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1 前言
L型活塞式國產(chǎn)空壓機(jī)廣泛應(yīng)用于煤礦企業(yè),為礦井提供持續(xù)穩(wěn)定的壓縮空氣,用于井口搖臺、安全門、提斜吊梁、各種風(fēng)動機(jī)具、除塵管路、灰分?jǐn)嚢璧仍O(shè)施。空壓機(jī)房一般安裝布置多臺空壓機(jī)組,壓風(fēng)管路采用并聯(lián)方式。每臺空壓機(jī)包括溫度、壓力在內(nèi)共多達(dá)10個(gè)參數(shù)需要進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測,多臺空壓機(jī)就有數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)狀態(tài)參數(shù)。由于空壓機(jī)的操作臺都是單獨(dú)就地布置,因此對空壓機(jī)進(jìn)行巡回檢查、起?？刂撇僮骶蛶砗艽舐闊?不僅工作量大,而且也不便于及時(shí)觀察空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。本系統(tǒng)基于西門子工業(yè)控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)對多臺空壓機(jī)諸多狀態(tài)參數(shù)的綜合保護(hù)和集中控制。
2 總體方案
綜合保護(hù)控制系統(tǒng)采用西門子S7-300 PLC作為核心控制器,完成對多臺空壓機(jī)(以5臺機(jī)組為例)狀態(tài)參數(shù)的綜合保護(hù)和集中控制。原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。安設(shè)在每臺機(jī)身的各傳感器
對空壓機(jī)的各項(xiàng)溫度、壓力進(jìn)行測量,通過屏蔽電纜將檢測到的4～20mA電流信號傳輸?shù)絇LC的AI單元。CPU則對輸入的各狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行處理及運(yùn)算,完成對空壓機(jī)的起停控制,同時(shí)輸出運(yùn)算處理結(jié)果。繼電器執(zhí)行電路根據(jù)PLC輸出指令,驅(qū)動外部合、分閘線圈。同時(shí),CPU的數(shù)據(jù)還通過MPI接口傳輸?shù)接|摸屏(SIMATIC TP270觸摸式面板),實(shí)現(xiàn)對5臺空壓機(jī)的狀態(tài)顯示,包括各項(xiàng)溫度、壓力數(shù)值的時(shí)時(shí)顯示,并給出故障報(bào)警信息。整個(gè)系統(tǒng)僅使用1臺CPU,就能完成對全部狀態(tài)信息的采集、處理和程序邏輯控制。PLC、觸摸屏、操作開關(guān)及按鈕、執(zhí)行電路(合閘繼電器、分閘繼電器)、指示儀表、狀態(tài)及故障指示燈等元件全部集中布置在一個(gè)集控臺。
3 系統(tǒng)組成及各部分功能介紹
該系統(tǒng)主要包括集控臺和就地檢測元件兩大部分。其中集控臺集中布置安裝了PLC、執(zhí)行電路(合閘繼電器、分閘繼電器)、觸摸屏、操作控制按鈕、指示儀表、狀態(tài)及故障指示燈等元件。就地檢測元件包括每臺空壓機(jī)本身安裝的各個(gè)傳感器。此外,在每臺空壓機(jī)還安裝了就地停車按鈕,便于緊急情況下操作應(yīng)急停車。現(xiàn)詳述如下。
3.1 檢測電路
采用PT100傳感器進(jìn)行溫度檢測,包括一級排氣溫度、二級排氣溫度、風(fēng)包溫度、潤滑油溫度、冷卻水出水溫度,PT100傳感器在電路中輸出0～5V電壓信號。選用GPT型壓力傳感器進(jìn)行各種壓力檢測,包括一級排氣壓力、二級排氣壓力、潤滑油濾后油壓、主機(jī)進(jìn)水壓力、后冷卻器進(jìn)水壓力,GPT型壓力傳感器輸出4～20mA電流信號。每臺空壓機(jī)10個(gè)狀態(tài)參數(shù),5臺空壓機(jī)共計(jì)50個(gè)狀態(tài)參數(shù)。各傳感器的安設(shè)布置情況如圖2示(以1臺空壓機(jī)為例)。
在每臺空壓機(jī)就地安設(shè)ET200遠(yuǎn)程I/O單元,每臺空壓機(jī)的各種傳感器將檢測到的數(shù)據(jù)輸入到AI單元;各ET200遠(yuǎn)程I/O通過ProfibusDP接口及雙絞屏蔽電纜形成串接;最后1臺ET200遠(yuǎn)程I/O單元的Profibus DP電纜接至集控臺中CPU上的DP接口。
3.2 PLC
3.2.1 硬件組態(tài)
選用具有模塊化設(shè)計(jì)的S7-300PLC,充分發(fā)揮了S7-300PLC分布式機(jī)架機(jī)構(gòu)和遠(yuǎn)程I/O功能。主機(jī)架(CR)組態(tài)2個(gè)I/O模塊。分別在5臺空壓機(jī)設(shè)置1臺ET200遠(yuǎn)程I/O子站,就地處理各種模擬量輸入信號。通過采用Profibus-DP現(xiàn)場總線完成各機(jī)架的通訊,從而大大減少硬接線,避免信號干擾和衰減,增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。硬件配置見表1。
3.2.2 軟件設(shè)計(jì)
使用SIMATIC工業(yè)軟件STEP 7編制系統(tǒng)應(yīng)用程序。在程序中采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì),PLC通過不斷循環(huán)刷新和接受外部各種信號變化,進(jìn)行邏輯運(yùn)算、判斷和分析,分別對每臺空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)檢測和控制,并采用MPI方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,在PLC與觸摸屏之間實(shí)現(xiàn)了控制信息的傳遞和交換。
3.3 觸摸屏
采用SIMATIC TP 270觸摸式面板進(jìn)行集中顯示。該面板屬于SIMATIC HMI產(chǎn)品系列,功能強(qiáng)大,性能卓越,可實(shí)現(xiàn)過程控制和監(jiān)視。TP 270基于Windows CE操作系統(tǒng),提供有創(chuàng)新性的操作員控制和監(jiān)視功能以及固有操作員面板的優(yōu)點(diǎn):堅(jiān)固耐用,穩(wěn)定可靠,簡便易用。前面板防護(hù)等級IP 65,具有較高的電磁兼容性(EMC)和抗振性能。結(jié)構(gòu)緊湊,安裝厚度只有55/59mm。標(biāo)準(zhǔn)硬件/軟件接口,保證了極高的柔性度和透明度以及辦公環(huán)境的訪問功能。無需硬盤驅(qū)動器和冷卻扇,高度可靠實(shí)時(shí)操作,快速啟動,為惡劣工況下機(jī)器的安裝提供了有力保證。使用基于Windows的軟件SIMATIC Pro-Tool,對TP 270面板進(jìn)行既簡單又高效地組態(tài),觸摸屏便可以完成對多臺空壓機(jī)狀態(tài)參數(shù)的集中巡回顯示等功能。各主要功能畫面如圖3、4所示。
圖3為主機(jī)畫面,用于顯示空壓機(jī)及其各狀態(tài)參數(shù),該畫面模擬顯示出了機(jī)器本身各部位參數(shù)時(shí)時(shí)變化情況,形象逼真。通過主畫面下部的模擬按鈕可以實(shí)現(xiàn)各臺機(jī)器之間的切換。
圖4為模擬儀表畫面,可以動態(tài)顯示各狀態(tài)參數(shù)的變化情況,直觀明了,便于操作人員的觀察和填寫記錄報(bào)表。通過畫面下部的模擬按鈕可以實(shí)現(xiàn)各臺機(jī)器之間的切換。
3.4 執(zhí)行電路
主要由繼電器組成。PLC指令由輸出單元DO輸出到繼電器后,直接驅(qū)動高壓合閘或分閘線圈,用于空壓機(jī)的起動和停止。
3.5 其它
分別對應(yīng)于每臺嘉興空壓機(jī),在集控臺上布置相應(yīng)的操作開關(guān)、按鈕、指示燈、電氣儀表等,此外有總的電源開關(guān)、蜂鳴器、復(fù)位開關(guān)等。
4 狀態(tài)參數(shù)設(shè)置
根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)及考核評級辦法》、《煤礦安全程度評估辦法》的要求,并考慮到空壓機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況,對各項(xiàng)溫度、壓力狀態(tài)參數(shù)設(shè)置見表2。
空壓機(jī)運(yùn)行時(shí),當(dāng)實(shí)際參數(shù)值達(dá)到報(bào)警值時(shí),觸摸屏顯示報(bào)警信息框,集控臺報(bào)警燈閃爍,蜂鳴器報(bào)警,提醒值班員去巡查;達(dá)到跳閘值時(shí),停機(jī)電路動作,立即停機(jī),并且觸摸屏顯示停機(jī)
原因信息框,提醒值班員巡查、處理。
5 結(jié)語
空壓機(jī)綜合保護(hù)控制系統(tǒng)不同于一般的集控操作系統(tǒng),它解決了在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中最常見,也最棘手的問題,解決了煤礦安全生產(chǎn)中的難題。該系統(tǒng)功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定、簡單可行,應(yīng)用性強(qiáng)。
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