矿井主扇风机监控装置中PLC选型研究

赵瑞平++郭永庆++刘艳艳

摘 要：在矿井生产中主扇风机监控装置是十分重要的一个部分，其设计工作的严谨性对于安全生产的开展具有关键性的影响意义，因此，要结合对各个方面的项目进行监测，确保主扇风机监控装置设计的合理；需要选择合适的传感器对以上各项目进行监测和保护。由于该矿需要监测的模拟量多达33个，但多数都属于同一类型的监测量。需要对PLC的选型进行研究，以优化设计。

关键词：矿井主扇风机 监控装置 PLC选型 研究

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0042-01

1 PLC的CPU模块选择

1.1 PLC的选型原则

随着科学技术水平的提升，PLC较之前有了极大的进步，并且新技术的研发与应用愈发快速，每三年就会有全新性能的产品投入使用。并且呈现出性能强劲，性价比高，结构完善的发展趋势。现在在全球范围内制造生产PLC的商家已经超过二百家，所生产的产品类型已经超过了四百个。根据每个地区影响力水平的不同，我们大致上可以将这些生产商家分成三个部分，在欧洲地区，领导者品牌为西门子，美国地区领导品牌为A-B；日本地位领导品牌为欧姆龙与三菱。因为当前的市场被各式各样的PLC所充斥，这些产品在性能方面，编程方式以及价格等方面都存在一定的差异性，各自所适合的环境也不同。所以，结合实际的生产所需，选择最为合适的PLC，在增强PLC控制系统技术经济指标中是十分关键的影响因素[1～2]。

在PLC选择的时候，所遵循的标准是要在确保功能的基础上，追求系统的安全可靠性能，同时利于日后维护工作的开展。具体应考虑：（1）性能与任务相适应。针对那些主要应用于开关量的控制，且具备一定模拟量控制类别的系统，比如在生产过程中十分常见的对温度高低、压力大小以及液位的控制系统，在PLC选择时候最好是要具备A/D转换的模拟量输入模块和带有D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器和驱动装置，并且选择运算功能较强的小型PLC。（2）PLC的处理速度应满足实时控制的要求。PLC在工作的过程中，从输入信号到输出控制存在滞后的问题，这种现象通常是不能出现在工业生产中的。（3）PLC机型尽量统一。针对于相同的PLC而言，它的模块能够被互相所代用，这不仅使减少备件量，而且给编程和维修带来极大的方便，也给扩展系统升级留有余地；其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训，技术水平的提高和功能的开发。

1.2 确定输入/输出设备

根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备和输出设备，从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。本设计共对一对主辅风机（含4台电机）进行检测和控制，其输入和输出设备如下：

输入设备：26个数字量输入，13个模拟量输入，共39个输入设备。

输出设备：21个控制继电器，共21个输出设备。

1.3 PLC容量的选择

（1）内存利用率。用户程序通过编程器键入主机内，最后是以机器语言的形式存放在内存中。我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。高的内存利用率给用户带来好处。

（2）开关量输入/输出点数。PLC开关量输入/输出总点数是计算所需内存容量的重要依据。开关量输入/输出点数占用内存容量的关系：所需内存字数=开关量输入点数×10+开关量输出点数×8。

（3）模拟量输入/输出点数。只有模拟量输入时：所需内存字数=模拟量点数×100

当模拟量输入和输出同时存在时：所需内存字数=模拟量点数×200。

（4）程序编写质量。用户程序是否优秀会给程序的具体运行情况造成重要的制约作用。对初学者应为内存多留些余量。一般遵循下面的计算规律：总存储器字数=（开关量输入、输出点数）×10+模拟量点数×150然后按计算存储器字数的25%考虑余量。按照上面的算法，本设计所需的存储容量最少为6800字节。根据本设计实际要求并综合各方面对比，决定选用西门子公司14输入10输出的S7-200系列224XP的PLC进行设计。

2 扩展模块的选择

即使CPU上有相应的输入/输出接点，不过假如说用户要求更多的I/O点数，那么还是要开展I/O的扩展工作。每个CPU，所具备的性能特点也有所差异性，关键是与CPU本身的功能有直接的关系。

2.1 数字量I/O扩展模块

S7-200系列CPU输送相应的主机数字量I/O点，不过当主机I/O点数无法满足实际所需的时候，就必须使用扩展模块来扩展I/O点数。典型的数字量输入/输出扩展模块如表1所示。

本设计风机输出点数共有21点，PLC的CPU为14输入，10输出。因此，需要进行数字量模块进行扩展，通过对比，本设计采用两个8输入、8输出的EM223模块进行扩展。

2.2 模拟量扩展模块

模拟量I/O扩展模块具体种类及型号如表2所示。

3 结论

本设计需要对风机系统进行检测的模拟量有电机振动参数、瓦斯浓度及气体流量。因此，共需检测8个振动信号、4个压力信号以及1个瓦斯浓度信号，分别由振动变送器、压力变送器以及瓦斯传感器将信号输入PLC，故选择4个4输入的EM231模拟量扩展模块。

参考文献

[1] 廖礼.渝阳煤矿矿井通风在线监控系统的应用[J].矿业安全与环保，2012（S1）：80-82.endprint

摘 要：在矿井生产中主扇风机监控装置是十分重要的一个部分，其设计工作的严谨性对于安全生产的开展具有关键性的影响意义，因此，要结合对各个方面的项目进行监测，确保主扇风机监控装置设计的合理；需要选择合适的传感器对以上各项目进行监测和保护。由于该矿需要监测的模拟量多达33个，但多数都属于同一类型的监测量。需要对PLC的选型进行研究，以优化设计。

关键词：矿井主扇风机 监控装置 PLC选型 研究

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0042-01

1 PLC的CPU模块选择

1.1 PLC的选型原则

随着科学技术水平的提升，PLC较之前有了极大的进步，并且新技术的研发与应用愈发快速，每三年就会有全新性能的产品投入使用。并且呈现出性能强劲，性价比高，结构完善的发展趋势。现在在全球范围内制造生产PLC的商家已经超过二百家，所生产的产品类型已经超过了四百个。根据每个地区影响力水平的不同，我们大致上可以将这些生产商家分成三个部分，在欧洲地区，领导者品牌为西门子，美国地区领导品牌为A-B；日本地位领导品牌为欧姆龙与三菱。因为当前的市场被各式各样的PLC所充斥，这些产品在性能方面，编程方式以及价格等方面都存在一定的差异性，各自所适合的环境也不同。所以，结合实际的生产所需，选择最为合适的PLC，在增强PLC控制系统技术经济指标中是十分关键的影响因素[1～2]。

在PLC选择的时候，所遵循的标准是要在确保功能的基础上，追求系统的安全可靠性能，同时利于日后维护工作的开展。具体应考虑：（1）性能与任务相适应。针对那些主要应用于开关量的控制，且具备一定模拟量控制类别的系统，比如在生产过程中十分常见的对温度高低、压力大小以及液位的控制系统，在PLC选择时候最好是要具备A/D转换的模拟量输入模块和带有D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器和驱动装置，并且选择运算功能较强的小型PLC。（2）PLC的处理速度应满足实时控制的要求。PLC在工作的过程中，从输入信号到输出控制存在滞后的问题，这种现象通常是不能出现在工业生产中的。（3）PLC机型尽量统一。针对于相同的PLC而言，它的模块能够被互相所代用，这不仅使减少备件量，而且给编程和维修带来极大的方便，也给扩展系统升级留有余地；其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训，技术水平的提高和功能的开发。

1.2 确定输入/输出设备

根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备和输出设备，从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。本设计共对一对主辅风机（含4台电机）进行检测和控制，其输入和输出设备如下：

输入设备：26个数字量输入，13个模拟量输入，共39个输入设备。

输出设备：21个控制继电器，共21个输出设备。

1.3 PLC容量的选择

（1）内存利用率。用户程序通过编程器键入主机内，最后是以机器语言的形式存放在内存中。我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。高的内存利用率给用户带来好处。

（2）开关量输入/输出点数。PLC开关量输入/输出总点数是计算所需内存容量的重要依据。开关量输入/输出点数占用内存容量的关系：所需内存字数=开关量输入点数×10+开关量输出点数×8。

（3）模拟量输入/输出点数。只有模拟量输入时：所需内存字数=模拟量点数×100

当模拟量输入和输出同时存在时：所需内存字数=模拟量点数×200。

（4）程序编写质量。用户程序是否优秀会给程序的具体运行情况造成重要的制约作用。对初学者应为内存多留些余量。一般遵循下面的计算规律：总存储器字数=（开关量输入、输出点数）×10+模拟量点数×150然后按计算存储器字数的25%考虑余量。按照上面的算法，本设计所需的存储容量最少为6800字节。根据本设计实际要求并综合各方面对比，决定选用西门子公司14输入10输出的S7-200系列224XP的PLC进行设计。

2 扩展模块的选择

即使CPU上有相应的输入/输出接点，不过假如说用户要求更多的I/O点数，那么还是要开展I/O的扩展工作。每个CPU，所具备的性能特点也有所差异性，关键是与CPU本身的功能有直接的关系。

2.1 数字量I/O扩展模块

S7-200系列CPU输送相应的主机数字量I/O点，不过当主机I/O点数无法满足实际所需的时候，就必须使用扩展模块来扩展I/O点数。典型的数字量输入/输出扩展模块如表1所示。

本设计风机输出点数共有21点，PLC的CPU为14输入，10输出。因此，需要进行数字量模块进行扩展，通过对比，本设计采用两个8输入、8输出的EM223模块进行扩展。

2.2 模拟量扩展模块

模拟量I/O扩展模块具体种类及型号如表2所示。

3 结论

本设计需要对风机系统进行检测的模拟量有电机振动参数、瓦斯浓度及气体流量。因此，共需检测8个振动信号、4个压力信号以及1个瓦斯浓度信号，分别由振动变送器、压力变送器以及瓦斯传感器将信号输入PLC，故选择4个4输入的EM231模拟量扩展模块。

参考文献

[1] 廖礼.渝阳煤矿矿井通风在线监控系统的应用[J].矿业安全与环保，2012（S1）：80-82.endprint

摘 要：在矿井生产中主扇风机监控装置是十分重要的一个部分，其设计工作的严谨性对于安全生产的开展具有关键性的影响意义，因此，要结合对各个方面的项目进行监测，确保主扇风机监控装置设计的合理；需要选择合适的传感器对以上各项目进行监测和保护。由于该矿需要监测的模拟量多达33个，但多数都属于同一类型的监测量。需要对PLC的选型进行研究，以优化设计。

关键词：矿井主扇风机 监控装置 PLC选型 研究

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0042-01

1 PLC的CPU模块选择

1.1 PLC的选型原则

随着科学技术水平的提升，PLC较之前有了极大的进步，并且新技术的研发与应用愈发快速，每三年就会有全新性能的产品投入使用。并且呈现出性能强劲，性价比高，结构完善的发展趋势。现在在全球范围内制造生产PLC的商家已经超过二百家，所生产的产品类型已经超过了四百个。根据每个地区影响力水平的不同，我们大致上可以将这些生产商家分成三个部分，在欧洲地区，领导者品牌为西门子，美国地区领导品牌为A-B；日本地位领导品牌为欧姆龙与三菱。因为当前的市场被各式各样的PLC所充斥，这些产品在性能方面，编程方式以及价格等方面都存在一定的差异性，各自所适合的环境也不同。所以，结合实际的生产所需，选择最为合适的PLC，在增强PLC控制系统技术经济指标中是十分关键的影响因素[1～2]。

在PLC选择的时候，所遵循的标准是要在确保功能的基础上，追求系统的安全可靠性能，同时利于日后维护工作的开展。具体应考虑：（1）性能与任务相适应。针对那些主要应用于开关量的控制，且具备一定模拟量控制类别的系统，比如在生产过程中十分常见的对温度高低、压力大小以及液位的控制系统，在PLC选择时候最好是要具备A/D转换的模拟量输入模块和带有D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器和驱动装置，并且选择运算功能较强的小型PLC。（2）PLC的处理速度应满足实时控制的要求。PLC在工作的过程中，从输入信号到输出控制存在滞后的问题，这种现象通常是不能出现在工业生产中的。（3）PLC机型尽量统一。针对于相同的PLC而言，它的模块能够被互相所代用，这不仅使减少备件量，而且给编程和维修带来极大的方便，也给扩展系统升级留有余地；其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训，技术水平的提高和功能的开发。

1.2 确定输入/输出设备

根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备和输出设备，从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。本设计共对一对主辅风机（含4台电机）进行检测和控制，其输入和输出设备如下：

输入设备：26个数字量输入，13个模拟量输入，共39个输入设备。

输出设备：21个控制继电器，共21个输出设备。

1.3 PLC容量的选择

（1）内存利用率。用户程序通过编程器键入主机内，最后是以机器语言的形式存放在内存中。我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。高的内存利用率给用户带来好处。

（2）开关量输入/输出点数。PLC开关量输入/输出总点数是计算所需内存容量的重要依据。开关量输入/输出点数占用内存容量的关系：所需内存字数=开关量输入点数×10+开关量输出点数×8。

（3）模拟量输入/输出点数。只有模拟量输入时：所需内存字数=模拟量点数×100

当模拟量输入和输出同时存在时：所需内存字数=模拟量点数×200。

（4）程序编写质量。用户程序是否优秀会给程序的具体运行情况造成重要的制约作用。对初学者应为内存多留些余量。一般遵循下面的计算规律：总存储器字数=（开关量输入、输出点数）×10+模拟量点数×150然后按计算存储器字数的25%考虑余量。按照上面的算法，本设计所需的存储容量最少为6800字节。根据本设计实际要求并综合各方面对比，决定选用西门子公司14输入10输出的S7-200系列224XP的PLC进行设计。

2 扩展模块的选择

即使CPU上有相应的输入/输出接点，不过假如说用户要求更多的I/O点数，那么还是要开展I/O的扩展工作。每个CPU，所具备的性能特点也有所差异性，关键是与CPU本身的功能有直接的关系。

2.1 数字量I/O扩展模块

S7-200系列CPU输送相应的主机数字量I/O点，不过当主机I/O点数无法满足实际所需的时候，就必须使用扩展模块来扩展I/O点数。典型的数字量输入/输出扩展模块如表1所示。

本设计风机输出点数共有21点，PLC的CPU为14输入，10输出。因此，需要进行数字量模块进行扩展，通过对比，本设计采用两个8输入、8输出的EM223模块进行扩展。

2.2 模拟量扩展模块

模拟量I/O扩展模块具体种类及型号如表2所示。

3 结论

本设计需要对风机系统进行检测的模拟量有电机振动参数、瓦斯浓度及气体流量。因此，共需检测8个振动信号、4个压力信号以及1个瓦斯浓度信号，分别由振动变送器、压力变送器以及瓦斯传感器将信号输入PLC，故选择4个4输入的EM231模拟量扩展模块。

参考文献

[1] 廖礼.渝阳煤矿矿井通风在线监控系统的应用[J].矿业安全与环保，2012（S1）：80-82.endprint