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第一章 煤矿及选煤厂自动化基础知识第一节 自动控制的概念、基本原理和方法1-1（A）什么是计算机？答：计算机即电子计算机，指能用电子学方法存储输入信息，并由电子电路按照程序对信息进行处理和输出的设备。计算机通常由输入设备、输出设备、存储器、运算和逻辑部件以及控制器等五部分组成的。1-2（A）什么是计算机的硬件？答：计算机的硬件是指计算机系统中的物理装置的总称，与“软件”相对。它可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或装置。1-3（A）什么是计算机的软件？答：计算机的软件是指计算机运行所需要的各种程序及其有关资料。如：汇编程序、编译程序、诊断程序、控制程序、专用软件包、程序库程序、数据管理系统、各种维护使用的工具手册、程序说明和框图等。相对于“硬件”而言。软件是计算机在日常工作时不可缺少的。1-4（A）什么是比特、字节、字、字长、文件？答：比特：是度量信息的单位。二进制中一个数位所包含的信息量称为一个比特。字节：作为一个单位来处理的一串二进制数位。如：4位、6位、8位。一个字节通常指8位二进制位。字：指在计算机和信息系统中，在存储、传送或操作时，作为一个单元的一组二进制位。通常指16位或32位。字长：指计算机一次可处理的二进制位。文件：指由若干逻辑记录的信息集合。这些记录可以是同种类型，也可是不同种类型。一般存储磁盘或光盘等媒体中。1-5（A）什么是计算机网络？答：指以共享资源为目的，通过数据通信线路将多台计算机互联而成的系统。资源包括网络重的计算机硬件、软件和数据。多台计算机通常在地理上是广泛分布的，其连接方式有集中式、分布式和环式三种。1-6（A）计算机网络的功能是什么？答：计算机网络的功能主要有以下几点： 1、数据通信：该功能实现计算机与终端、计算机与计算机间的数据传输，这是计算机网络的基本功能。 2、资源共享：网络上的计算机彼此之间可以实现资源共享，包括硬件、软件和数据。3、远程传输：分布在很远位置的用户可以互相传输数据信息，互相交流，协同工作。 4、集中管理：可以实现日常工作的集中管理，提高工作效率，增加经济效益。 1-7（A）什么是计算机网络系统的组成内容？答：计算机网络系统是通信子网和资源子网组成的。而网络软件系统和网络硬件系统是网络系统赖以存在的基础。在网络系统中，硬件对网络的选择起着决定性作用，而网络软件则是挖掘网络潜力的工具。 1-8（ABC）自动控制理论概念。答：自动控制是指在没有人的直接参与下，利用控制装置，操纵受控对象，使被控量按给定规律运行。它是一门介于许多学科之间的综合应用学科，物理学、数学、力学、电子学、生物学等是该学科的重要基础。1-9（ABC）自动控制是如何实现的？答：自动控制是应用自动化仪表或装置代替人工自动地对设备或过程进行控制，使之达到预期的状态或性能。工业上常规单回路反馈控制系统由两部分组成，其实现过程如图1-1所示：1 制对象：即被控制的设备或过程。控制对象的本质在于被控制的参数（变量或状态）及被控参数的数学模型。一个设备或过程可就不同的控制参数构成不同的控制系统。2 控制器：即起控制作用的自动化仪表或装置，包括自动检测仪表、调节器或计算装置、执行器等。1-10（A）自动控制学科经历了哪些发展过程？答：自动控制是一门较年轻的学科，起步晚，发展快，理论性强，已有50多年历史，经历了三代发展过程。第一代，经典控制理论：它是二十世纪5060年代以前的一段漫长时间发展起来的，到50年代末，以反馈控制原理为基础的自动控制理论已形成比较完整的体系。其特点相对言，生产技术水平较低，控制对象结构较简单，被控参数较单一，要求达到的预期效果（性能指标）也不高。第二代，现代控制理论：它是二十世纪60年代以后迅速发展起来的控制理论，50年代末60年代始，半导体技术飞速发展，计算机技术走向工业实用化，自动化技术在计算机技术的支持下，得到了迅速发展。这个阶段的特点是由于宇航技术的发展，促使生产技术水平大大提高，对自动化技术要求越来越高，控制对象结构复杂，所控制参数越来越多，对其性能指标要求越来越高，它主要研究对象为多输入多输出的多变量系统。第三代，大系统理论和智能控制理论：大系统理论仍未突破现代控制理论的框架，二十世纪70年代后，控制理论向广度、深度发展，控制系统规模庞大，结构复杂，变量众多的信息控制系统，而计算机的飞速发展，计算机通讯为此提供了技术手段，在工业中起牵引作用的制造工业逐渐提出了计算机集成制造系统（CIMS）。1-11（A）目前主要的控制技术有那些？答：智能控制技术：由于电子计算机技术的飞速发展，国际学术界对智能控制研究十分活跃，使人工智能逐渐形成一门学科，并在实践中显示很强的生命力。模糊控制：它是在模糊数学的基础上产生的一种新型的数理控制技术，能使机器像人一样根据小量模糊信息，依据一定推理准则进行“思维”，就可得到相当准确的或足够近似的结论，常用于解决一些不确定性问题，它已广泛用于工业生产过程控制各个领域。神经元网络控制：对人脑神经中枢系统智能活动的研究和模拟是智能控制研究的另一重要途径，神经元网络通过神经元以及相互连接的权值初步实现了生物神经系统的部分功能。可以说神经元控制的出现给智能控制注入了新的血液，随着计算机硬件水平的提高，特别是神经元芯片的出现，将加速神经元控制的实用化。 集散型控制系统（DCS）：它是70年代中期迅速发展起来的一种过程计算机控制系统，是4C技术的结合，即计算机技术，控制技术，通讯技术和CRT图象显示技术，利用其实现对生产过程的监视控制和管理。 计算机集成制造系统（CIMS）：它是由CAD（计算机辅助设计）APP（计算机辅助工艺设计），CAM（计算机辅助制造），MIS（计算机辅助管理），FMS（柔性制造系统）等构成，其支撑技术为数据库技术，网络技术，仿真技术，智能技术等。1-12（A）自动控制系统是怎样分类的?答：通常有以下几种具体形式或分类方法：1 开环控制系统与闭环控制系统；2 线性控制系统与非线性控制系统；3 定值、随动与程序控制系统；4 连续控制系统与离散（即数据采样）控制系统；5 单输入单输出与多输入多输出控制系统；6 集中参数与分布参数控制系统。1-13（A）什么是现场总线？答： 应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行数字通信的系统，是开放式、数字化、多点通信技术，可被广泛应用于制造业、流程工业、楼宇、交通等处的自动化系统中。1-14（A）现场总线的特点？答：现场总线是综合运用微处理器技术、网络技术、通信技术和自动控制技术的产物。它把微处理器置入现场自控设备、使设备具有数字计算和数字通信能力，这一方面提高了信号的测量、控制和传输精度，同时为丰富控制信息的内容，实现其远程传送创造了条件。在现场总线的环境下，借助现场总线网段以及与之有通信连接的其它网段，实现异地远程自动控制。由于现场总线强调遵循公开统一的技术标准，因而有条件实现设备的互操作性和互换性。现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化的发展方向，带动整个工业控制、楼宇自动化、仪表制造、工业控制、计算机软硬件等行业的技术、产品的更新换代。1-15（A）什么可以作为现场总线的传输介质？答：普通电缆、双绞线、光导纤维、红外线、甚至电力传输线。1-16（A）现场总线的优点是什么？答：现场总线的特点有以下9个方面：1.全数字化：在现场总线控制系统出现以后，才能实现企业管理与生产自动化有机结合。数字化信号固有的高精度、抗干扰特性也能提高控制系统的可靠性。 2. 全分布：在现场总线控制系统中各现场设备有足够的自主性，它们彼此之间相互通信，完全可以把各种控制功能分散到各种设备中，而不再需要一个中央控制计算机，实现真正的分布式控制。 3. 双向传输：现场总线设备则在一条线上即可以向上传递传感器信号，也可以向下传递控制信息。 4. 自诊断：现场总线仪表本身具有自诊断功能，而且这种诊断信息可以送到中央控制室，以便于维护。 5. 节省布线及控制室空间：多台现场设备可串行连接在一条总线上，这样只需极少的线进入中央控制室，大量节省了布线费用，同时也降低了中央控制室的造价。 6. 多功能仪表：数字、双向传输方式使得现场总线仪表可以摆脱传统仪表功能单一的制约，可以在一个仪表中集成多种功能，做成多变量变送器，甚至集检测、运算、控制与一体的变送控制器。 7. 开放性：1999年底现场总线协议已被IEC 批准正式成为国际标准，从而使现场总线成为一种开放的技术。 8. 互操作性：现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作，这样就可以在一个企业中由用户根据产品的性能、价格选用不同厂商的产品，集成在一起，避免了传统控制系统中必须选用同一厂家的产品限制，促进了有效的竞争，降低了控制系统的成本。 9. 智能化与自治性：现场总线设备能处理各种参数、运行状态信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、甚至网络故障的情况下独立工作，大大提高了整个控制系统的可靠性和 容错能力。1-17（A）现场总线的结构是什么？答：现场总线控制系统通常由以下部分组成：现场总线仪表、控制器 现场总线线路 监控、组态计算机1-18（A）什么是集散控制系统？答：又叫分布式计算机控制系统,是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的。1-19（A）集散控制系统的结构是什么？答：包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，式系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统。1-20（A）集散控制系统的功能是什么？答：集散控制系统的主要功能是生产过程的监控；历史数据的存储及管理；统计质量控制；设备预防性维护；设备故障诊断；生产优化等。1-21（A）什么是监视控制和数据采集（SCADA）系统？答：SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的缩写，系统作为生产过程和事物管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之一。应用于可对安装在远距离场地的设备进行中央控制和监视的系统。包含两个层次的含义：分布式的数据采集系统和数据处理和显示系统。1-22（A）监视控制和数据采集系统的功能是什么？答：监视控制和数据采集系统有以下四点功能：1.设备参数状态数据的采集和控制信息的发送2.各种参数状态的正确表达和报警的及时处理3.历史数据的记录和查询和趋势分析4.与信息管理系统的完美结合1-23（A）什么是冗余？答：指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从而保证了系统不间断工作。通常设计的冗余方式包括：CPU冗余、网络冗余、电源冗余。1-24（A）什么是组态？答：通过专用的软件定义系统的过程就是组态。例如:定义系统网络连接方式和各站地址的过程叫网络组态。1-25（A）组态软件的结构是什么？答：按照系统环境划分，从总体上讲，组态软件是由两大部分构成的：系统开发环境：是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在组态软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统,供系统运行环境运行时使用。 系统开发环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程序、实时数据库组态程序等。系统运行环境：在系统运行环境下，目标应用程序被装入计算机内存并投入实时运行。系统运行环境由若干个运行程序组成，如图形界面运行程序、实时数据库运行程序等。组态软件支持在线组态技术，即在不退出系统运行环境的情况下可以直接进入组态环境并修改组态，使修改后的组态直接生效。1-26（A）什么是协议：答：协议就是对计算机之间连接的信息格式、能被收/发双方接受的传送信息内容的一组定义。例如常用的TCP/IP协议。第二节 PLC工作原理及性能1-27（A）PLC是什么？答：可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。1-28（A）PLC的由来：答：世界上第一台可编程序控制器产生于1969年，是由当时美国数字设备公司（DEC）为美国通用汽车公司（GM）研制开发并成功应用于汽车生产线上，被人们称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。1-29（A）PLC的定义：答：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。1-30（A）PLC有什么特点？答：PLC具备以下特点：1、高可靠性：I/O接口电路均采用光电隔离；各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；良好的自诊断功能；大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2、丰富的I/O接口模块：PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。3、采用模块化结构：为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。4、编程方便：PLC适用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图(SFC)编程，不需要太多的计算机编程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包，并可在任何兼容的个人计算机上编程。5、安装简单，维修方便：PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。6、适应工业环境：PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。这是PLC产品的市场生存价值。1-31（A）PLC的功能是什么？答：PLC具备以下功能1、逻辑控制2、定时控制3、计数控制4、步进(顺序)控制5、PID控制6、数据控制：PLC具有数据处理能力。7、通信和联网8、其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。1-32（A）PLC的发展经历了几个阶段？答：随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1、早期的PLC（20世纪60年代末70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。2、中期的PLC（20世纪70年代中期80年代中，后期）在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。3、近期的PLC（20世纪80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。1-33（A）PLC是如何分类的？答：PLC分为小型PLC、中型PLC和大型PLC。 1、小型PLC：小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。 2、中型PLC：中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在1281024点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。 3、大型PLC：一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。1-34（A）PLC的基本结构是什么？答：基本的模块化控制器包括机架、电源、处理器、输入/输出模块和编程及监控接口设备。PLC结构原理图如图12所示。1、机架：安放设备如I/O模块，适配器模块，处理器和电源的硬件装置。2、电源：PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的。3、中央处理单元(CPU)：中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。4、输入/输出模块：中央处理器和受控设备之间的接口，1-35（ABC）PLC常用存储器的类型：答：PLC常用的存储器类型有以下三种：1.RAM （Random Assess Memory） 这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。2.EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。3.EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。1-36（ABC）PLC工作原理：答： 在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 PLC工作原理见图13。1输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 2用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 3输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。1-37（ABC）什么是I/O寻址方式？答：I/O寻址方式是把I/O模块端子的物理位置和处理器内存中的位置相对应，寻址方式有以下三种：1、固定的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是由PLC制造厂家在设计、生产PLC时确定的，它的每一个输入/输出点都有一个明确的固定不变的地址。一般来说，单元式的PLC采用这种I/O寻址方式。2、开关设定的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是由用户通过对机架和模块上的开关位置的设定来确定的。3、用软件来设定的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是有用户通过软件来编制I/O地址分配表来确定的。1-38（ABC）可编程控制器操作周期：答：PLC是采用循环扫描的工作方式，即每一次状态变化需一个扫描周期。PLC循环扫描时间一般为几毫秒至几十毫秒。整个过程分为内部处理、通信、输入处理、执行程序、输出处理几部分逻辑程序输入控制器，控制器进入运行模式（RUN MODE）初始的一个操作周期。控制器的操作周期由一系列按顺序并重复的操作动构成，只有程序逻辑才能改变。如图13所示。输入扫描：控制器扫描和读入所有输入数据所需时间；通常在毫秒内完成。程序扫描：处理器执行程序中指令所需的时间，程序扫描时间根据使用的指令和扫描时的状态而不同。注意：逻辑程序内的子程序和中断指令可能引起操作周期序列变化而带来偏差。输出扫描：控制器扫描和输出所有输出数据所需时间；通常在毫秒内完成。服务通信：操作周期中和其它设备，诸如HMI或PC通信所占用的部分时间。内务和辅助操作：存储器管理和刷新定时器及内部寄存器所需时间。1-39（ABC）PLC输入电路和输出电路的工作原理是什么？答：输入电路的工作原理如图15所示。1 入滤波滤除因触电抖动或电气干扰而产生的错误信号。2 光电隔离将逻辑电路与输入信号隔离，以保护输入电路和背板电路。3 逻辑电路处理信号。4 用输入指示灯LED的亮或不亮，指示输入设备的状态。输出电路的工作原理如图16所示。1 逻辑电路决定输出状态。2 输出指示灯LED指示输出信号状态。3 光电隔离将现场信号与输出逻辑电路、背板电路隔离。4 输出驱动器使相应的输出设备接通或断开。1-40（ABC）PLC的通信及联网：答： PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其他智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化(FA：Factory Automation)系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。 1-41（ABC）PLC最新发展状态及趋势是什么？答： 现代PLC的发展有两个主要趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。 1大型网络化网络化和通信能力强是PLC发展的一个重要方面，向下可将多个PLC、I/O框架相连；向上与工业计算机、以太网、MAP网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。2多功能随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制等模块的出现，使PLC控制领域更加宽广。 3. 高可靠性由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司已将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。在操作运行过程中模板还可热插拔。 第三节 煤矿及选煤厂常用保护装置及常用传感器原理1-42（A）煤矿和选煤厂常用的保护装置有哪些？答：煤矿和选煤厂常用的保护装置有皮带闭锁、皮带打滑、皮带跑偏、皮带撕裂、皮带温度、皮带烟雾、皮带洒水、皮带堆煤、溜槽堵塞、红外温度检测等保护装置，可靠的传感器为保护装置的正常运行提供保障；整个控制系统的正常运行与保护装置的正常运行是分不开的。1-43（ABC）速度传感器的工作原理是什么？答：速度传感器工作原理如图17所示：传感器安装在胶带输送机下面，胶带输送机运行时，由紧贴胶带的滚轮带动转盘（带有齿槽）在光电传感器凹槽内，光电传感器光路通断受齿槽控制，输出相应的方波频率信号，并可计算出皮带速度。速度传感器常用于需要检测皮带速度的地方，是其它保护装置的有机组成部分。1-44（ABC）速度传感器出现故障后，如何处理？答：使用时，传感器若无信号输出，请检查：传感器滚轮是否紧贴胶带带面；输入直流电源是否正常；接线是否正确，有无松动、脱落；若有轴承，请定期检查轴承是否运行灵活、自如。1-45（ABC）温度传感器的工作原理是什么？答：温度传感器是利用PT100电阻随温度变化的特性进行电阻采样，把这些采样的电阻信号转换为电压信号（或把电压信号转换为频率信号输出）。原理图见图18所示。1-46（A）急停闭锁开关的工作原理是什么？答：正常工作时，拉杆压住内部的行程开关，控制回路内的接点处于常开（或常闭），指示牌竖直在上方。当拉动开关任意一侧的钢丝绳，拉杆松开并旋转，指示牌倒下，同时行程开关动作。PLC收到此信号后，发出指令，切断电机电源，胶带机急停。原理图见图19所示。故障排除后，人工将指示牌转到竖直位置，开关复位。不通过人工复位，拉杆不能自动回到原位，开关起闭锁作用。在使用过程中应注意：煤矿井下使用时，必须与本安电路连接；使用过程中发现拉杆拉出后开关信号不正常，请检查行程开关动作是否正常，必要时更换行程开关。1-47（ABC）常用急停闭锁开关的种类有那些？答：常用急停闭锁开关有拉绳式急停闭锁开关、编码式拉绳急停闭锁开关、电阻式急停闭锁开关。1-48（ABC）胶带跑偏开关的工作原理是什么？答：胶带正常运行时，跑偏开关的探杆在竖直位置。当胶带跑偏时，胶带碰到跑偏开关的探杆并带动探杆轴旋转，当探杆转到一定角度时，拔动跑偏开关内的行程开关，发出跑偏信号。工作原理图见图110所示。在使用过程中应注意：煤矿井下使用时，必须与本安电路连接；该跑偏开关探杆只能顺时针方向转动，在安装时必须保证探杆的旋转方向按顺时针方向转动。1-49（ABC）接点式堆煤（堵塞）开关的工作原理是什么？答：壳内有一钢球合延时开关，悬挂的传感器处于垂直状态时，钢球压在延时开关上。当物料上升使传感器倾斜超过动作角度时，钢球滚开，开关延时发出信号；物料下降后，传感器恢复垂直状态，钢球又压住延时开关，使其瞬时复位。工作原理参见图111所示。在使用过程中应注意：若传感器与非本安设备相连，则在使用中，内外接地螺栓均需接地；安装时必须妥善固定引出电缆，使其不影响传感器的正常工作；若需调节传感器延时动作时间，打开上盖，调节延时开关上调节螺钉；若传感器不动作或动作后不复位，请检查延时开关是否损坏，若延时开关完好，请检查顶杆是否灵活。1-50（ABC）电阻式堆煤（堵塞）开关的工作原理是什么？答：核心是一个施密特触发器，1线为接地线，2线为电极，7为电源正，5为电源负，4和5为输出线。当1和2线之间的电阻大于临界值时，输出电阻为52K欧姆；当1和2线之间的电阻小于临界值时，输出电阻为4.7K欧姆。工作原理参见图112所示。在使用过程中应注意：电极座设有防漏环，可减少误动作，但积尘太多、太湿，也可能误动作，应定期清除电极座过多煤尘，尤其在喷水后将煤尘和水擦干。 1-51（ABC）红外温度检测装置的工作原理是什么？答：红外温度检测装置由红外测温探头和仪表组成。红外测温探头可准确测量物体发射的能量并将能量转化为电压信号。红外探头输出电压值与被测物体温度的关系如下： V1157.7T 式中： V 输出电压值（单位：mV） T 被测物体温度值（0C）在使用过程中应注意：被测物体尺寸必须大于标称光点直接；红外探头应安装在煤、水等物不能落到镜头的地方；探头和被测物体的距离应满足被测物体吃醋必须大于标称光点直径的要求。工作原理参见图113所示。1-52（ABC）温度传感器的工作原理是什么？答：温度传感器选用热双金属片作为感温元件。使用时，将其固定在机电设备外壳上，当机电设备外壳温度上升超过该传感器调定值时，传感器动作，发出信号。工作原理参见图114所示。在使用过程中应注意：煤矿井下使用时，必须与本安电路连接；若传感器动作失灵，打开上盖，检修热双金属片开关。1-53（ABC）自动洒水灭火装置的工作原理？答：本装置由三部分组成：洒水控制部分、洒水部分、信号输出部分。当保护区的温度超过预定值时，温度探头动作，此时控制管路失压，使自动水阀开启，压力水进入洒水管路实现自动洒水灭火，同时压力开关动作向控制系统发出开关量信号，实现报警和停机。在使用过程中应注意：定期检查整套装置是否完好，喷嘴是否堵塞，管路是否渗漏；定期清洗滤网；每次温度探头动作后，应及时更换新的易熔合金片；井下使用时压力开关必须与本安电路连接，压力开关必须垂直安装。工作原理参见图115所示。1-54（ABC）烟雾传感器的工作原理？答：离子式烟雾传感器由两个独立离子室和信号转换电路组成。当出现火情时，烟侵入外部粒子室，含烟的微粒子被已离子化的空气吸附，离子电流减少。超过整定值，信号转换电路开始工作，转换为电流信号，经电源线传给烟雾继电器箱，使其动作。工作原理参见图116所示。在使用过程中应注意：定期检查整套装置是否完好；定期试验动作的可靠性；元器件损坏后更换时，应注意保证其本安性能。1-55（ABC）非接触式皮带纵向撕裂传感器的工作原理？答：传感器时纵向撕裂的检测元件，当胶带输送机的胶带被异物穿透后，物料落入传感器上，传感器信号送到控制箱，控制继电器动作，发出报警和停车信号，实现对胶带的保护。工作原理参见图117所示。在使用过程中应注意：定期检查整套装置是否完好；传感器表面应避免有淋水或过多粉尘堆积；清扫时应注意避免划伤传感器表面；及时清理胶带毛边，避免可能因此而出现的传感器的误动作。1-56（ABC）其它常用皮带纵向撕裂传感器的工作原理？答：预埋线圈式纵撕传感器保护装置：在胶带加工过程中每隔一定距离预埋入线圈。皮带运转时，控制箱在单位时间内读取皮带内部的线圈数量；当出现皮带纵撕或撕边的情况，预埋线圈被破坏，控制箱在单位时间内无法读取预定数量的线圈，立刻做出判断，发出信号。在实际使用过程中可依据皮带完好状态屏蔽一定数量的线圈，使纵撕保护装置动作可靠。工作原理参见图118所示。断线式纵撕传感器保护装置：该装置采用在皮带下方拉挂拉绳的方法，当皮带被撕裂时拉绳被割断，控制箱得到信号，使保护开关动作。1-57（ABC）接近开关的工作原理？答：当传感器的探测面接近某一物体达到动作距离时，内部电路导通，点亮指示灯，并发出响应的信号。工作原理参见图119所示。在使用过程中应注意：定期检查整套装置是否完好；探测面距被探测物体表面大于动作距离值。1-58（ABC）接近开关在实际工作中都有那些应用？答：在实际工作中，利用接近开关和PLC的特性，开发出实用的保护装置。例如：在溜槽侧板开出检测窗，当溜槽堵塞时，检测窗的移动使接近开关动作，实现堆煤装置的功能，并在PLC程序内延时处理返回信号，避免出现误动作，使堆煤保护功能更加准确、可靠。还有利用接近开关检测刮板机从动轴的转动情况，实现断链保护功能和失速保护。第四节 电子秤、核子秤、测灰仪、变频器等工作原理1-59（ABC）电子皮带称的工作原理？答：电子皮带称由三部分组成：称重桥架、速度传感器和积算器。工作原理参见图120所示。装有载荷传感器的称重桥架，安装于输送机的纵梁上，称重桥架支承的称重托辊，检测皮带上的物料重量，产生一个正比于皮带载荷的电气输出信号。每个脉冲表示一个皮带运动单元，脉冲的频率正比于皮带速度。积算器从载荷传感器和速度传感器接受输出信号，用电子方法把皮带运动和皮带载荷相乘，并进一步处理通过输送机的物料总重量，将其转换成选定的工程单位，通过对时间的计算，同时产生一个瞬时流量