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一體電磁流量計(jì)遠(yuǎn)程自動化控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù):2277 發(fā)布時間:2021-01-01 12:07:02
摘要:我國煤礦多為井工開采,巷道掘進(jìn)過程中使用大量的氣動設(shè)備,一體電磁流量計(jì)擔(dān)負(fù)著礦井的壓縮空氣的生產(chǎn)任務(wù),為風(fēng)鎬、風(fēng)鉆以及其它工具提供動能。傳統(tǒng)的單臺獨(dú)立控制、人工開停機(jī)的操作工藝,已經(jīng)很難保證壓縮空氣的供氣質(zhì)量,也不利于對電磁流量計(jì)的維護(hù)管理,為解決該問題,本文設(shè)計(jì)了基于PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、光纖通訊技術(shù)的電磁流量計(jì)實(shí)現(xiàn)集中控制,通過采集處理電機(jī)電流、電壓信號,溫度、壓力信號,實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)各種保護(hù)、報(bào)警、監(jiān)控功能、風(fēng)機(jī)的自動投入與退出。經(jīng)過在貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司實(shí)施,提高了礦井壓風(fēng)系統(tǒng)的自動化程度,提高了一體電磁流量計(jì)運(yùn)行的安全性、可靠性,提高了安全生產(chǎn)和管理水平,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制、實(shí)現(xiàn)無人值守,降低了工人勞動強(qiáng)度,大大提高了該礦電磁流量計(jì)工效及生產(chǎn)管理水平。
1 系統(tǒng)改造目標(biāo)
為響應(yīng)機(jī)械化換人、自動化減人,科技強(qiáng)安戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),貴州豫能擬在貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司實(shí)施一體電磁流量計(jì)控制系統(tǒng)自動化改造,預(yù)期達(dá)到下述目標(biāo):
1)對電磁流量計(jì)實(shí)施科學(xué)管理;
2)提高電磁流量計(jì)控制系統(tǒng)安全性、準(zhǔn)確性、可靠性;
3)提高高山煤礦電磁流量計(jì)控制系統(tǒng)自動化程度;
4)協(xié)調(diào)生產(chǎn)系統(tǒng)中各系統(tǒng)之間的關(guān)系,提高機(jī)械和電氣設(shè)備的利用率,實(shí)現(xiàn)無人值守,提高安全生產(chǎn)和管理水平。
2 系統(tǒng)改造前現(xiàn)狀
貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司電磁流量計(jì)房有3臺空壓機(jī),3個風(fēng)包,兩趟入井管路,電磁流量計(jì)電機(jī)額定電壓等級0.66kV。目前電磁流量計(jì)系統(tǒng)安裝有簡易在線監(jiān)測系統(tǒng),通過現(xiàn)場面板能夠簡單查詢風(fēng)機(jī)狀態(tài),但是采集傳感器安全不全面,無法對電機(jī)溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集,當(dāng)前系統(tǒng)的啟停主要靠人工的操作。迫切需要進(jìn)行自動化改造,提高壓風(fēng)系統(tǒng)自動化程度,提高系統(tǒng)效率。
3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施
一體電磁流量計(jì)自動化系統(tǒng)主要由以下兩部分組成。
1)上位機(jī)
上位機(jī)設(shè)置在集中控制中心,主要包括控制計(jì)算機(jī)、顯示器、語音報(bào)警裝置及控制軟件等。
2)電磁流量計(jì)房監(jiān)控單元
主要由PLC控制柜、電動閥門、傳感器等組成,為了實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)房的無人值守及遠(yuǎn)程自動化控制。經(jīng)過充分的分析,本次PLC控制柜內(nèi)的主站控制器選用西門子s7-1200系列PLC來保證系統(tǒng)可靠性,風(fēng)機(jī)及管路上的閥門全部更換為電動閥門,現(xiàn)場加配傳感器實(shí)時采集現(xiàn)場物理量信號,并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號傳送給CPU。
本系統(tǒng)現(xiàn)場使用的傳感器較多,如壓力、溫度等等。為減少傳輸誤差,提高檢測精度,均選用帶變送器,性能可靠,壽命長,輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號4-20mA的傳感器,直接采集現(xiàn)場信號,以進(jìn)一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。同時現(xiàn)場安裝??禂z像儀實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時采集。具體如下:
1)現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)選用西門子S7-系列可編程序控制器作為監(jiān)控核心??删幊绦蚩刂破髂苓m應(yīng)各種惡劣現(xiàn)場條件,現(xiàn)場抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn),且安裝維護(hù)方便,其模塊化結(jié)構(gòu),配置相應(yīng)的通訊接口與各一體電磁流量計(jì)控制器通訊;與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊可以采用Profibus或工業(yè)以太網(wǎng);系統(tǒng)配置合理,技術(shù)可行,完全可以滿足現(xiàn)場使用要求。
2)在儲氣罐上加裝壓力變送器、溫度傳感器,實(shí)現(xiàn)風(fēng)包壓力、風(fēng)包溫度的實(shí)時采集。
3)在輸氣管道上安裝流量傳感器、溫度傳感器、壓力變送器實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)排氣管路流量、溫度、壓力監(jiān)測。
4)在電機(jī)配電設(shè)施上加裝電流變送器、電壓變送器實(shí)現(xiàn)電機(jī)電流、電壓等參數(shù)監(jiān)測。
5)現(xiàn)場增加2臺500萬像素高速球型攝像儀,具備定點(diǎn)巡航、巡航軌跡設(shè)定等功能,實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)房內(nèi)外的視頻實(shí)時采集,保證在無人值守時,防止人員惡意破壞系統(tǒng),索采集的圖像通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸及錄像存儲,存儲時間不少于二個月,滿足事故追溯要求。
6)一體電磁流量計(jì)及管道的閥門改成電動閥門,遠(yuǎn)程控制時通過上位機(jī)或系統(tǒng)自動打開、關(guān)閉閥門,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動恒壓供風(fēng)。
7)現(xiàn)場配置的PLC控制柜,還配置有觸摸屏顯示屏,用于現(xiàn)場顯示工況等,滿足現(xiàn)場檢修需求,PLC的I/O接口預(yù)留20%以上的備用量,滿足系統(tǒng)擴(kuò)容及維修需求。
8)儲氣罐(風(fēng)包)放水閥門改為自動閥門,確保系統(tǒng)能夠根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)定時排污。
4 系統(tǒng)功能
1)能夠自動采集、顯示電磁流量計(jì)的各種運(yùn)行參數(shù),控制電磁流量計(jì)運(yùn)行。
2)能夠根據(jù)檢測到的信號判斷電磁流量計(jì)的工作情況,故障時能及時發(fā)出報(bào)警信號,并根據(jù)故障類型停止一體電磁流量計(jì)。
3)有啟動功能、停止功能、正常停車功能、故障停車功能、緊急停車功能、預(yù)告功能、保護(hù)及故障報(bào)警功能。
4)系統(tǒng)通過PLC及控制網(wǎng)絡(luò)可方便地采集現(xiàn)場設(shè)備開/停及故障狀態(tài)、電機(jī)電流等實(shí)時數(shù)據(jù)。
5)具有多種控制方式
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置,該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下集中方式下:PLC自動集控方式:在該模式下PLC根據(jù)設(shè)定的工作時間和工作壓力值、總管當(dāng)前實(shí)時壓力值,自動判斷當(dāng)前投入/切除系統(tǒng)中的電磁流量計(jì)臺數(shù),經(jīng)特定的運(yùn)算處理,以便對運(yùn)行中的一體電磁流量計(jì)進(jìn)行加載或者卸荷或切除系統(tǒng)、投入系統(tǒng)工作。
遠(yuǎn)程控制方式:在該模式下,通過上位計(jì)算機(jī)的操作來在控制各電磁流量計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行。系統(tǒng)對操作員有權(quán)限管理,有一定的權(quán)限的操作員才可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。
6)實(shí)現(xiàn)自動恒壓供風(fēng)
當(dāng)系統(tǒng)在自動集控工作方式時,系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的供氣壓力值,自動控制卸荷或加載。當(dāng)壓力值當(dāng)風(fēng)壓達(dá)到設(shè)定值時,自動停機(jī)(卸荷);風(fēng)壓降到低值時,自動啟動或關(guān)閉卸荷閥。
7)安全可靠地報(bào)警保護(hù)
每臺一體電磁流量計(jì)均可具有:出氣壓力超限保護(hù)、出氣超溫保護(hù)、吸氣阻力過大保護(hù)、潤滑油超溫保護(hù)、潤滑油量不足保護(hù)、主電機(jī)超載保護(hù)等功能。
8)無人值守
實(shí)現(xiàn)多臺電磁流量計(jì)按程序執(zhí)行啟動/停止電磁流量計(jì)操作,并控制相關(guān)的水泵閥門等,實(shí)現(xiàn)全自動化運(yùn)行,無人值守。全自動運(yùn)行方式下,系統(tǒng)可以按現(xiàn)場需要自動啟停一臺或多臺電磁流量計(jì),完成電磁流量計(jì)的自動加卸載控制,實(shí)現(xiàn)一體電磁流量計(jì)及冷卻水泵自動輪轉(zhuǎn)功能。
9)存檔功能
能夠?qū)F(xiàn)場運(yùn)行信息存入數(shù)據(jù)庫,以便于**進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢。
10)曲線功能
可繪制各種模擬量參數(shù)的實(shí)時曲線及歷史曲線。
11)管理功能
監(jiān)控軟件具有設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行、檢修和維護(hù)的管理功能。
5 結(jié)語
通過對貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司電磁流量計(jì)房的自動化改造,改變了原來系統(tǒng)單臺獨(dú)立控制、人工開停機(jī)的現(xiàn)狀,通過PLC控制器實(shí)時采集、傳輸系統(tǒng)運(yùn)行工況并在上位機(jī)實(shí)時顯示,同時系統(tǒng)根據(jù)采集的實(shí)時數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)變化趨勢進(jìn)行預(yù)警與報(bào)警,提高了一體電磁流量計(jì)組的運(yùn)行效率,降低了工人勞動強(qiáng)度,通過恒壓供風(fēng)策略保證了壓縮空氣的供氣質(zhì)量,對電磁流量計(jì)的維護(hù)管理有了更科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐,保證了開拓進(jìn)度,達(dá)到系統(tǒng)改造預(yù)期目標(biāo)。
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1 系統(tǒng)改造目標(biāo)
為響應(yīng)機(jī)械化換人、自動化減人,科技強(qiáng)安戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),貴州豫能擬在貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司實(shí)施一體電磁流量計(jì)控制系統(tǒng)自動化改造,預(yù)期達(dá)到下述目標(biāo):
1)對電磁流量計(jì)實(shí)施科學(xué)管理;
2)提高電磁流量計(jì)控制系統(tǒng)安全性、準(zhǔn)確性、可靠性;
3)提高高山煤礦電磁流量計(jì)控制系統(tǒng)自動化程度;
4)協(xié)調(diào)生產(chǎn)系統(tǒng)中各系統(tǒng)之間的關(guān)系,提高機(jī)械和電氣設(shè)備的利用率,實(shí)現(xiàn)無人值守,提高安全生產(chǎn)和管理水平。
2 系統(tǒng)改造前現(xiàn)狀
貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司電磁流量計(jì)房有3臺空壓機(jī),3個風(fēng)包,兩趟入井管路,電磁流量計(jì)電機(jī)額定電壓等級0.66kV。目前電磁流量計(jì)系統(tǒng)安裝有簡易在線監(jiān)測系統(tǒng),通過現(xiàn)場面板能夠簡單查詢風(fēng)機(jī)狀態(tài),但是采集傳感器安全不全面,無法對電機(jī)溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集,當(dāng)前系統(tǒng)的啟停主要靠人工的操作。迫切需要進(jìn)行自動化改造,提高壓風(fēng)系統(tǒng)自動化程度,提高系統(tǒng)效率。
3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施
一體電磁流量計(jì)自動化系統(tǒng)主要由以下兩部分組成。
1)上位機(jī)
上位機(jī)設(shè)置在集中控制中心,主要包括控制計(jì)算機(jī)、顯示器、語音報(bào)警裝置及控制軟件等。
2)電磁流量計(jì)房監(jiān)控單元
主要由PLC控制柜、電動閥門、傳感器等組成,為了實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)房的無人值守及遠(yuǎn)程自動化控制。經(jīng)過充分的分析,本次PLC控制柜內(nèi)的主站控制器選用西門子s7-1200系列PLC來保證系統(tǒng)可靠性,風(fēng)機(jī)及管路上的閥門全部更換為電動閥門,現(xiàn)場加配傳感器實(shí)時采集現(xiàn)場物理量信號,并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號傳送給CPU。
本系統(tǒng)現(xiàn)場使用的傳感器較多,如壓力、溫度等等。為減少傳輸誤差,提高檢測精度,均選用帶變送器,性能可靠,壽命長,輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號4-20mA的傳感器,直接采集現(xiàn)場信號,以進(jìn)一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。同時現(xiàn)場安裝??禂z像儀實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時采集。具體如下:
1)現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)選用西門子S7-系列可編程序控制器作為監(jiān)控核心??删幊绦蚩刂破髂苓m應(yīng)各種惡劣現(xiàn)場條件,現(xiàn)場抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn),且安裝維護(hù)方便,其模塊化結(jié)構(gòu),配置相應(yīng)的通訊接口與各一體電磁流量計(jì)控制器通訊;與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊可以采用Profibus或工業(yè)以太網(wǎng);系統(tǒng)配置合理,技術(shù)可行,完全可以滿足現(xiàn)場使用要求。
2)在儲氣罐上加裝壓力變送器、溫度傳感器,實(shí)現(xiàn)風(fēng)包壓力、風(fēng)包溫度的實(shí)時采集。
3)在輸氣管道上安裝流量傳感器、溫度傳感器、壓力變送器實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)排氣管路流量、溫度、壓力監(jiān)測。
4)在電機(jī)配電設(shè)施上加裝電流變送器、電壓變送器實(shí)現(xiàn)電機(jī)電流、電壓等參數(shù)監(jiān)測。
5)現(xiàn)場增加2臺500萬像素高速球型攝像儀,具備定點(diǎn)巡航、巡航軌跡設(shè)定等功能,實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)房內(nèi)外的視頻實(shí)時采集,保證在無人值守時,防止人員惡意破壞系統(tǒng),索采集的圖像通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸及錄像存儲,存儲時間不少于二個月,滿足事故追溯要求。
6)一體電磁流量計(jì)及管道的閥門改成電動閥門,遠(yuǎn)程控制時通過上位機(jī)或系統(tǒng)自動打開、關(guān)閉閥門,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動恒壓供風(fēng)。
7)現(xiàn)場配置的PLC控制柜,還配置有觸摸屏顯示屏,用于現(xiàn)場顯示工況等,滿足現(xiàn)場檢修需求,PLC的I/O接口預(yù)留20%以上的備用量,滿足系統(tǒng)擴(kuò)容及維修需求。
8)儲氣罐(風(fēng)包)放水閥門改為自動閥門,確保系統(tǒng)能夠根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)定時排污。
4 系統(tǒng)功能
1)能夠自動采集、顯示電磁流量計(jì)的各種運(yùn)行參數(shù),控制電磁流量計(jì)運(yùn)行。
2)能夠根據(jù)檢測到的信號判斷電磁流量計(jì)的工作情況,故障時能及時發(fā)出報(bào)警信號,并根據(jù)故障類型停止一體電磁流量計(jì)。
3)有啟動功能、停止功能、正常停車功能、故障停車功能、緊急停車功能、預(yù)告功能、保護(hù)及故障報(bào)警功能。
4)系統(tǒng)通過PLC及控制網(wǎng)絡(luò)可方便地采集現(xiàn)場設(shè)備開/停及故障狀態(tài)、電機(jī)電流等實(shí)時數(shù)據(jù)。
5)具有多種控制方式
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置,該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下集中方式下:PLC自動集控方式:在該模式下PLC根據(jù)設(shè)定的工作時間和工作壓力值、總管當(dāng)前實(shí)時壓力值,自動判斷當(dāng)前投入/切除系統(tǒng)中的電磁流量計(jì)臺數(shù),經(jīng)特定的運(yùn)算處理,以便對運(yùn)行中的一體電磁流量計(jì)進(jìn)行加載或者卸荷或切除系統(tǒng)、投入系統(tǒng)工作。
遠(yuǎn)程控制方式:在該模式下,通過上位計(jì)算機(jī)的操作來在控制各電磁流量計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行。系統(tǒng)對操作員有權(quán)限管理,有一定的權(quán)限的操作員才可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。
6)實(shí)現(xiàn)自動恒壓供風(fēng)
當(dāng)系統(tǒng)在自動集控工作方式時,系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的供氣壓力值,自動控制卸荷或加載。當(dāng)壓力值當(dāng)風(fēng)壓達(dá)到設(shè)定值時,自動停機(jī)(卸荷);風(fēng)壓降到低值時,自動啟動或關(guān)閉卸荷閥。
7)安全可靠地報(bào)警保護(hù)
每臺一體電磁流量計(jì)均可具有:出氣壓力超限保護(hù)、出氣超溫保護(hù)、吸氣阻力過大保護(hù)、潤滑油超溫保護(hù)、潤滑油量不足保護(hù)、主電機(jī)超載保護(hù)等功能。
8)無人值守
實(shí)現(xiàn)多臺電磁流量計(jì)按程序執(zhí)行啟動/停止電磁流量計(jì)操作,并控制相關(guān)的水泵閥門等,實(shí)現(xiàn)全自動化運(yùn)行,無人值守。全自動運(yùn)行方式下,系統(tǒng)可以按現(xiàn)場需要自動啟停一臺或多臺電磁流量計(jì),完成電磁流量計(jì)的自動加卸載控制,實(shí)現(xiàn)一體電磁流量計(jì)及冷卻水泵自動輪轉(zhuǎn)功能。
9)存檔功能
能夠?qū)F(xiàn)場運(yùn)行信息存入數(shù)據(jù)庫,以便于**進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢。
10)曲線功能
可繪制各種模擬量參數(shù)的實(shí)時曲線及歷史曲線。
11)管理功能
監(jiān)控軟件具有設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行、檢修和維護(hù)的管理功能。
5 結(jié)語
通過對貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司電磁流量計(jì)房的自動化改造,改變了原來系統(tǒng)單臺獨(dú)立控制、人工開停機(jī)的現(xiàn)狀,通過PLC控制器實(shí)時采集、傳輸系統(tǒng)運(yùn)行工況并在上位機(jī)實(shí)時顯示,同時系統(tǒng)根據(jù)采集的實(shí)時數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)變化趨勢進(jìn)行預(yù)警與報(bào)警,提高了一體電磁流量計(jì)組的運(yùn)行效率,降低了工人勞動強(qiáng)度,通過恒壓供風(fēng)策略保證了壓縮空氣的供氣質(zhì)量,對電磁流量計(jì)的維護(hù)管理有了更科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐,保證了開拓進(jìn)度,達(dá)到系統(tǒng)改造預(yù)期目標(biāo)。
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