消息的各种数据及参数地址，它是程序的编制重要原始数据。4.1 泵控系统的td200组态step 7-micro/win 32提供了一个组态“向导”（wizard），它便于在s7-200 cpu 数据储存区中组态参数块和信息。在完成选择项的选择和信息的建立之后，td200组态向导就自动的把参数块和信息文本写入数据块编辑器内。然后数据块将下载到cpu。td200的组态包括以下内容：1、 选择语言和字符集2、 启用time-of-day、force功能和口令保护3、 确定功能键存储位和显示更新速率4、 选择消息的长度和消息的数量5、 指定参数块地址、消息使能地址和消息位置6、 建立消息4.1.1 td200 组态过程：1、选择语言和字符集td200支持中、英、德、法、意、西种语言以及latin、original td200等字符集。本系统采用英文文及original td200字符集。组态时的界面如图4-1所示。图4-1、td200选择语言和字符集组态界面2、启用time-of-day、force功能和口令保护 本系统启用time-of-day菜单及force菜单