乳化液泵站自動控制及綜合保護裝置都勻 翁安廠家

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基于PLC的礦井中央泵房自動控制系統(tǒng)設(shè)計

1系統(tǒng)組成與功能

1.1系統(tǒng)組成與特點本系統(tǒng)的控制對象包括5臺多級耐磨泵，配套5臺電機組成。本系統(tǒng)所構(gòu)成的電氣設(shè)備應(yīng)滿足礦用一般型要求，同時針對煤礦井下排水的特點，考慮到井下泵房的重要性，系統(tǒng)采用了多PLC分散集中控制方式，采用集中控制PLC和就地控制PLC相結(jié)合的模式，確保每臺水泵的控制獨立性，即使在集中PLC癱瘓的情況下，每臺水泵依然能實現(xiàn)自動控制；現(xiàn)場設(shè)備包括超聲波液位計、投入式液位計、負壓傳感器、正壓傳感器、超聲波流量計、電機溫度傳感器等傳感器和電磁閥等；地面設(shè)備包括工控機、工業(yè)以太網(wǎng)交換機等設(shè)備。系統(tǒng)采用的水泵調(diào)度策略是建立在井下排水自動化模型基礎(chǔ)上的，此模型綜合考慮峰谷時間、水倉水位、水倉儲水速度、排水管網(wǎng)效率等因素建立，而不僅僅是根據(jù)水倉水位進行調(diào)度。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1水泵自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于SIMATICS7-300具有功能強、速度快、擴展靈活等優(yōu)點。同時將一體式PLC和模塊式PLC的優(yōu)點巧妙、完善地結(jié)合在一起，使系統(tǒng)組合、擴展更為方便，與實際使用現(xiàn)場更貼近。因此井下水泵控制系統(tǒng)采用了SIMATICS7-300PLC。本系統(tǒng)中包括了5臺水泵，每臺水泵采用遠程I/O單元ET2000M作為從站，主站采用SIMATICS7-300系列PLC，主站的CPU315-2DP與從站的ET2000M之間采用Profibus-DP總線通信。地面控制中心采用研華工業(yè)控制計算機作上位機，系統(tǒng)具有現(xiàn)場可編程、輸入/輸出點數(shù)可擴展、顯示操作簡便等特點，除能完成水泵的單機控制外，可通過以太網(wǎng)接口與全礦綜合自動化網(wǎng)絡(luò)連接,由井上控制中心監(jiān)控所有被控設(shè)備。PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。圖2水泵自動監(jiān)控系統(tǒng)硬件組態(tài)網(wǎng)絡(luò)圖1.2系統(tǒng)功能中央泵房自動控制系統(tǒng)中,采用冗余型以太網(wǎng)

拓撲結(jié)構(gòu),這樣可以保證在一條網(wǎng)路不通的情況下,仍然能對中央泵房系統(tǒng)進行監(jiān)控。該系統(tǒng)主要完成以下功能：（1）自動控制排水泵啟停。考慮到系統(tǒng)控制的靈活性，設(shè)計了3種控制方式，分別為就地方式，半自動方式和全自動方式。就地方式下，可以實現(xiàn)對各電動閥等執(zhí)行機構(gòu)進行一對一的單獨操作，這種方式為故障檢修和手動試車時使用。半自動方式時，操作人員利用井下觸摸屏或地面監(jiān)控中心的監(jiān)控主機僅僅通過開/關(guān)2個按鈕就可以控制水泵完成啟停的所有操作。全自動方式下，控制室控制所有設(shè)備，并顯示各水泵及閘閥工作狀況和各種故障顯示。PLC采集各種信號。集中控制室按照工藝流程及PLC閉鎖程序順序控制水泵及閘閥的開啟。由超聲液位傳感器連續(xù)檢測水倉水位，根據(jù)吸水井的水位及其他因素，合理調(diào)度自動開停水泵及其閥門，在正常水位時，各臺水泵能自動輪換工作，最大涌水及突出涌水時，自動投入必要數(shù)量的水泵運行。系統(tǒng)無需人的參與就可以根據(jù)水位、壓力等參數(shù)自動完成啟泵、停泵的一系列操作。系統(tǒng)可隨時在這3種操作方式下進行切換。（2）可控制各泵輪流工作，使每臺水泵磨損程度均等。乳化液泵站自動控制及綜合保護裝置都勻 翁安廠家​（3）根據(jù)水倉水位、供電峰谷段時間劃分等情況，合理調(diào)度水泵運行，即“避峰就谷”，以節(jié)省運行費用。（4）可檢測水泵及其電機的工作參數(shù)，如水泵流量、軸溫、電機溫度、電機啟動與工作電流等。通過檢測其開到位、關(guān)到位、過轉(zhuǎn)矩等反饋信號對系統(tǒng)的狀態(tài)進行測試，方便檢修維護。（5）根據(jù)水泵及電機的運行參數(shù)，測算水泵的運行效率，為水泵的維護保養(yǎng)提供科學(xué)依據(jù)，可實現(xiàn)高效率泵優(yōu)先運行。（6）故障報警、自動保護。（7）實現(xiàn)水泵遠程監(jiān)視和控制。（8）實現(xiàn)無人值守，有人巡視。出現(xiàn)故障時進行智能決策。（9）地面監(jiān)控主機能實現(xiàn)遠程控制，地面設(shè)置控制中心站，井下中央配電室設(shè)置一個通訊分站，以地面集控為主。地面控制中心站與井下通訊分站之間利用光端機對光電信號進行轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)信號的遠距離傳輸。具有電量參數(shù)、故障報警及其他情況的報表生成、存儲、打印及顯示。2系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計2.1Profibus技術(shù)簡介Profibus（ProcessFieldbus）是當(dāng)今世界上應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線技術(shù)之一，是德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，并在1999年12月成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的一部分。它包括了波特率可達12Mbps的高速總線ProfibusDP和用于過程控制的本安型低速總線ProfibusPA，使其在結(jié)構(gòu)和性能上優(yōu)越于其他的現(xiàn)場總線。圖3Profibus-DP的協(xié)議結(jié)構(gòu)Profibus在加工制造、過程控制等應(yīng)用領(lǐng)域具有普遍性。Profibus-DP的協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)開放系統(tǒng)互連模型OSI7498制定的。其協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖3。Profibus-DP協(xié)議只使用了第1、第2層和用戶接口。為了獲得快速和高效率的數(shù)據(jù)傳輸，第3～第7層沒有定義。直接數(shù)據(jù)鏈路映射(DDLM，directdatalinkmapper)為用戶接口提供第2層的訪問服務(wù)。用戶需要的應(yīng)用功能，以及各種類型Profibus-DP設(shè)備的系統(tǒng)和設(shè)備行為在用戶接口中定義。2.2水泵系統(tǒng)現(xiàn)場級通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)從上面對Profibus-DP的分析可以看出，在構(gòu)建水泵自動化控制系統(tǒng)的現(xiàn)場級通信網(wǎng)絡(luò)時可以使用Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)。本系統(tǒng)中，CPU模塊選用了CPU315-2DP。本系統(tǒng)中的水泵房總共有5臺水泵，因此在每臺水泵附近分別安裝了一個就地控制箱，里面裝設(shè)遠程I/O從站。對于現(xiàn)場底層的一些數(shù)據(jù)如真空度、流量等模擬量，通過遠程I/O從站擴展的模擬量輸入模塊與傳感器相連取得，而對于電動球閥等的狀態(tài)則直接引入擴展的數(shù)字量輸入模塊。就地控制箱內(nèi)除了遠程I/O從站外，還含有中間繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、指示燈、端子排和導(dǎo)線等元器件。5臺就地控制箱和PLC中心控制柜之間通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)連成一個整體，實現(xiàn)各水泵的聯(lián)機控制。觸摸屏上以圖形方式顯示水泵系統(tǒng)的運行參數(shù)并提供觸摸式按鍵操作。地面集控系統(tǒng)與集中控制柜通過光纖以太網(wǎng)相連，實現(xiàn)水泵系統(tǒng)的遙測、遙控，集中控制柜安裝于井下變電所內(nèi)。本系統(tǒng)中，現(xiàn)場大部分的執(zhí)行機構(gòu)和輸入信號都只對特定的一臺水泵有意義，比如1#泵的電動閘DP行規(guī)DPDP擴展DP基本功能未使用RS485/光纖物理層（1）數(shù)據(jù)鏈路層（1）（3）~（7）用戶層現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（FDL）151

閥、1#泵運行時的電流、溫度等都只對1#泵有意義，與其他水泵無關(guān)。但是，也有一小部分是所有水泵運行時都需要的，比如水倉的水位。還有，采用真空泵方式抽真空時，一般只有2臺互為備用的真空泵，也就是說5臺水泵共用這2臺真空泵，因此真空泵也應(yīng)屬于后者。考慮到這一情況，對現(xiàn)場的輸入輸出信號采取了2種處理辦法，對于前者，將其就近接入就地控制箱內(nèi)，而對于后者，則直接與中心PLC所擴展的I/O模塊相連。本系統(tǒng)中的遠程I/O從站采用了西門子的ET200M，ET200M是一種模塊化的I/O站，通過IM-153接口與Profibus-DP總線連接。在Profibus-DP網(wǎng)上，PLC315-2DP作為主站，其Profibus站地址為2，5個ET200M編址依次為1、3、4、5、6。以1#泵就地控制箱為例，該就地控制箱中從站的總線地址是1，為了能正確識別，必須將IM351模塊上的Profibus總線設(shè)置撥碼開關(guān)設(shè)定為1，該撥碼開關(guān)采用的是二進制編碼。一旦從站出現(xiàn)故障，比如說掉電、損壞等，則主站CPU也將會停止運行。為了解決這一問題，可以使用系統(tǒng)監(jiān)控功能組織塊。STEP7提供了大量的系統(tǒng)監(jiān)控功能組織塊。這些組織塊中的局部變量提供了所有其所處理故障的錯誤類型、代碼、中斷優(yōu)先級及中斷調(diào)用時間等信息，在應(yīng)用中，采用了為每類故障定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)塊（DB）來記錄這些故障信息，比如故障類型、代碼和故障時間等，在主應(yīng)用程序中以一定的時間周期掃描這些DB，以完成整個系統(tǒng)運行的監(jiān)控，同時，正是調(diào)用了這些組織塊使得系統(tǒng)在某些故障下仍可保證系統(tǒng)控制程序的運行，從而保證了整個系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。本系統(tǒng)中，使用Profibus-DP現(xiàn)場總線時，如果某一個從站掉電或損壞，將產(chǎn)生不同的中斷，并調(diào)用不同組織塊（OB），如果在程序中沒有建立這些組織塊，出于對設(shè)備和人身安全的保護乳化液泵站自動控制及綜合保護裝置都勻 翁安廠家​，CPU會停止運行。若想忽略這些故障讓CPU繼續(xù)運行，可以在S7-300的CPU程序中調(diào)用OB82、OB86和OB122，從中可讀出故障從站地址，并進一步分析錯誤原因。如不需要讀出從站錯誤原因信息，可以直接下載空的OB到CPU。通過以上處理，可以使得某個從站發(fā)生故障時僅影響到相應(yīng)的一臺水泵，其他水泵仍能正常運行，這樣大大提高了本系統(tǒng)的可靠性。3結(jié)語本文基于SIMATICS7-300系列PLC設(shè)計了礦井中央泵房自動監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了水泵性能及狀態(tài)的在線實時監(jiān)測、遠程控制。同時,由于采用自動控制技術(shù)，減少了人工操作，降低了工人勞動強度，由于采用“避峰就谷”的控制策略，取得了良好的經(jīng)濟效益。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接入到礦井綜合自動化系統(tǒng)中，可以方便進行綜合管理。

乳化液泵站的變頻控制系統(tǒng)商廣輝1,戴陶珍2（1.阜新礦業(yè)集團有限責(zé)任公司租賃站，遼寧阜新123000；2.山東科技大學(xué)信電學(xué)院，山東青島266510）摘要：針對普通乳化液泵站供液系統(tǒng)存在的問題，采用乳化液泵站變頻控制系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)總體方案選擇和子系統(tǒng)功能,分析了系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)和系統(tǒng)故障時的處理，并對系統(tǒng)的運行效果進行了分析。采用乳化液泵站變頻調(diào)速系統(tǒng)后，可以節(jié)約電費，降低材料消耗，降低生產(chǎn)成本,減少事故的發(fā)生。關(guān)鍵詞：乳化液泵站；變頻控制；

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