基于plc的煤礦水泵控制系統設計畢業設計-資料下載頁

　　

【正文】 A/D轉換器集成，使用相應的信號調理電路可以將傳感器輸出模擬信號到數字信號。分辨率是1 / 1024的滿刻度。這樣的精度可以滿足整個排水系統的動態控制過程的要求。一個水泵的轉速由變頻器調整，一個AD7547芯片被用來將數字輸出信號轉換成模擬輸出信號。煤礦井下工作環境惡劣；不同設備之間干擾是不可以避免的。這種監測與診斷系統采用光電耦合器TLP521來隔離每個裝置。它使得最初的互相連接的地線相互獨立，大大降低了相互之間的干擾。被選擇的SCM有許多的輸入輸出端口。為便于未來的擴展，設計了88個輸入輸出端口，包括40個模擬輸入端口，2個模擬輸出端口，32個數字輸入端口，16個數字輸出端口。I/O的連接功能框圖如圖2所示。圖2 I/O的連接功能框圖由于煤礦井下環境極其惡劣，礦井水倉的位置處于很深的地下，必須使用具有抗干擾能力強的特點的長距離傳輸模式。RS485總線采用平衡傳輸和不同接收方式進行通信。兩個傳輸線通常使用雙絞線的線，即，一個差分傳輸。總線具有很強的抗干擾能力和接收靈敏度，并且支持多點連接。其結構簡單，成本低，網絡組織方便。因具有優秀的性能優勢，RS485總線已經達到廣泛的應用。根據總線的通信協議，采用RS485芯片，使用MAX488實現單片機與最大工業PC機之間的全雙工通信。該通信電路模塊，如圖3所示。為了提高抗干擾能力ATmega169的RXD和TXD信號線不直接與MAX488的RXD和TXD信號線連接，而是通過一個高速光電耦合器，即6N136。圖3 通信模塊電路3軟件設計根據模塊化設計原理，工業計算機系統的軟件分為五個模塊，包括參數設置，數據查詢，狀態監測，故障診斷和幫助。每個模塊都有實現特定的任務的子模塊。各個模塊之間的耦合應當盡可能的降低，從而使得軟件結構清晰、使用方便。該軟件的主要功能見圖4。由于采礦業的具體要求，綜合監控系統不僅要處理實時數據的采集，還要處理所有時間段的歷史數據分析。因此，數據查詢模塊包括趨勢顯示子模塊，該子模塊可以顯示在圖表中的水位和流量的變化趨勢。監控和故障診斷系統用Visual C++開發。礦井排水系統具有多變量，非線性，時間變量等特點。多個變量之間是交叉耦合，尤其是在管道和水泵中。因此，礦井排水系統采用模糊的理論方法來控制與診斷。圖4 上位機軟件主要功能在圖4中，主要狀態參數包括振動，水位，電流，電機的溫度和水的pH值。當礦井排水系統出現異常時，監控程序發出警報并啟動自動處理。礦山排水設備的運行周期可以是一天。這是一個時間變量的動態過程。兩種參數可以用來表示礦井排水，即狀態特性，瞬態變化率和整體平均趨勢狀態變化。瞬態變化率是用來測試狀態在很短的時間間隔的變化，對一個快速的行為的響應，即。瞬態變化率對隨機的行為包括振動和步進信號很敏感，但當她減慢了變化是，則不敏感，例如，溫度和水位的變化等等。相反，當一個狀態被診斷為異常狀態時，整體平均趨勢可以提供一個正確的表達，但對瞬態信號不敏感。眾所周知，排水系統中回流或空化的的水泵可以帶來流量的強烈的脈動和壓力，導致強烈的機械振動和噪音。如果被定義為一個排水系統正常運行狀態的閾值，它的瞬態變化率可以與該閾值進行比較以確定是否對礦井排水系統的運行狀態是不尋常的。在煤礦中的水不僅含有泥沙、煤矸石量，而且有不同的酸性或堿性礦物質溶解。當pH≤3，酸性礦井水可導致機械設備的強烈的侵蝕。我可以將樣本值與一個水狀態整體平均的變化進行比較來確定是否應采用耐酸方法。顯然，特征參數和可以充分反映運行狀態和礦井排水系統的異常情況。在SCM的軟件的主要功能是數據采集和控制排水。當一個礦井涌水量增加，水位高于上限閾值時，系統會自動利用空的水泵和主泵進行排水。當礦井水流量減少和低于閾值低的水位，程序立即停泵。平時水位在門限值的范圍內，在這種情況下，程序可以根據水倉容量，通過變頻器調整泵的工作轉速。變頻器的控制采用模糊PID控制方法。4故障診斷水泵出現的故障及其減小的原因是不準確的并行性。很難處理泵在精確的數學方程中的故障。基于模糊邏輯的故障診斷方法的優點是：嵌入式語言知識和近似推理能力。因此，需要利用模糊數學的方法來解決這種不確定性問題。模糊綜合評價的應用原則模糊變換和最大程度的相關聯。通過綜合考慮原因在癥狀上起的作用對故障的影響程度和他們的因果關系，就有可能發現一些故障出現的原因。這種模糊綜合評價模型可以描述為： 其中是一個模糊集的故障癥狀；是模糊集的故障原因；是模糊關系矩陣和是一個邏輯運算符。對一個水泵的故障診斷是一種不確定性問題。故障有種原因并由表示。另一方面，一個故障可能導致種癥狀，這可能表示為。他們模糊關系可由模糊矩陣描述： 其中，是對故障征兆隸屬度到錯誤的原因。模糊矩陣中的數據必須是在現場收集到的。數據如果更準確和更豐富的，模糊矩陣的精度就越高。鑒于許多事件的經驗，可以總結出離心水泵故障與轉子的振動有直接關系。因此，轉子振動信號的振幅和頻率是確定水泵故障的重要因素。一般來說，水泵故障有九個原因：轉子不平衡，軸中心線錯位，油膜振蕩，氣蝕和其他液壓振動，動態和靜態摩擦，軸承損壞或潤滑不良和泵體松動，轉子與泵體和電機故障的 ，電動機失靈。有十種特征參數可以作為故障識別的信息。考慮到他們的權重的影響，這十個特性參數可分為兩組癥狀。第一組包括五種頻率結構，即，，和，是水泵和電源頻率的旋轉頻率。第二組包括五種敏感參數：的軸方向的振幅，軸方向的振幅，軸方向的振幅，振動相位和軸承回油溫度。該礦井排水系統建立了一個59模糊關系矩陣和兩組癥狀。每個特征都有它自己的親和度與故障原因。他們的權重的影響的確定不僅要考慮專家的經驗和故障機制，但也應該通過實驗進行糾正。在這個排水系統中，用最大從屬度原則來確定故障的原因，選擇最大作為最終判斷故障原因。5總結這項研究表明了一個運行狀態的監測與對礦井排水模糊故障診斷的系統。通過連續實時監測水位和其它參數，該系統能確定一個合理的泵排水量，使得實現高度自動化，高可靠性和低成本更加有效。因此，該系統解決了目前手動排水系統的安全性和可靠性問題。這種對離心式水泵進行模糊故障診斷方法的允許管理者和經營者利用一個可行性的能夠發現故障原因的系統進行定量分析故障的癥狀。它可以減少盲目性，縮短泵的維護時間。此外，該系統功能可以進一步擴展，以滿足更高的要求。參考文獻[1] Wu X H. 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