一、概述
可編程控制器(PLC)是一種新型的通用控制裝置,他將傳統的繼電器控制技術、計算機控制技術和通信技術融為一體,專為工業控制而設計,具有功能強、通用靈活、可靠性強、環境適應性好、編成簡單、使用方便、體積小、重量輕、功耗低等一系列優點。近年來,隨著可編程控制器的日漸成熟,越來越多設備的控制都採用PLC控制器來代替傳統的繼電器控制,並取得了很好的經濟效益。
空氣壓縮機使礦山生產重要的四大固定設備之一,它生產壓縮空氣,用以帶動鑿岩機、風動裝岩機等設備及其他風動工具。其能否安全運行直接影響著煤礦生產的產量和效益問題。影響其安全生產的要素主要有空壓機的超溫、超壓、斷水、斷油等因素。
隨著煤礦現代化的發展,礦山對礦山設備的要求越來越高,建設本質安全性礦山已成為煤礦生產建設的核心。礦山設備不斷更新,不斷進步,可靠性、易操作性、可監視性、易維護性等已是最基本的要求了。用繼電器搭成的控制電路具有可靠性差、不易維護、不易監視,已不能適應當前的要求。現在迫切需要可靠性高、易維護、易操作、可監視並且價格不高這樣的控制器來代替繼電器搭成的電路。隨著電子技術、軟體技術、控制技術飛速發展,可編程式控制制器(PLC)發展迅猛,性能很高,價格較為合理,與繼電器搭的控制電路比具有非常大的優勢。許多礦山設備已選用了PLC來代替比較重要的設備控制。傳統的保護主要採用分離儀錶,其可靠性差、集程度低、費用高,不能有效的滿足礦山設備投入的經濟性和安全性的要求。
本文筆者採用可編程式控制制器(PLC)作為核心控制器,通過檢測儀器為PLC提供控制中所需要的信號參數對空壓機進行自動巡迴檢測控制。進行監控的主要參數有空壓機高低壓缸溫度、潤滑油溫度、電動機溫度、風包溫度、出水溫度;高低壓缸壓力、風包壓力、潤滑油壓力;高/低壓、中/后冷卻水斷水檢測等參數。
二、控制功能和控制原理
1.保護控制功能
⑴、電機電流和電壓的檢測。
⑵、一二級缸、油壓、風包壓力檢測。
⑶、一二級排氣溫度、油溫、電機溫度檢測。
⑷、電動機的延時啟動。
⑸、電機的無水運轉。
2.保護控制原理
在啟動主機之前先將水源電磁閥和放空電磁閥都打開,在冷卻水壓和流量達到規定值條件下,可以進行空壓機的空載起動,然後延時自動關閉放空電磁閥,空壓機進行正常運行。啟動時允許低油壓啟動,設置一定時間后對油壓進行監控。在停機時,按複位按鈕放空電磁閥打開,經30秒延時后切斷主電源。實現空壓機的停機,同時關閉水源電磁閥和放空電磁閥。在保戶狀態時,以上監控參數有一個在設定範圍內發生故障,產生報警信號,同時打開放空電磁閥,壓縮機減載運行,延時30秒故障不消除自動機停機。
⑴.控制分布圖
1-1壓縮機控制分布圖
⑵.控制通訊原理
現場匯流排PROFIBUS可以實現數字和模擬輸入/輸出、智能信號裝置和過程調節裝置與可編程式控制制器PLC和PC之間的數據傳輸,把I/O通道分散到實際需要的現場設備附近。PROFIBUS一方面覆蓋了感測器/執行器領域的通信要求,另一方面又具有單元級領域的所有通信網路通信功能。他支持高速的循環數據通信,以滿足了實時監控的要求。
三、信號採集
S7-200為每個本機數字量輸入提供脈衝捕捉功能。脈衝捕捉功能允許PLC捕捉到持續時間很短的脈衝。而在掃描周期的開始,這些脈衝不是總能被CPU讀到。當一個輸入設置了脈衝捕捉功能時,輸入端的狀態變化被鎖存並一直保持到下一個掃描循環刷新。這就確保了一個持續時間很短的脈衝被捕捉到並保持到S7-200讀取輸入點。
本設計需對下列參數進行採集:
(1)、壓力信號分別為1級缸、2級缸及儲風缸壓力、潤滑油壓力4點;
(2)、溫度信號為1級缸排氣溫度、2級缸進氣溫度、風包溫度、油溫、電機溫度以及冷卻水出口溫度共6點;
(3)、電量信號為主電機電流1點,電源電壓1點,共2個點。
(4)、流量檢測有高低/壓端2點,中/后冷2點共4點。
採集參數總計為4+6+2+4=16個。
對上述參數採集后,首先判斷有關參數是否異常,然後形成動態數據表格進行實時巡迴顯示,並存儲起來而供以後進行隨機查詢。
四、系統軟體設計
本系統主要是以保護為主,根據《煤礦安全規程》的要求和空壓機的保護原理,其控制的軟體設計流如下。
五、結束語
該系統主要是以S7-200為核心控制器,PROFIBUS作為通訊橋樑,通過檢測元件為控制其提供檢測信號,以此達到保護控制的目的。在本文的編寫過程中,得到了張集礦機電科多位領導的大力支持,在此致以誠摯的謝意!同時感謝西門子(中國)有限公司自動化驅動集團提供的大量資料。
參考文獻:
⑴.《深入淺出西門子S7-300PLC》,北京航空航天大學出版社
⑵.《西門子工業網路通信指南》,上下冊機械工業出版社
⑶.《可編程式控制制器》,重慶大學出版社黃明琪等
⑷.《煤礦電工手冊——煤礦固定設備電力拖動》煤炭工業出版社
⑸.於子捷,吳春燕,錢毅等.空壓機狀態檢測系統.工礦自動化,2003,