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基于S7-300 PLC的煤矿空压机联网监控系统

2012-06-28 10:22
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1 引言

  空压机作为煤矿生产的四大件设备之一,它的安全与高效运转是保证煤矿安全高效人性化工作的前提条件。根据《煤矿安全规程》法规,必须对空压机运转过程中主要技术参数进行实时监控与安全保护。空压机是煤矿大型共用耗电装备,各矿井用风设备包括井口绞车系统、井上下装卸载、井下巷道喷浆等,而且用风时间不统一,用风量不稳定,因此空压机必须连续运转,当用风量小时导致空压机长时间低压负荷运行,电能损耗增大并加剧了设备的磨损,增加了运行成本。如负荷小时将设备停机(或部分设备停机),将导致操作频繁,缩短设备寿命,而且会影响用风设备及风动工具的正常工作。

  例如某煤矿案例,有四台压缩机现在各自独立操作运行,并具有监测本压风机各个运行环节的主要参数作用,在控制供风压力方面各台压风机均以本机的监测为主,这种控制方法在独立供气管道运行时可以使用,但是在多台机器同时并网工作时出现一些不合理的运行状况:在多台压风机设定工作压力一致时,常出现一台或多台连续运行不卸荷,而另一台长期不运行或不加载的状况,同时还会出现多台同时投入加载运行或同时卸载的状况。单纯靠人工开停机也不能很好控制压风机的运行时间均等,很难保证压缩空气的供气质量,也不利于对压风机的维护管理,同时加大了操作维护人员的工作量。对压风机的使用寿命也有很大的影响,为此有必要将多台并网运行的压风机集中控制联网,充分发挥各压风机的性能,使系统在保证供气质量的前提下,实现最大限度的节能与运行时间的均等,延长压风机的使用寿命,有利于压风机的维护。

2 控制系统方案

  2.1 控制系统硬件结构

  压风机集中控制系统组成系统图如图1所示,有上位工控机系统、plc下位机、传感器、触摸屏等组成。上位工控机系统由工业控制计算机、后备电源(ups)、打印机等组成;其主要完成压风机远程参数的监控、运行参数设置及其数据处理、查询等功能。plc下位机系统:现场plc控制系统选用西门子s7-300系列可编程序控制器作为监控核心。充分利用可编程序控制器能适应各种恶劣现场条件,现场抗干扰能力强的特点,且安装维护方便,其模块化结构,配置相应的通讯接口与各压风机控制器通讯;与上位计算机进行通讯可以采用profibus或工业以太网;系统配置合理,技术可行,完全可以满足现场使用要求。该部分主要是根据设定的操作方式,实时采集总管空气压力,自动控制各台压风机运行及保护功能。现场传感器实时采集现场物理量信号,并将其转换为标准电信号传送给cpu。本系统现场使用的传感器较多,如压力、温度、电流、电压、功率、电量等等。为减少传输误差,提高检测精度,均选用带变送器,性能可靠,寿命长,输出标准电流信号4-20ma的传感器,直接采集现场信号,并配以二线制rvvp电缆单独传送,以进一步提高整套系统的可靠性。

  压力变送器采用gpt系列变送器,作为一种能够将压力信号直接转换为4-20ma标准电流输出的压力变送单元,其核心传感器采用了经激光烧刻补偿技术制造的扩散硅进口器件,由传感器生成的电信号经过变送电路完成放大、线性修正、温度补偿、电流转换,最终形成与被测压力成正比的4-20ma标准输出。该变送器采用独特的一体化全不锈钢免维护结构,具有良好的密封、散热和抗震、耐腐蚀性能,加上输出传送方式具有长线抗干扰能力,使变送器能够在测量现场恶劣环境下长期在线工作。

  2.2 系统功能设计

  (1) 能够自动采集、显示压风机的各种运行参数,控制压风机运行。

  (2) 能够根据检测到的信号判断压风机的工作情况,故障时能及时发出报警信号,并根据故障类型停止压风机。

  (3) 有启动、停止、正常停车、故障停车、紧急停车、预告、保护及故障报警功能。

  (4) 系统通过plc及控制网络可方便地采集现场设备开/停及故障状态、电机电流等实时数据。

  (5)实现自动(动态)恒压供风。当系统在自动集控工作方式时,系统根据设定的供气压力值,自动控制卸荷或加载。当压力值当风压达到设定值时,自动停机(卸荷);风压降到低值时,自动启动或关闭卸荷阀。

  (6)安全可靠地报警保护。每台压风机均可具有:出气压力超限保护、出气超温保护、吸气阻力过大保护、润滑油超温保护、润滑油量不足保护、主电机超载保护、冷却风机超载保护等功能。

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