乳化瀝青流量計遠程自動化控制系統(tǒng)的研究與應用
點擊次數(shù):1656 發(fā)布時間:2020-08-15 07:15:45
摘要:我國煤礦多為井工開采,巷道掘進過程中使用大量的氣動設備,乳化瀝青流量計擔負著礦井的壓縮空氣的生產(chǎn)任務,為風鎬、風鉆以及其它工具提供動能。傳統(tǒng)的單臺獨立控制、人工開停機的操作工藝,已經(jīng)很難保證壓縮空氣的供氣質(zhì)量,也不利于對乳化瀝青流量計的維護管理,為解決該問題,本文設計了基于PLC技術、計算機控制技術、網(wǎng)絡技術、光纖通訊技術的乳化瀝青流量計實現(xiàn)集中控制,通過采集處理電機電流、電壓信號,溫度、壓力信號,實現(xiàn)乳化瀝青流量計各種保護、報警、監(jiān)控功能、風機的自動投入與退出。經(jīng)過在貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司實施,提高了礦井壓風系統(tǒng)的自動化程度,提高了乳化瀝青流量計運行的安全性、可靠性,提高了安全生產(chǎn)和管理水平,實現(xiàn)遠程集中控制、實現(xiàn)無人值守,降低了工人勞動強度,大大提高了該礦乳化瀝青流量計工效及生產(chǎn)管理水平。
1 系統(tǒng)改造目標
為響應機械化換人、自動化減人,科技強安戰(zhàn)略目標的實現(xiàn),貴州豫能擬在貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司實施乳化瀝青流量計控制系統(tǒng)自動化改造,預期達到下述目標:
1)對乳化瀝青流量計實施科學管理;
2)提高乳化瀝青流量計控制系統(tǒng)安全性、準確性、可靠性;
3)提高高山煤礦乳化瀝青流量計控制系統(tǒng)自動化程度;
4)協(xié)調(diào)生產(chǎn)系統(tǒng)中各系統(tǒng)之間的關系,提高機械和電氣設備的利用率,實現(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)有限公司乳化瀝青流量計房有3臺空壓機,3個風包,兩趟入井管路,乳化瀝青流量計電機額定電壓等級0.66kV。目前乳化瀝青流量計系統(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機狀態(tài),但是采集傳感器安全不全面,無法對電機溫度等相關數(shù)據(jù)進行實時采集,當前系統(tǒng)的啟停主要靠人工的操作。迫切需要進行自動化改造,提高壓風系統(tǒng)自動化程度,提高系統(tǒng)效率。
3 系統(tǒng)方案設計與實施
乳化瀝青流量計自動化系統(tǒng)主要由以下兩部分組成。
1)上位機
上位機設置在集中控制中心,主要包括控制計算機、顯示器、語音報警裝置及控制軟件等。
2)乳化瀝青流量計房監(jiān)控單元
主要由PLC控制柜、電動閥門、傳感器等組成,為了實現(xiàn)空壓機房的無人值守及遠程自動化控制。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,風機及管路上的閥門全部更換為電動閥門,現(xiàn)場加配傳感器實時采集現(xiàn)場物理量信號,并將其轉(zhuǎn)換為標準電信號傳送給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,輸出標準電流信號4-20mA的傳感器,直接采集現(xiàn)場信號,以進一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。同時現(xiàn)場安裝??禂z像儀實現(xiàn)視頻實時采集。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應各種惡劣現(xiàn)場條件,現(xiàn)場抗干擾能力強的特點,且安裝維護方便,其模塊化結構,配置相應的通訊接口與各乳化瀝青流量計控制器通訊;與上位計算機進行通訊可以采用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,實現(xiàn)風包壓力、風包溫度的實時采集。
3)在輸氣管道上安裝流量傳感器、溫度傳感器、壓力變送器實現(xiàn)實現(xiàn)排氣管路流量、溫度、壓力監(jiān)測。
4)在電機配電設施上加裝電流變送器、電壓變送器實現(xiàn)電機電流、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,具備定點巡航、巡航軌跡設定等功能,實現(xiàn)乳化瀝青流量計房內(nèi)外的視頻實時采集,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)絡進行傳輸及錄像存儲,存儲時間不少于二個月,滿足事故追溯要求。
6)乳化瀝青流量計及管道的閥門改成電動閥門,遠程控制時通過上位機或系統(tǒng)自動打開、關閉閥門,實現(xiàn)系統(tǒng)自動恒壓供風。
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接口預留20%以上的備用量,滿足系統(tǒng)擴容及維修需求。
8)儲氣罐(風包)放水閥門改為自動閥門,確保系統(tǒng)能夠根據(jù)需要實現(xiàn)定時排污。
4 系統(tǒng)功能
1)能夠自動采集、顯示乳化瀝青流量計的各種運行參數(shù),控制乳化瀝青流量計運行。
2)能夠根據(jù)檢測到的信號判斷乳化瀝青流量計的工作情況,故障時能及時發(fā)出報警信號,并根據(jù)故障類型停止乳化瀝青流量計。
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、預告功能、保護及故障報警功能。
4)系統(tǒng)通過PLC及控制網(wǎng)絡可方便地采集現(xiàn)場設備開/停及故障狀態(tài)、電機電流等實時數(shù)據(jù)。
5)具有多種控制方式
根據(jù)系統(tǒng)設置,該系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下集中方式下:PLC自動集控方式:在該模式下PLC根據(jù)設定的工作時間和工作壓力值、總管當前實時壓力值,自動判斷當前投入/切除系統(tǒng)中的乳化瀝青流量計臺數(shù),經(jīng)特定的運算處理,以便對運行中的乳化瀝青流量計進行加載或者卸荷或切除系統(tǒng)、投入系統(tǒng)工作。
遠程控制方式:在該模式下,通過上位計算機的操作來在控制各乳化瀝青流量計系統(tǒng)的運行。系統(tǒng)對操作員有權限管理,有一定的權限的操作員才可以進行遠程操作。
6)實現(xiàn)自動恒壓供風
當系統(tǒng)在自動集控工作方式時,系統(tǒng)根據(jù)設定的供氣壓力值,自動控制卸荷或加載。當壓力值當風壓達到設定值時,自動停機(卸荷);風壓降到低值時,自動啟動或關閉卸荷閥。
7)安全可靠地報警保護
每臺乳化瀝青流量計均可具有:出氣壓力超限保護、出氣超溫保護、吸氣阻力過大保護、潤滑油超溫保護、潤滑油量不足保護、主電機超載保護等功能。
8)無人值守
實現(xiàn)多臺乳化瀝青流量計按程序執(zhí)行啟動/停止乳化瀝青流量計操作,并控制相關的水泵閥門等,實現(xiàn)全自動化運行,無人值守。全自動運行方式下,系統(tǒng)可以按現(xiàn)場需要自動啟停一臺或多臺乳化瀝青流量計,完成乳化瀝青流量計的自動加卸載控制,實現(xiàn)乳化瀝青流量計及冷卻水泵自動輪轉(zhuǎn)功能。
9)存檔功能
能夠?qū)F(xiàn)場運行信息存入數(shù)據(jù)庫,以便于**進行歷史數(shù)據(jù)查詢。
10)曲線功能
可繪制各種模擬量參數(shù)的實時曲線及歷史曲線。
11)管理功能
監(jiān)控軟件具有設備參數(shù)、運行、檢修和維護的管理功能。
5 結語
通過對貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司乳化瀝青流量計房的自動化改造,改變了原來系統(tǒng)單臺獨立控制、人工開停機的現(xiàn)狀,通過PLC控制器實時采集、傳輸系統(tǒng)運行工況并在上位機實時顯示,同時系統(tǒng)根據(jù)采集的實時數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)變化趨勢進行預警與報警,提高了乳化瀝青流量計組的運行效率,降低了工人勞動強度,通過恒壓供風策略保證了壓縮空氣的供氣質(zhì)量,對乳化瀝青流量計的維護管理有了更科學的數(shù)據(jù)支撐,保證了開拓進度,達到系統(tǒng)改造預期目標。
1 系統(tǒng)改造目標
為響應機械化換人、自動化減人,科技強安戰(zhàn)略目標的實現(xiàn),貴州豫能擬在貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司實施乳化瀝青流量計控制系統(tǒng)自動化改造,預期達到下述目標:
1)對乳化瀝青流量計實施科學管理;
2)提高乳化瀝青流量計控制系統(tǒng)安全性、準確性、可靠性;
3)提高高山煤礦乳化瀝青流量計控制系統(tǒng)自動化程度;
4)協(xié)調(diào)生產(chǎn)系統(tǒng)中各系統(tǒng)之間的關系,提高機械和電氣設備的利用率,實現(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)有限公司乳化瀝青流量計房有3臺空壓機,3個風包,兩趟入井管路,乳化瀝青流量計電機額定電壓等級0.66kV。目前乳化瀝青流量計系統(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機狀態(tài),但是采集傳感器安全不全面,無法對電機溫度等相關數(shù)據(jù)進行實時采集,當前系統(tǒng)的啟停主要靠人工的操作。迫切需要進行自動化改造,提高壓風系統(tǒng)自動化程度,提高系統(tǒng)效率。
3 系統(tǒng)方案設計與實施
乳化瀝青流量計自動化系統(tǒng)主要由以下兩部分組成。
1)上位機
上位機設置在集中控制中心,主要包括控制計算機、顯示器、語音報警裝置及控制軟件等。
2)乳化瀝青流量計房監(jiān)控單元
主要由PLC控制柜、電動閥門、傳感器等組成,為了實現(xiàn)空壓機房的無人值守及遠程自動化控制。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,風機及管路上的閥門全部更換為電動閥門,現(xiàn)場加配傳感器實時采集現(xiàn)場物理量信號,并將其轉(zhuǎn)換為標準電信號傳送給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,輸出標準電流信號4-20mA的傳感器,直接采集現(xiàn)場信號,以進一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。同時現(xiàn)場安裝??禂z像儀實現(xiàn)視頻實時采集。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應各種惡劣現(xiàn)場條件,現(xiàn)場抗干擾能力強的特點,且安裝維護方便,其模塊化結構,配置相應的通訊接口與各乳化瀝青流量計控制器通訊;與上位計算機進行通訊可以采用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,實現(xiàn)風包壓力、風包溫度的實時采集。
3)在輸氣管道上安裝流量傳感器、溫度傳感器、壓力變送器實現(xiàn)實現(xiàn)排氣管路流量、溫度、壓力監(jiān)測。
4)在電機配電設施上加裝電流變送器、電壓變送器實現(xiàn)電機電流、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,具備定點巡航、巡航軌跡設定等功能,實現(xiàn)乳化瀝青流量計房內(nèi)外的視頻實時采集,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)絡進行傳輸及錄像存儲,存儲時間不少于二個月,滿足事故追溯要求。
6)乳化瀝青流量計及管道的閥門改成電動閥門,遠程控制時通過上位機或系統(tǒng)自動打開、關閉閥門,實現(xiàn)系統(tǒng)自動恒壓供風。
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接口預留20%以上的備用量,滿足系統(tǒng)擴容及維修需求。
8)儲氣罐(風包)放水閥門改為自動閥門,確保系統(tǒng)能夠根據(jù)需要實現(xiàn)定時排污。
4 系統(tǒng)功能
1)能夠自動采集、顯示乳化瀝青流量計的各種運行參數(shù),控制乳化瀝青流量計運行。
2)能夠根據(jù)檢測到的信號判斷乳化瀝青流量計的工作情況,故障時能及時發(fā)出報警信號,并根據(jù)故障類型停止乳化瀝青流量計。
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、預告功能、保護及故障報警功能。
4)系統(tǒng)通過PLC及控制網(wǎng)絡可方便地采集現(xiàn)場設備開/停及故障狀態(tài)、電機電流等實時數(shù)據(jù)。
5)具有多種控制方式
根據(jù)系統(tǒng)設置,該系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下集中方式下:PLC自動集控方式:在該模式下PLC根據(jù)設定的工作時間和工作壓力值、總管當前實時壓力值,自動判斷當前投入/切除系統(tǒng)中的乳化瀝青流量計臺數(shù),經(jīng)特定的運算處理,以便對運行中的乳化瀝青流量計進行加載或者卸荷或切除系統(tǒng)、投入系統(tǒng)工作。
遠程控制方式:在該模式下,通過上位計算機的操作來在控制各乳化瀝青流量計系統(tǒng)的運行。系統(tǒng)對操作員有權限管理,有一定的權限的操作員才可以進行遠程操作。
6)實現(xiàn)自動恒壓供風
當系統(tǒng)在自動集控工作方式時,系統(tǒng)根據(jù)設定的供氣壓力值,自動控制卸荷或加載。當壓力值當風壓達到設定值時,自動停機(卸荷);風壓降到低值時,自動啟動或關閉卸荷閥。
7)安全可靠地報警保護
每臺乳化瀝青流量計均可具有:出氣壓力超限保護、出氣超溫保護、吸氣阻力過大保護、潤滑油超溫保護、潤滑油量不足保護、主電機超載保護等功能。
8)無人值守
實現(xiàn)多臺乳化瀝青流量計按程序執(zhí)行啟動/停止乳化瀝青流量計操作,并控制相關的水泵閥門等,實現(xiàn)全自動化運行,無人值守。全自動運行方式下,系統(tǒng)可以按現(xiàn)場需要自動啟停一臺或多臺乳化瀝青流量計,完成乳化瀝青流量計的自動加卸載控制,實現(xiàn)乳化瀝青流量計及冷卻水泵自動輪轉(zhuǎn)功能。
9)存檔功能
能夠?qū)F(xiàn)場運行信息存入數(shù)據(jù)庫,以便于**進行歷史數(shù)據(jù)查詢。
10)曲線功能
可繪制各種模擬量參數(shù)的實時曲線及歷史曲線。
11)管理功能
監(jiān)控軟件具有設備參數(shù)、運行、檢修和維護的管理功能。
5 結語
通過對貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司乳化瀝青流量計房的自動化改造,改變了原來系統(tǒng)單臺獨立控制、人工開停機的現(xiàn)狀,通過PLC控制器實時采集、傳輸系統(tǒng)運行工況并在上位機實時顯示,同時系統(tǒng)根據(jù)采集的實時數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)變化趨勢進行預警與報警,提高了乳化瀝青流量計組的運行效率,降低了工人勞動強度,通過恒壓供風策略保證了壓縮空氣的供氣質(zhì)量,對乳化瀝青流量計的維護管理有了更科學的數(shù)據(jù)支撐,保證了開拓進度,達到系統(tǒng)改造預期目標。