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設計

1系統組成與功能

1.1系統組成與特點本系統的控制對象包括5臺多級耐磨泵，配套5臺電機組成。本系統所構成的電氣設備應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自動控制；現場設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；地面設備包括工控機、工業以太網交換機等設備。系統采用的水泵調度策略是建立在井下排水自動化模型基礎上的，此模型綜合考慮峰谷時間、水倉水位、水倉儲水速度、排水管網效率等因素建立，而不僅僅是根據水倉水位進行調度。其系統結構如圖1所示。圖1水泵自動化系統結構

由于SIMATICS7-300具有功能強、速度快、擴展靈活等優點。同時將一體式PLC和模塊式PLC的優點巧妙、完善地結合在一起，使系統組合、擴展更為方便，與實際使用現場更貼近。因此井下水泵控制系統采用了SIMATICS7-300PLC。本系統中包括了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控制計算機作上位機，系統具有現場可編程、輸入/輸出點數可擴展、顯示操作簡便等特點，除能完成水泵的單機控制外，可通過以太網接口與全礦綜合自動化網絡連接,由井上控制中心監控所有被控設備。PLC控制系統的硬件組態網絡如圖2所示。圖2水泵自動監控系統硬件組態網絡圖1.2系統功能中央泵房自動控制系統中,采用冗余型以太網

拓撲結構,這樣可以保證在一條網路不通的情況下,仍然能對中央泵房系統進行監控。該系統主要完成以下功能：（1）自動控制排水泵啟停。考慮到系統控制的靈活性，設計了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，可以實現對各電動閥等執行機構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控中心的監控主機僅僅通過開/關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檢測水倉水位，根據吸水井的水位及其他因素，合理調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，自動投入必要數量的水泵運行。系統無需人的參與就可以根據水位、壓力等參數自動完成啟泵、停泵的一系列操作。系統可隨時在這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）根據水倉水位、供電峰谷段時間劃分等情況，合理調度水泵運行，即“避峰就谷”，以節省運行費用。（4）可檢測水泵及其電機的工作參數，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、關到位、過轉矩等反饋信號對系統的狀態進行測試，方便檢修維護。（5）根據水泵及電機的運行參數，測算水泵的運行效率，為水泵的維護保養提供科學依據，可實現高效率泵優先運行。（6）故障報警、自動保護。（7）實現水泵遠程監視和控制。（8）實現無人值守，有人巡視。出現故障時進行智能決策。（9）地面監控主機能實現遠程控制，地面設置控制中心站，井下中央配電室設置一個通訊分站，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換，以實現信號的遠距離傳輸。具有電量參數、故障報警及其他情況的報表生成、存儲、打印及顯示。2系統通訊網絡設計2.1Profibus技術簡介Profibus（ProcessFieldbus）是當今世界上應用最為廣泛的現場總線技術之一，是德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現場總線標準，并在1999年12月成為國際標準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，使其在結構和性能上優越于其他的現場總線。圖3Profibus-DP的協議結構Profibus在加工制造、過程控制等應用領域具有普遍性。Profibus-DP的協議結構是根據開放系統互連模型OSI7498制定的。其協議結構如圖3。Profibus-DP協議只使用了第1、第2層和用戶接口。為了獲得快速和高效率的數據傳輸，第3～第7層沒有定義。直接數據鏈路映射(DDLM，directdatalinkmapper)為用戶接口提供第2層的訪問服務。用戶需要的應用功能，以及各種類型Profibus-DP設備的系統和設備行為在用戶接口中定義。2.2水泵系統現場級通信網絡的實現從上面對Profibus-DP的分析可以看出，在構建水泵自動化控制系統的現場級通信網絡時可以使用Profibus-DP現場總線技術。本系統中，CPU模塊選用了CPU315-2DP。本系統中的水泵房總共有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，里面裝設遠程I/O從站。對于現場底層的一些數據如真空度、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則直接引入擴展的數字量輸入模塊。就地控制箱內除了遠程I/O從站外，還含有中間繼電器、轉換開關、按鈕、指示燈、端子排和導線等元器件。5臺就地控制箱和PLC中心控制柜之間通過Profibus-DP網絡連成一個整體，實現各水泵的聯機控制。觸摸屏上以圖形方式顯示水泵系統的運行參數并提供觸摸式按鍵操作。地面集控系統與集中控制柜通過光纖以太網相連，實現水泵系統的遙測、遙控，集中控制柜安裝于井下變電所內。本系統中，現場大部分的執行機構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DPDP擴展DP基本功能未使用RS485/光纖物理層（1）數據鏈路層（1）（3）~（7）用戶層現場總線數據鏈路（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。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，因此真空泵也應屬于后者。考慮到這一情況，對現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，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總線設置撥碼開關設定為1，該撥碼開關采用的是二進制編碼。一旦從站出現故障，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，可以使用系統監控功能組織塊。STEP7提供了大量的系統監控功能組織塊。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、中斷優先級及中斷調用時間等信息，在應用中，采用了為每類故障定義數據結構塊（DB）來記錄這些故障信息，比如故障類型、代碼和故障時間等，在主應用程序中以一定的時間周期掃描這些DB，以完成整個系統運行的監控，同時，正是調用了這些組織塊使得系統在某些故障下仍可保證系統控制程序的運行，從而保證了整個系統的安全與穩定。本系統中，使用Profibus-DP現場總線時，如果某一個從站掉電或損壞，將產生不同的中斷，并調用不同組織塊（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繼續運行，可以在S7-300的CPU程序中調用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生故障時僅影響到相應的一臺水泵，其他水泵仍能正常運行，這樣大大提高了本系統的可靠性。3結語本文基于SIMATICS7-300系列PLC設計了礦井中央泵房自動監控系統,實現了水泵性能及狀態的在線實時監測、遠程控制。同時,由于采用自動控制技術，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，取得了良好的經濟效益。該系統通過以太網接入到礦井綜合自動化系統中，可以方便進行綜合管理。

乳化液泵站的變頻控制系統商廣輝1,戴陶珍2（1.阜新礦業集團有限責任公司租賃站，遼寧阜新123000；2.山東科技大學信電學院，山東青島266510）摘要：針對普通乳化液泵站供液系統存在的問題，采用乳化液泵站變頻控制系統。介紹了系統總體方案選擇和子系統功能,分析了系統的正常運行狀態和系統故障時的處理，并對系統的運行效果進行了分析。采用乳化液泵站變頻調速系統后，可以節約電費，降低材料消耗，降低生產成本,減少事故的發生。關鍵詞：乳化液泵站；變頻控制；

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