防爆電磁流量計遠程自動(dòng)化控制系統的研究與應用
點(diǎn)擊次數：1779 發(fā)布時(shí)間：2021-01-01 12:15:58
摘要：我國煤礦多為井工開(kāi)采，巷道掘進(jìn)過(guò)程中使用大量的氣動(dòng)設備，防爆電磁流量計擔負著(zhù)礦井的壓縮空氣的生產(chǎn)任務(wù)，為風(fēng)鎬、風(fēng)鉆以及其它工具提供動(dòng)能。傳統的單臺獨立控制、人工開(kāi)停機的操作工藝，已經(jīng)很難保證壓縮空氣的供氣質(zhì)量，也不利于對電磁流量計的維護管理，為解決該問(wèn)題，本文設計了基于PLC技術(shù)、計算機控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、光纖通訊技術(shù)的電磁流量計實(shí)現集中控制，通過(guò)采集處理電機電流、電壓信號，溫度、壓力信號，實(shí)現電磁流量計各種保護、報警、監控功能、風(fēng)機的自動(dòng)投入與退出。經(jīng)過(guò)在貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司實(shí)施，提高了礦井壓風(fēng)系統的自動(dòng)化程度，提高了防爆電磁流量計運行的安全性、可靠性，提高了安全生產(chǎn)和管理水平，實(shí)現遠程集中控制、實(shí)現無(wú)人值守，降低了工人勞動(dòng)強度，大大提高了該礦電磁流量計工效及生產(chǎn)管理水平。
1 系統改造目標
為響應機械化換人、自動(dòng)化減人，科技強安戰略目標的實(shí)現，貴州豫能擬在貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司實(shí)施防爆電磁流量計控制系統自動(dòng)化改造，預期達到下述目標：
1）對電磁流量計實(shí)施科學(xué)管理；
2）提高電磁流量計控制系統安全性、準確性、可靠性；
3）提高高山煤礦電磁流量計控制系統自動(dòng)化程度；
4）協(xié)調生產(chǎn)系統中各系統之間的關(guān)系，提高機械和電氣設備的利用率，實(shí)現無(wú)人值守，提高安全生產(chǎn)和管理水平。
2 系統改造前現狀
貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司電磁流量計房有3臺空壓機，3個(gè)風(fēng)包，兩趟入井管路，電磁流量計電機額定電壓等級0.66kV。目前電磁流量計系統安裝有簡(jiǎn)易在線(xiàn)監測系統，通過(guò)現場(chǎng)面板能夠簡(jiǎn)單查詢(xún)風(fēng)機狀態(tài)，但是采集傳感器安全不全面，無(wú)法對電機溫度等相關(guān)數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，當前系統的啟停主要靠人工的操作。迫切需要進(jìn)行自動(dòng)化改造，提高壓風(fēng)系統自動(dòng)化程度，提高系統效率。
3 系統方案設計與實(shí)施
防爆電磁流量計自動(dòng)化系統主要由以下兩部分組成。
1）上位機
上位機設置在集中控制中心，主要包括控制計算機、顯示器、語(yǔ)音報警裝置及控制軟件等。
2）電磁流量計房監控單元
主要由PLC控制柜、電動(dòng)閥門(mén)、傳感器等組成，為了實(shí)現空壓機房的無(wú)人值守及遠程自動(dòng)化控制。經(jīng)過(guò)充分的分析，本次PLC控制柜內的主站控制器選用西門(mén)子s7-1200系列PLC來(lái)保證系統可靠性，風(fēng)機及管路上的閥門(mén)全部更換為電動(dòng)閥門(mén)，現場(chǎng)加配傳感器實(shí)時(shí)采集現場(chǎng)物理量信號，并將其轉換為標準電信號傳送給CPU。
本系統現場(chǎng)使用的傳感器較多，如壓力、溫度等等。為減少傳輸誤差，提高檢測精度，均選用帶變送器，性能可靠，壽命長(cháng)，輸出標準電流信號4-20mA的傳感器，直接采集現場(chǎng)信號，以進(jìn)一步提高整套系統的可靠性。同時(shí)現場(chǎng)安裝?？禂z像儀實(shí)現視頻實(shí)時(shí)采集。具體如下：
1）現場(chǎng)PLC控制系統選用西門(mén)子S7-系列可編程序控制器作為監控核心?？删幊绦蚩刂破髂苓m應各種惡劣現場(chǎng)條件，現場(chǎng)抗干擾能力強的特點(diǎn)，且安裝維護方便，其模塊化結構，配置相應的通訊接口與各防爆電磁流量計控制器通訊；與上位計算機進(jìn)行通訊可以采用Profibus或工業(yè)以太網(wǎng)；系統配置合理，技術(shù)可行，完全可以滿(mǎn)足現場(chǎng)使用要求。
2）在儲氣罐上加裝壓力變送器、溫度傳感器，實(shí)現風(fēng)包壓力、風(fēng)包溫度的實(shí)時(shí)采集。
3）在輸氣管道上安裝流量傳感器、溫度傳感器、壓力變送器實(shí)現實(shí)現排氣管路流量、溫度、壓力監測。
4）在電機配電設施上加裝電流變送器、電壓變送器實(shí)現電機電流、電壓等參數監測。
5）現場(chǎng)增加2臺500萬(wàn)像素高速球型攝像儀，具備定點(diǎn)巡航、巡航軌跡設定等功能，實(shí)現電磁流量計房?jì)韧獾囊曨l實(shí)時(shí)采集，保證在無(wú)人值守時(shí)，防止人員惡意破壞系統，索采集的圖像通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸及錄像存儲，存儲時(shí)間不少于二個(gè)月，滿(mǎn)足事故追溯要求。
6）防爆電磁流量計及管道的閥門(mén)改成電動(dòng)閥門(mén)，遠程控制時(shí)通過(guò)上位機或系統自動(dòng)打開(kāi)、關(guān)閉閥門(mén)，實(shí)現系統自動(dòng)恒壓供風(fēng)。
7）現場(chǎng)配置的PLC控制柜，還配置有觸摸屏顯示屏，用于現場(chǎng)顯示工況等，滿(mǎn)足現場(chǎng)檢修需求，PLC的I/O接口預留20%以上的備用量，滿(mǎn)足系統擴容及維修需求。
8）儲氣罐（風(fēng)包）放水閥門(mén)改為自動(dòng)閥門(mén)，確保系統能夠根據需要實(shí)現定時(shí)排污。
4 系統功能
1）能夠自動(dòng)采集、顯示電磁流量計的各種運行參數，控制電磁流量計運行。
2）能夠根據檢測到的信號判斷電磁流量計的工作情況，故障時(shí)能及時(shí)發(fā)出報警信號，并根據故障類(lèi)型停止防爆電磁流量計。
3）有啟動(dòng)功能、停止功能、正常停車(chē)功能、故障停車(chē)功能、緊急停車(chē)功能、預告功能、保護及故障報警功能。
4）系統通過(guò)PLC及控制網(wǎng)絡(luò )可方便地采集現場(chǎng)設備開(kāi)/停及故障狀態(tài)、電機電流等實(shí)時(shí)數據。
5）具有多種控制方式
根據系統設置，該系統可以實(shí)現以下集中方式下：PLC自動(dòng)集控方式：在該模式下PLC根據設定的工作時(shí)間和工作壓力值、總管當前實(shí)時(shí)壓力值，自動(dòng)判斷當前投入/切除系統中的電磁流量計臺數，經(jīng)特定的運算處理，以便對運行中的防爆電磁流量計進(jìn)行加載或者卸荷或切除系統、投入系統工作。
遠程控制方式：在該模式下，通過(guò)上位計算機的操作來(lái)在控制各電磁流量計系統的運行。系統對操作員有權限管理，有一定的權限的操作員才可以進(jìn)行遠程操作。
6）實(shí)現自動(dòng)恒壓供風(fēng)
當系統在自動(dòng)集控工作方式時(shí)，系統根據設定的供氣壓力值，自動(dòng)控制卸荷或加載。當壓力值當風(fēng)壓達到設定值時(shí)，自動(dòng)停機（卸荷）；風(fēng)壓降到低值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉卸荷閥。
7）安全可靠地報警保護
每臺防爆電磁流量計均可具有：出氣壓力超限保護、出氣超溫保護、吸氣阻力過(guò)大保護、潤滑油超溫保護、潤滑油量不足保護、主電機超載保護等功能。
8）無(wú)人值守
實(shí)現多臺電磁流量計按程序執行啟動(dòng)/停止電磁流量計操作，并控制相關(guān)的水泵閥門(mén)等，實(shí)現全自動(dòng)化運行，無(wú)人值守。全自動(dòng)運行方式下，系統可以按現場(chǎng)需要自動(dòng)啟停一臺或多臺電磁流量計，完成電磁流量計的自動(dòng)加卸載控制，實(shí)現防爆電磁流量計及冷卻水泵自動(dòng)輪轉功能。
9）存檔功能
能夠將現場(chǎng)運行信息存入數據庫，以便于**進(jìn)行歷史數據查詢(xún)。
10）曲線(xiàn)功能
可繪制各種模擬量參數的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)及歷史曲線(xiàn)。
11)管理功能
監控軟件具有設備參數、運行、檢修和維護的管理功能。
5 結語(yǔ)
通過(guò)對貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司電磁流量計房的自動(dòng)化改造，改變了原來(lái)系統單臺獨立控制、人工開(kāi)停機的現狀，通過(guò)PLC控制器實(shí)時(shí)采集、傳輸系統運行工況并在上位機實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)系統根據采集的實(shí)時(shí)數據及數據變化趨勢進(jìn)行預警與報警，提高了防爆電磁流量計組的運行效率，降低了工人勞動(dòng)強度，通過(guò)恒壓供風(fēng)策略保證了壓縮空氣的供氣質(zhì)量，對電磁流量計的維護管理有了更科學(xué)的數據支撐，保證了開(kāi)拓進(jìn)度，達到系統改造預期目標。
1 系統改造目標
為響應機械化換人、自動(dòng)化減人，科技強安戰略目標的實(shí)現，貴州豫能擬在貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司實(shí)施防爆電磁流量計控制系統自動(dòng)化改造，預期達到下述目標：
1）對電磁流量計實(shí)施科學(xué)管理；
2）提高電磁流量計控制系統安全性、準確性、可靠性；
3）提高高山煤礦電磁流量計控制系統自動(dòng)化程度；
4）協(xié)調生產(chǎn)系統中各系統之間的關(guān)系，提高機械和電氣設備的利用率，實(shí)現無(wú)人值守，提高安全生產(chǎn)和管理水平。
2 系統改造前現狀
貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司電磁流量計房有3臺空壓機，3個(gè)風(fēng)包，兩趟入井管路，電磁流量計電機額定電壓等級0.66kV。目前電磁流量計系統安裝有簡(jiǎn)易在線(xiàn)監測系統，通過(guò)現場(chǎng)面板能夠簡(jiǎn)單查詢(xún)風(fēng)機狀態(tài)，但是采集傳感器安全不全面，無(wú)法對電機溫度等相關(guān)數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，當前系統的啟停主要靠人工的操作。迫切需要進(jìn)行自動(dòng)化改造，提高壓風(fēng)系統自動(dòng)化程度，提高系統效率。
3 系統方案設計與實(shí)施
防爆電磁流量計自動(dòng)化系統主要由以下兩部分組成。
1）上位機
上位機設置在集中控制中心，主要包括控制計算機、顯示器、語(yǔ)音報警裝置及控制軟件等。
2）電磁流量計房監控單元
主要由PLC控制柜、電動(dòng)閥門(mén)、傳感器等組成，為了實(shí)現空壓機房的無(wú)人值守及遠程自動(dòng)化控制。經(jīng)過(guò)充分的分析，本次PLC控制柜內的主站控制器選用西門(mén)子s7-1200系列PLC來(lái)保證系統可靠性，風(fēng)機及管路上的閥門(mén)全部更換為電動(dòng)閥門(mén)，現場(chǎng)加配傳感器實(shí)時(shí)采集現場(chǎng)物理量信號，并將其轉換為標準電信號傳送給CPU。
本系統現場(chǎng)使用的傳感器較多，如壓力、溫度等等。為減少傳輸誤差，提高檢測精度，均選用帶變送器，性能可靠，壽命長(cháng)，輸出標準電流信號4-20mA的傳感器，直接采集現場(chǎng)信號，以進(jìn)一步提高整套系統的可靠性。同時(shí)現場(chǎng)安裝?？禂z像儀實(shí)現視頻實(shí)時(shí)采集。具體如下：
1）現場(chǎng)PLC控制系統選用西門(mén)子S7-系列可編程序控制器作為監控核心?？删幊绦蚩刂破髂苓m應各種惡劣現場(chǎng)條件，現場(chǎng)抗干擾能力強的特點(diǎn)，且安裝維護方便，其模塊化結構，配置相應的通訊接口與各防爆電磁流量計控制器通訊；與上位計算機進(jìn)行通訊可以采用Profibus或工業(yè)以太網(wǎng)；系統配置合理，技術(shù)可行，完全可以滿(mǎn)足現場(chǎng)使用要求。
2）在儲氣罐上加裝壓力變送器、溫度傳感器，實(shí)現風(fēng)包壓力、風(fēng)包溫度的實(shí)時(shí)采集。
3）在輸氣管道上安裝流量傳感器、溫度傳感器、壓力變送器實(shí)現實(shí)現排氣管路流量、溫度、壓力監測。
4）在電機配電設施上加裝電流變送器、電壓變送器實(shí)現電機電流、電壓等參數監測。
5）現場(chǎng)增加2臺500萬(wàn)像素高速球型攝像儀，具備定點(diǎn)巡航、巡航軌跡設定等功能，實(shí)現電磁流量計房?jì)韧獾囊曨l實(shí)時(shí)采集，保證在無(wú)人值守時(shí)，防止人員惡意破壞系統，索采集的圖像通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸及錄像存儲，存儲時(shí)間不少于二個(gè)月，滿(mǎn)足事故追溯要求。
6）防爆電磁流量計及管道的閥門(mén)改成電動(dòng)閥門(mén)，遠程控制時(shí)通過(guò)上位機或系統自動(dòng)打開(kāi)、關(guān)閉閥門(mén)，實(shí)現系統自動(dòng)恒壓供風(fēng)。
7）現場(chǎng)配置的PLC控制柜，還配置有觸摸屏顯示屏，用于現場(chǎng)顯示工況等，滿(mǎn)足現場(chǎng)檢修需求，PLC的I/O接口預留20%以上的備用量，滿(mǎn)足系統擴容及維修需求。
8）儲氣罐（風(fēng)包）放水閥門(mén)改為自動(dòng)閥門(mén)，確保系統能夠根據需要實(shí)現定時(shí)排污。
4 系統功能
1）能夠自動(dòng)采集、顯示電磁流量計的各種運行參數，控制電磁流量計運行。
2）能夠根據檢測到的信號判斷電磁流量計的工作情況，故障時(shí)能及時(shí)發(fā)出報警信號，并根據故障類(lèi)型停止防爆電磁流量計。
3）有啟動(dòng)功能、停止功能、正常停車(chē)功能、故障停車(chē)功能、緊急停車(chē)功能、預告功能、保護及故障報警功能。
4）系統通過(guò)PLC及控制網(wǎng)絡(luò )可方便地采集現場(chǎng)設備開(kāi)/停及故障狀態(tài)、電機電流等實(shí)時(shí)數據。
5）具有多種控制方式
根據系統設置，該系統可以實(shí)現以下集中方式下：PLC自動(dòng)集控方式：在該模式下PLC根據設定的工作時(shí)間和工作壓力值、總管當前實(shí)時(shí)壓力值，自動(dòng)判斷當前投入/切除系統中的電磁流量計臺數，經(jīng)特定的運算處理，以便對運行中的防爆電磁流量計進(jìn)行加載或者卸荷或切除系統、投入系統工作。
遠程控制方式：在該模式下，通過(guò)上位計算機的操作來(lái)在控制各電磁流量計系統的運行。系統對操作員有權限管理，有一定的權限的操作員才可以進(jìn)行遠程操作。
6）實(shí)現自動(dòng)恒壓供風(fēng)
當系統在自動(dòng)集控工作方式時(shí)，系統根據設定的供氣壓力值，自動(dòng)控制卸荷或加載。當壓力值當風(fēng)壓達到設定值時(shí)，自動(dòng)停機（卸荷）；風(fēng)壓降到低值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉卸荷閥。
7）安全可靠地報警保護
每臺防爆電磁流量計均可具有：出氣壓力超限保護、出氣超溫保護、吸氣阻力過(guò)大保護、潤滑油超溫保護、潤滑油量不足保護、主電機超載保護等功能。
8）無(wú)人值守
實(shí)現多臺電磁流量計按程序執行啟動(dòng)/停止電磁流量計操作，并控制相關(guān)的水泵閥門(mén)等，實(shí)現全自動(dòng)化運行，無(wú)人值守。全自動(dòng)運行方式下，系統可以按現場(chǎng)需要自動(dòng)啟停一臺或多臺電磁流量計，完成電磁流量計的自動(dòng)加卸載控制，實(shí)現防爆電磁流量計及冷卻水泵自動(dòng)輪轉功能。
9）存檔功能
能夠將現場(chǎng)運行信息存入數據庫，以便于**進(jìn)行歷史數據查詢(xún)。
10）曲線(xiàn)功能
可繪制各種模擬量參數的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)及歷史曲線(xiàn)。
11)管理功能
監控軟件具有設備參數、運行、檢修和維護的管理功能。
5 結語(yǔ)
通過(guò)對貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司電磁流量計房的自動(dòng)化改造，改變了原來(lái)系統單臺獨立控制、人工開(kāi)停機的現狀，通過(guò)PLC控制器實(shí)時(shí)采集、傳輸系統運行工況并在上位機實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)系統根據采集的實(shí)時(shí)數據及數據變化趨勢進(jìn)行預警與報警，提高了防爆電磁流量計組的運行效率，降低了工人勞動(dòng)強度，通過(guò)恒壓供風(fēng)策略保證了壓縮空氣的供氣質(zhì)量，對電磁流量計的維護管理有了更科學(xué)的數據支撐，保證了開(kāi)拓進(jìn)度，達到系統改造預期目標。