空壓機(jī)無人值守控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、word空壓機(jī)無人值守控制系統(tǒng)的設(shè)計【摘 要】以PLC為控制核心，通過CPU與空壓機(jī)之間相互通訊，實現(xiàn)空壓機(jī)的無人值守控制系統(tǒng)?！娟P(guān)鍵詞】空壓機(jī)；無人值守；PLC：聯(lián)動1 引言云南玉溪礦業(yè)大紅山銅礦有2臺壽力空壓機(jī)，4臺阿特拉斯空壓機(jī)、5臺柳富達(dá)空壓機(jī)，是風(fēng)鉆、噴漿機(jī)、井上下操車設(shè)備、鍛釬機(jī)等風(fēng)動設(shè)備的動力源，這些空壓機(jī)的主電機(jī)電源均為6KV高壓設(shè)備，冷卻方式采用水循環(huán)裝置，空壓機(jī)均采用本地單機(jī)獨(dú)立 控制，現(xiàn)場設(shè)備控制分散，無統(tǒng)一的設(shè)備操作及監(jiān)控平臺，設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控存在一定的隱患。 本文以大紅山銅礦空壓機(jī)系統(tǒng)為例，空壓機(jī)無人值守控制系統(tǒng)能夠不間隔地進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)視，具有超限控制、報警等功能，

2、且能實現(xiàn)值守聯(lián)動控制，提高了壓風(fēng)機(jī)的自動化程度，保障其運(yùn)行平安可靠，對礦山空壓機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、過程控制、生產(chǎn)調(diào)度和決策指揮具有重要意義。2 系統(tǒng)組成系統(tǒng)以PLC控制系統(tǒng)為核心，由空壓機(jī)及其附屬設(shè)備的集中控制局部、工業(yè)電視監(jiān)控局部和電力監(jiān)控后臺三局部組成，最終實現(xiàn)空壓機(jī)的無人值守聯(lián)動控制。體系結(jié)構(gòu)分為三層結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場設(shè)備層、PLC控制層和監(jiān)控信息層。系統(tǒng)的核心是位于中間層的PLC控制層，負(fù)責(zé)對下層控制與上層通訊；最底層為現(xiàn)場設(shè)備層，通過開關(guān)量信號、模擬量信號以及通訊協(xié)議與PLC相連接；最上層是具備HMI功能的監(jiān)控設(shè)備，通過工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議與PLC相連接，并對外提供開放的數(shù)據(jù)發(fā)布接口。上層為監(jiān)控信息

3、層，由作為壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的監(jiān)控計算機(jī)、交換機(jī)、客戶機(jī)等組成，可實現(xiàn)報表查詢，在線監(jiān)控數(shù)據(jù)管理及視頻監(jiān)控畫面顯示等功能。中間層為PLC控制層，由上位工控機(jī)和PLC控制系統(tǒng)、硬盤錄像機(jī)等設(shè)備組成，通過光纖進(jìn)行通訊連接，采用高性能工控機(jī)作為上位機(jī)，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)設(shè)備的集中控制。下層為現(xiàn)場設(shè)備層，實現(xiàn)PLC系統(tǒng)的I/O點(diǎn)信息及各種智能儀表等的采集和上傳，同時傳送集中控制信號到現(xiàn)場設(shè)備，完成對現(xiàn)場參控設(shè)備的操作、控制、狀態(tài)監(jiān)視、信息傳輸及控制指令的傳達(dá)執(zhí)行，如圖1所示。3 監(jiān)控對象及主要功能3.1 監(jiān)控對象系統(tǒng)實時在線監(jiān)測11臺空壓機(jī)的壓力包括壓風(fēng)機(jī)排氣壓力、風(fēng)包壓力、冷卻水進(jìn)口壓力、溫度包括壓

4、風(fēng)機(jī)排氣溫度、風(fēng)包溫度、冷卻水出口溫度、振動以及電氣參數(shù)包括電機(jī)電流、電壓、功率、電量等、水位包括冷卻水池水位和循環(huán)水池水位，控制11臺空壓機(jī)的啟停、4臺冷卻水泵的啟停、4臺冷卻風(fēng)機(jī)的啟停、13臺冷卻水蝶閥的開關(guān)。3.2 主要功能1聯(lián)動控制實現(xiàn)11臺壓風(fēng)機(jī)及相關(guān)冷卻閥門的自動聯(lián)動控制，按程序自動執(zhí)行啟停及加卸載操作。在無人值守模式下，系統(tǒng)可以按現(xiàn)場壓力需求自動啟停一臺或多臺空壓機(jī)，完成空壓機(jī)的自動加卸載控制，實現(xiàn)空壓機(jī)及冷卻水泵自動輪換功能，實現(xiàn)循環(huán)水池和冷卻水池的水位平衡，實現(xiàn)風(fēng)包定期自動排污功能。2設(shè)備的循環(huán)運(yùn)行，延長使用壽命空壓機(jī)和冷卻水泵即不可以長期運(yùn)行造成設(shè)備疲勞，但也不能夠長期不運(yùn)

5、行造成設(shè)備銹蝕，這就需要對設(shè)備進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行，到達(dá)均勻磨損的目的。本系統(tǒng)監(jiān)測空壓機(jī)和冷卻水泵的運(yùn)行時間，自動控制空壓機(jī)和冷卻水泵的循環(huán)運(yùn)行，最大程度上延長空壓機(jī)和冷卻水泵的使用壽命。3保護(hù)及故障報警實現(xiàn)排氣溫度、電機(jī)定子溫度、冷卻水溫度超溫報警，冷卻水壓力不夠、潤滑油壓力不夠、冷卻水?dāng)嗨畧缶?，過載停機(jī)、電源逆相、缺相保護(hù)、超過最大工作壓力平安閥動作、空氣過濾器堵塞報警、油過濾器堵塞報警、油細(xì)別離器堵塞報警等，系統(tǒng)自動根據(jù)報警的設(shè)備和部位作出相應(yīng)的處理，監(jiān)控主機(jī)同時發(fā)出相應(yīng)的文字及語音報警，系統(tǒng)自動顯示、記錄或打印故障性質(zhì)、故障地點(diǎn)及發(fā)生故障的時間。4電力監(jiān)控配置高壓綜保數(shù)據(jù)采集裝置作電力監(jiān)控后臺

6、，上位機(jī)通過OPC方式與電力監(jiān)控軟件通訊聯(lián)絡(luò)，將空壓機(jī)工作的電壓、電流和高壓裝置狀態(tài)和其它參數(shù)在上位機(jī)監(jiān)視和記錄，并對高壓進(jìn)線柜和母聯(lián)柜實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。5系統(tǒng)設(shè)有 “無人值守、“遠(yuǎn)程自動、“現(xiàn)場手動三種工作方式。6系統(tǒng)配置高清攝像機(jī)，實時監(jiān)視重要地點(diǎn)及設(shè)備。4 硬件設(shè)置系統(tǒng)配置兩臺23寸戴爾高性能主機(jī)作為上位機(jī)，安裝兩套INTOUCH組態(tài)軟件。西門子S7 300系列 6ES7 317-2AK14-0AB0 CPU做控制主站，組成以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP控制網(wǎng)和MODBUS通訊網(wǎng)。PROFIBUS-DP接口用于與控制冷卻水泵變頻器和控制分站進(jìn)行通訊；裝載Modbus主站選用西門子870-1A

7、A01-0YA0，Modbus通訊接口用于與每臺空壓機(jī)進(jìn)行通訊?，F(xiàn)場控制站包含水泵就地控制箱和空壓機(jī)就地控制箱含控制分站。采用進(jìn)口高性能傳感器，包含超聲波水位傳感器、熱式流量傳感器、壓力變送器、溫度變送器等。視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于對空壓機(jī)站的工作環(huán)境情況實時監(jiān)視，包含硬盤錄像機(jī)、42寸液晶顯示器、視頻光端機(jī)、8臺高清攝像機(jī)等設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)傳輸：使用8芯單模架空光纖，將空壓機(jī)站與調(diào)度中心系統(tǒng)鏈接，在空壓機(jī)站和調(diào)度室的上位機(jī)上實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控空壓機(jī)。5 遇到的難題及創(chuàng)新的解決方案5.1 水池水位平衡的實現(xiàn)：冷卻水池和循環(huán)水池的水位平衡是空壓機(jī)無人值守系統(tǒng)的平安保障，系統(tǒng)建立PID調(diào)節(jié)模塊，通過自動調(diào)節(jié)循環(huán)水池水泵的變頻器頻率、循環(huán)水池的冷卻水泵開泵數(shù)量、循環(huán)水池補(bǔ)水閥的開關(guān)來保證循環(huán)水池和冷卻水池的水位處于平衡狀態(tài)。5.2 無人值守功能的實現(xiàn)系統(tǒng)處于無人值守模式下，監(jiān)控主站和各分站的之間進(jìn)行相互通訊，采集空壓機(jī)的運(yùn)行時間和空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)監(jiān)測出風(fēng)總管路的壓力，與正常用風(fēng)壓力進(jìn)行比擬，自動啟停一臺或多臺空壓機(jī)及其冷卻水閥門。啟動失敗或者正在運(yùn)行的空壓機(jī)出現(xiàn)故障后，會自動切換到使用時間最短的一臺進(jìn)行啟動。保證總管路壓力符合正常用風(fēng)壓力。6 總結(jié)云南玉溪礦業(yè)大紅山銅礦空壓機(jī)無人值守控制系統(tǒng)經(jīng)實踐證明，實現(xiàn)了多臺不同廠家生產(chǎn)的空壓機(jī)的無人值守、系統(tǒng)效率高，監(jiān)測數(shù)據(jù)齊全準(zhǔn)確，圖表畫面友