基于PLC控制的水位报警装置设计

薛 锋 张 朋

（大同煤矿集团四老沟矿，山西 大同 037000）

大同煤矿集团四老沟矿鉴于井下主排水系统仍采用人工控制，不具备根据水位或其他参数自动开停水泵，以及远程控制开停水泵等功能的问题，现自主开发一套PLC控制系统，增加手动与自动引水、排水、停机功能。

1 水位声光报警装置具备的功能

正确测量并显示水仓水位；根据实际情况设置水位上下限；根据实际要求设置引水阀打开时间；设定值掉电保持；超过水位上限声光报警同时打开引水阀及水泵电机进行排水；低于水位下限声光报警同时关闭水泵电机；手动排水停机。

2 主电路

图1 主电路图

3 水位传感器原理

根据水中压强P=ρgH,压力F=P·S可知，压强与深度H成正比，当面积一定时，压力与压强成正比，所以测量水深可以转化为测量压力。通过压力传感器，将压力信号转换为电流信号送入模拟量模块，再通过PLC处理就可以变为数字信号。

4 传感器信号处理方法及编程

使用FX2N-4AD模块接收水位传感器的模拟信号，并转换成数字量，该模块可接收电流和电压两种输入信号。4个输入通道，12位分辨率。信号范围：-10V～ +10V；4～20mA；或 -20mA～20mA。共有32个16位的缓冲存储器（BFM），用来与主单元交换数据。[1]

（1）模块位置编号确定

PLC特殊功能模块的位置编号是这样确定的：从基本单元最近的模块算起，由近及远分别是0#、1#、2#、3#……。该装置只使用到1个4AD模块，所以编号为0#。

（2）特殊功能模块读指令FROM与写指令TO

FROM指令用来读取缓存器中的数据，TO指令用于将数据写入模块缓存器中。

（3）传感器信号接收通道组态选择BFM#0

该模块有4个通道，每个通道均可以处理电压、电流信号，而且有四个状态选择：0：-10V～+10V,1：4mA～20mA，2：-20mA～20mA，3：通道关闭。

水位传感器输出的是电流信号，所以每个通道选择1：4mA～20mA。将H1111写入模块0#缓存器，即每个通道处理电流信号。

（4）传感器数据读取缓存寄存器BFM5#-BFM12

模块接收的水位传感器信号通过内部A/D转换成数字量后被存放在缓存器中。5～8#缓存器存的分别是4个通道的平均采样值，9～12#缓存器存的是当前值。PLC再通过FROM读指令存入PLC数据单元。该装置程序使用平均采样值。

将通道CH1～CH4的平均采样信号转换成数字量后存入PLC内部数据寄存器中，即将4个水仓水位值分别存入到D90、D91、D92、D93。

（5）传感器函数关系式

当电流为4mA即4000μA时，水位对应0m，当电流为20mA即20000μA时，水位对应8m即为800cm。同时水位与电流呈线性关系。故设函数关系式y=kx+b，其中y代表水深，x代表传感器电流。

（6）零点与增益值设定BFM24#

水深与电流的函数图像如图2。

图2 水深与电流的函数图像

零点为当y=0时对应的x的值，所以零点为4000μA。

增益为当y=1000cm时对应的y的值，所以增益值24mA也就是24000μA。

（7）装置停电但设定值保持

停电保持数据寄存器D200∽D511，除非改写，否则原有数据不会丢失。无论电源接通与否，PLC运行与否，其内容也不会变化。将设定的上下限与引水持续时间保存在停电保持数据寄存器就可以实现停电不丢失。[3]

（8）超过上限与下限的动作实现

是否超过上限或者下限，需要将水位传感器的信号与设定值比较，采用PLC比较指令CMP，将比较结果存入中间寄存器。通过中间寄存器的值控制声光信号与引水、排水动作信号。

例如CMP D1 D2 M0

D1、D2两个数比较,将 ＞、=、＜三个状态输出到三个状态！而M0为首地址、依次是M0、M1、M2。

（9）引水、排水的打开与关闭[2]

以通道1为例，当水位超过上限时，M0状态为1，引水电磁阀打开，经过设定的延时后再关闭。引水关闭的同时，排水水泵延时导通定时器状态为1，Y15状态为1，排水水泵开关打开进行排水。当排水到水位下限后，超下限M14状态为1，Y15状态为0，水泵开关断开。

（10）上下限及引水延时设定方法

接下来一段时间，当地肥市基本保持平稳，价格以及销量变化不大。农民对于新型肥料的接受程度每年都有所上升，但上升幅度不大。湖南隆科农资连锁有限公司以销售传统肥料为主，但目前随着国家政策的导向和市场环境的变化，逐渐在向新型肥料领域扩展业务，并成立新型肥料研发中心，任命专门的技术人员从事新型肥料的推广工作。

上下限及引水延时设定使用工控触摸屏数据设定功能，通过连接电缆将设定值送入PLC。

（11）语音模块

电源输入：可接 7～30V 电压供电。

功放输出：直接驱动无源喇叭，足以驱动任何小型音箱，且声音洪亮。

音频输出：双声道音频信号输出，可接 3.5耳机座输出。

控制线接线端：8路对地开关量触发。

工作状态指示灯：工作状态指示，通电常亮，播放或下载音频文件时闪烁。

音量控制：音量控制，旋转电位器进行音量大小调节。

5 总结

目前水位监测报警装置已应用于该矿副立井、南阳路坑底水仓，能够准确测量并显示水仓水位；能够手动排水停机,动作可靠，故障率低，可以有效保护水泵电机。