摘要:為進(jìn)一步提高單法蘭差壓變送器運(yùn)行的可靠性,及時(shí)處理單法蘭差壓變送器的各類(lèi)事故,并減少維修人員和巡檢人員,設(shè)計(jì)了單法蘭差壓變送器遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)。闡述了集控系統(tǒng)的組成、工作原理、控制功能、使用效果,詳細(xì)介紹了集控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層單法蘭差壓變送器模擬量信號(hào)及開(kāi)關(guān)量信號(hào)的采集及傳輸、集中控制層AB-1756系列PLC控制系統(tǒng)的組成模塊及用途、遠(yuǎn)程集控方式下單法蘭差壓變送器的閉鎖啟停順序,及各種保護(hù)動(dòng)作情況下單法蘭差壓變送器的聯(lián)鎖停機(jī)、每部單法蘭差壓變送器的輔機(jī)與主機(jī)閉鎖啟停順序、遠(yuǎn)程管理層上位機(jī)的以太網(wǎng)通信、組成軟件等。實(shí)際運(yùn)行表明,該系統(tǒng)不但提高了單法蘭差壓變送器的運(yùn)行安全可靠性,而且可以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)信息集成與礦井實(shí)現(xiàn)信息互通,為礦井進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化、信息化創(chuàng)造了條件。
0引言
單法蘭差壓變送器具有輸送距離長(zhǎng)、運(yùn)量大、連續(xù)運(yùn)輸、運(yùn)行可靠、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中控制、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn),已在煤礦得到廣泛的應(yīng)用[1-5]。正通煤業(yè)公司的火車(chē)裝車(chē)站至洗選廠火車(chē)裝車(chē)儲(chǔ)煤倉(cāng)的距離長(zhǎng)1500m,采用三級(jí)單法蘭差壓變送器將選煤廠火車(chē)裝車(chē)儲(chǔ)煤倉(cāng)的煤炭運(yùn)至火車(chē)裝車(chē)站。但火車(chē)裝車(chē)需煤量大,各級(jí)單法蘭差壓變送器均為大容量設(shè)備,減速器有強(qiáng)制潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng),主電動(dòng)機(jī)有強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng),單法蘭差壓變送器自帶防止倒轉(zhuǎn)的盤(pán)式制動(dòng)器,各級(jí)單法蘭差壓變送器均配置液壓張緊裝置,輸送帶沿線有拉繩、防跑偏等各種保護(hù)裝置;疖(chē)裝車(chē)煤流運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施多、輸煤線路長(zhǎng),為減少單法蘭差壓變送器巡檢人員,經(jīng)研究,設(shè)計(jì)了一種單法蘭差壓變送器的遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)。
1單法蘭差壓變送器遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
該集控系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、集中控制層、遠(yuǎn)程管理層(上位機(jī))3層控制模式組成,實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的采集、處理與傳輸,單法蘭差壓變送器集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2系統(tǒng)控制模式
2.1現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層包括:單法蘭差壓變送器輔機(jī)潤(rùn)滑油泵、冷卻風(fēng)扇等防爆就地控制箱,單法蘭差壓變送器盤(pán)閘防爆控制箱,液壓漲緊裝置防爆就地控制箱,各種監(jiān)測(cè)傳感器及保護(hù)開(kāi)關(guān)、線纜等。
2.1.1防爆就地控制箱
單法蘭差壓變送器盤(pán)閘防爆就地啟動(dòng)箱和液壓漲緊裝置防爆就地啟動(dòng)箱均具有PLC控制保護(hù)功能,單法蘭差壓變送器及附屬設(shè)備就地控制箱均由啟動(dòng)按鈕、停止/急停按鈕組成,除急停保護(hù)外無(wú)其他的保護(hù)功能。就地控制箱的設(shè)立便于設(shè)備檢修時(shí)的試運(yùn)行,以及單法蘭差壓變送器遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)故障時(shí)應(yīng)急開(kāi)停機(jī)。
2.1.2信號(hào)采集及傳輸系統(tǒng)
信號(hào)采集系統(tǒng)主要由各類(lèi)傳感器、線纜組成,實(shí)現(xiàn)各類(lèi)信號(hào)的采集和傳輸。PT100熱電偶溫度傳感器對(duì)電動(dòng)機(jī)軸承及定子繞組、減速器各部軸承及其潤(rùn)滑油進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)到的模擬信號(hào)經(jīng)線纜傳輸?shù)絇LC控制柜的IR6I型熱電偶模擬量輸入(RTD)模塊。單法蘭差壓變送器的電參量信號(hào)(電流信號(hào))、轉(zhuǎn)速信號(hào)由高壓變頻柜提供并通過(guò)線纜傳輸?shù)絇LC控制柜的IF16模擬量輸入模塊。系統(tǒng)采用KBZL-220型隔爆縱向防撕裂保護(hù)開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)輸送帶撕裂信號(hào)、KBJ-220型隔爆欠速開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)輸送帶欠速信號(hào)、KBW-220L型隔爆往復(fù)式拉繩開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)輸送帶急停信號(hào)、KBW-220P隔爆二級(jí)跑偏開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)輸送帶跑偏信號(hào)、差壓變送器監(jiān)測(cè)減速器潤(rùn)滑油壓的限值信號(hào),這些開(kāi)關(guān)信號(hào)均經(jīng)線纜傳輸?shù)絇LC控制柜的IM16I型開(kāi)關(guān)量輸入模塊。高壓電源柜的工作狀態(tài),高壓變頻器的待機(jī)、運(yùn)行、故障停機(jī),單法蘭差壓變送器輔機(jī)(盤(pán)閘、液壓漲緊裝置、電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、減速器風(fēng)扇及其潤(rùn)滑油泵)的狀態(tài)、故障等開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制柜的IM16I型開(kāi)關(guān)量輸入模塊。
2.2集中控制層
集中控制層主要由高低壓電源柜、高壓變頻啟動(dòng)柜、低壓?jiǎn)?dòng)柜、PLC控制柜組成。
2.2.1高低壓電源柜
高壓電源開(kāi)關(guān)柜為高壓變頻器及低壓電源柜提供電源。低壓電源柜為單法蘭差壓變送器輔機(jī)、PLC柜提供低壓電源。
2.2.2高壓變頻啟動(dòng)柜
高壓變頻啟動(dòng)柜是單法蘭差壓變送器主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)設(shè)備,每臺(tái)高壓變頻啟動(dòng)柜具有PLC控制功能,盤(pán)面具有人機(jī)界面觸摸屏和變頻器啟停按鈕、工頻啟停按鈕,人機(jī)界面觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)單法蘭差壓變送器的啟停、參數(shù)設(shè)定及故障記錄查詢等功能,工頻啟停按鈕在變頻器故障時(shí)采用工頻應(yīng)急啟動(dòng)單法蘭差壓變送器。變頻器向?qū)?yīng)的高壓電源開(kāi)關(guān)柜提供一對(duì)合閘允許的無(wú)源觸點(diǎn),該觸點(diǎn)閉合時(shí),高壓開(kāi)關(guān)才允許合閘,同時(shí)向高壓電源開(kāi)關(guān)柜提供一對(duì)高壓斷路器緊急分?jǐn)嗟臒o(wú)源觸點(diǎn),該觸點(diǎn)閉合時(shí)高壓開(kāi)關(guān)必須立即分?jǐn)唷?/div>
2.2.3低壓?jiǎn)?dòng)柜
低壓?jiǎn)?dòng)柜為單法蘭差壓變送器附屬設(shè)備電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)裝置,具有就地啟動(dòng)和試驗(yàn)功能,可以對(duì)單法蘭差壓變送器各輔機(jī)進(jìn)行單機(jī)啟停、試驗(yàn)。
2.2.4PLC控制柜
采用AB-1756系列可編程控制器,在集中控制層設(shè)控制主站、分站,主站采用冗余CPU結(jié)構(gòu),在單法蘭差壓變送器高壓變頻器等處設(shè)遠(yuǎn)程I/O分站。系統(tǒng)架構(gòu)采用控制網(wǎng)冗余通信網(wǎng)絡(luò),便于與控制系統(tǒng)通信[6-7]。
PLC控制柜包括:2塊PA72型電源模塊、2塊CN2R型控制網(wǎng)通信模塊、14塊IM16I型開(kāi)關(guān)量輸入模塊、2塊OW16I型開(kāi)關(guān)量輸出模塊、1塊IF16型模擬量輸入模塊、1塊OF8型模擬量輸出模塊、6塊IR6I型熱電偶模擬量輸入(RTD)模塊、2個(gè)A13型槽機(jī)架、交流穩(wěn)壓電源、直流24VUPS不間斷電源、斷路器、繼電器、HTB-1100S型的單模雙纖光電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等,單法蘭差壓變送器的各種監(jiān)測(cè)信號(hào)通過(guò)線纜傳輸?shù)絇LC控制柜,由PLC實(shí)現(xiàn)各類(lèi)信號(hào)的運(yùn)算,并發(fā)出相應(yīng)的控制指令。PLC輸出控制方式有3種,系統(tǒng)采用繼電器輸出方式,輸出電源220V,輸入方式采用開(kāi)關(guān)量輸入,輸入電源220V,按鈕方式。單法蘭差壓變送器PLC組成如圖2所示。
2.3遠(yuǎn)程管理層
遠(yuǎn)程管理層由裝車(chē)站的HTB-1100S型單模雙纖光電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、EK1-2526M型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、兩臺(tái)工控機(jī)、兩臺(tái)顯示器、打印機(jī)、通信線纜組成,下位機(jī)(PLC控制柜)傳輸?shù)耐ㄐ判盘?hào)經(jīng)光纖轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換,再由工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)拓展工業(yè)網(wǎng)絡(luò),通過(guò)通信線纜將電信號(hào)傳輸?shù)絻膳_(tái)工控機(jī),通過(guò)工控機(jī)、顯示器實(shí)現(xiàn)單法蘭差壓變送器的遠(yuǎn)程集控。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示每部單法蘭差壓變送器及其輔機(jī)各類(lèi)保護(hù)的工作狀態(tài),便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況,為事故的處理和設(shè)備的維護(hù)提供便利。
3PLC控制系統(tǒng)的工作原理
PLC控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化、工業(yè)控制等技術(shù),通過(guò)傳感器對(duì)單法蘭差壓變送器及其附屬設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。傳感器將實(shí)時(shí)測(cè)量采集到的運(yùn)行工況參數(shù)(如跑偏、撕裂、拉繩、欠速、溫度、油壓等)通過(guò)工業(yè)控制總線通信技術(shù),反饋給PLC控制層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。經(jīng)過(guò)PLC綜合處理后,一方面將控制數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場(chǎng)所控設(shè)備,完成設(shè)備的自動(dòng)啟停;另一方面工業(yè)以太網(wǎng)將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)上位機(jī)的組態(tài)軟件處理成圖像,以友好的人機(jī)畫(huà)面提供給單法蘭差壓變送器集控員,集控員根據(jù)單法蘭差壓變送器的運(yùn)行情況,進(jìn)行具體操作與控制,下達(dá)操作指令,逆向傳輸,通過(guò)上位機(jī)—PLC—現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的順序,完成對(duì)設(shè)備的控制,#終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化集中控制[8-10]。
4遠(yuǎn)程集控的功能
遠(yuǎn)程集控方式時(shí),需將高壓變頻啟動(dòng)器的電源開(kāi)關(guān)柜的遠(yuǎn)程/就地控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于遠(yuǎn)控位置,由遠(yuǎn)程管理層的集控員進(jìn)行設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制。
單法蘭差壓變送器啟動(dòng)時(shí)必須先輔機(jī)后主機(jī),停機(jī)時(shí)先主機(jī)后輔機(jī)。單法蘭差壓變送器開(kāi)機(jī)前必須先打開(kāi)盤(pán)閘,起動(dòng)電動(dòng)機(jī),啟動(dòng)減速器的冷卻風(fēng)扇和減速器的強(qiáng)制潤(rùn)滑油泵,確保液壓漲緊裝置正常,電動(dòng)機(jī)及減速器的冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常,減速器的強(qiáng)制潤(rùn)滑油泵運(yùn)行正常,潤(rùn)滑油壓正常,單法蘭差壓變送器的拉繩開(kāi)關(guān)、失速開(kāi)關(guān)、防撕裂開(kāi)關(guān)、跑偏開(kāi)關(guān)均在正常狀態(tài),高壓變頻器在待機(jī)狀態(tài),此時(shí),單法蘭差壓變送器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)到的狀態(tài)信號(hào)傳遞到集中控制層的PLC控制系統(tǒng),由PLC發(fā)出單法蘭差壓變送器主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)指令,啟動(dòng)單法蘭差壓變送器。當(dāng)運(yùn)行中的單法蘭差壓變送器發(fā)生以下情況:單法蘭差壓變送器電參數(shù)異常動(dòng)作、拉繩開(kāi)關(guān)動(dòng)作、欠速85%及以下持續(xù)1min、防撕裂開(kāi)關(guān)動(dòng)作、跑偏開(kāi)關(guān)二級(jí)保護(hù)動(dòng)作(一級(jí)報(bào)警,二級(jí)動(dòng)作)時(shí),監(jiān)測(cè)信號(hào)傳遞到PLC控制柜,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,發(fā)出立即停機(jī)指令[11]。
單法蘭差壓變送器煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的閉鎖控制啟停順序:逆煤流啟動(dòng)、順煤流停止;任何一部單法蘭差壓變送器故障急停時(shí),該部單法蘭差壓變送器停機(jī),上部單法蘭差壓變送器及上上部單法蘭差壓變送器立即停機(jī)。
5實(shí)際應(yīng)用效果
單法蘭差壓變送器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以避免啟動(dòng)設(shè)備時(shí),操作人員因誤操作造成單法蘭差壓變送器輔機(jī)未啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)單法蘭差壓變送器主電動(dòng)機(jī)而損壞設(shè)備。單法蘭差壓變送器的聯(lián)鎖啟停避免了下部單法蘭差壓變送器急停時(shí)造成的堆煤現(xiàn)象,減少了人工清理工作。該系統(tǒng)在正通煤業(yè)公司火車(chē)裝車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行了具體的實(shí)施,能夠根據(jù)上位機(jī)顯現(xiàn)單法蘭差壓變送器故障現(xiàn)象準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn),有助于及時(shí)處理單法蘭差壓變送器各類(lèi)事故,減少了單法蘭差壓變送器維修人員及巡檢人員,提高了單法蘭差壓變送器生產(chǎn)安全可靠性,具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。
6結(jié)論
基于工業(yè)以太網(wǎng)的單法蘭差壓變送器遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了火車(chē)裝車(chē)系統(tǒng)三級(jí)單法蘭差壓變送器的聯(lián)鎖啟停,數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確,PLC控制系統(tǒng)相應(yīng)靈敏,保護(hù)功能完善。煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的集控系統(tǒng)采用控制網(wǎng)冗余通信網(wǎng)絡(luò),可與控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)各類(lèi)信息集成,與礦井實(shí)現(xiàn)信息互通、共享,為礦井實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化、信息化創(chuàng)造條件。
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