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煤礦螺桿式空壓機自動控制系統(tǒng)的改造

作者:冉孟春來源:《煤礦機械》日期:2015-03-04人氣:999

螺桿式空壓機是煤礦企業(yè)的重要機械設備之一,使用空壓機產生的空氣可以為井下風動機械設備提供動力,同時為巷道送入必要的空氣,提供井下工作安全系數(shù)。傳統(tǒng)的螺桿式空壓機控制系統(tǒng)多采用繼電器實現(xiàn)控制,其缺點是能耗大、啟動電流高、對設備器件沖擊較大,影響空壓機使用壽命,同時其控制精度不高,穩(wěn)定性較差。在當前提高煤礦設備自動化水平、提高能源使用效率的趨勢下,使用新技術對空壓機控制系統(tǒng)實現(xiàn)改造,實現(xiàn)一種穩(wěn)定高效、控制準確、節(jié)能效果明顯的空壓機自動控制系統(tǒng)十分必要。

1 改造系統(tǒng)的技術與方案

1.1 使用的三項主要技術

(1)變頻調速技術:針對傳統(tǒng)螺桿式空壓機控制系統(tǒng)中控制精度不高,啟動電流過大及能耗較大等缺點,采用變頻器代替繼電器實現(xiàn)流電動機進行調速,從根本上解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的突出問題。

(2)PLC技術:PLC又稱可編程控制器,是在繼電器與計算機技術的基礎上發(fā)展來的工業(yè)控制裝置,具有結構簡單、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強等優(yōu)點,適合在煤礦這樣的工作環(huán)境較為惡劣的條件下工作。

(3)RS-485總線技術:系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)傳輸需要使用總線技術,本改造系統(tǒng)中使用的總線是RS-485,485總線由于其布線簡單,傳輸穩(wěn)定可靠,在眾多控制領域都有廣泛的應用。

1.2 改造系統(tǒng)總體方案

整個系統(tǒng)使用的設備包括控制中心PLC、變頻器、互感器、壓力變頻器、空氣開關等,主要通過系統(tǒng)對管網壓力的信息采集與控制,實現(xiàn)自動壓力調節(jié),通過PID調節(jié)器將壓力調節(jié)在預設范圍內,具體控制方案由PLC程序實現(xiàn)。整個系統(tǒng)的控制原理圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)改造的實現(xiàn)

2.1  系統(tǒng)硬件配置

(1)PLC部分:改造系統(tǒng)中使用的PLC選用了西門子S7-300系列,主要功能是完成空壓機的各種控制。 其硬件配置主要如下:CPU模塊使用CPU315-2DP,該模塊可以擴展到1024點數(shù)字量或128個模擬量通道,可以滿足空壓機的控制需要。電源模塊選用PS307,數(shù)字量輸入模塊與輸出模塊分別選用SM32與SM322。輸入模塊將采集到的空壓機狀態(tài)信息,包括運行狀態(tài)、故障信息、輔助設備狀態(tài)等傳入PLC處理。輸出模塊實現(xiàn)PLC對空壓機的控制信息輸出,控制信息包括啟動、停止、加載、卸荷、急停等。為實現(xiàn)與上位機的通信功能,采用RS-485總線方式完成數(shù)據(jù)傳輸,通信模塊采用了CP341,CP341模塊利用基于RS-485總線的Modbus協(xié)議,與控制變頻器及各種執(zhí)行機構,完成整個系統(tǒng)的控制功能。

(2)變頻器及其他設備:系統(tǒng)使用的變頻器選用了達牌VFD300B43A型變頻器,其輸出頻率范圍0.10~400Hz,過載能力為額定輸出電流的150%,同時具有RS-485接口,可與上位機與PLC實現(xiàn)方便互連,實現(xiàn)控制功能。壓力變送器選用了森納士的DG1300型變送器,其精度可達0.5%FS。PID智能控制使用了蘭利AL808,在相對濕度≤85% 的環(huán)境下均可工作。接觸器使用了CJXl系列,完成交流電動機的起動、停止及反轉。變頻器與外部的連線圖如圖2所示。

2.2 上位機控制軟件的實現(xiàn)

對于空壓機的直觀監(jiān)控功能由上位機控制軟件實現(xiàn),上位機控制軟件的開發(fā)選用了MCGS工控組態(tài)軟件完成。MCGS工控組態(tài)軟件是一套32位工控組態(tài)軟件,設計簡單、功能強大,通過自身大圖庫可以快速模擬工控機現(xiàn)場場景,實現(xiàn)直觀的監(jiān)控界面,具有強大的網絡功能,支持TCP/IP、485/422/232等多種網絡體系結構,可以方便實現(xiàn)與PLC等設備的通信功能。使用MCGS工控組態(tài)軟件設計的上位機監(jiān)控軟件界面如圖3所示。

2.3  PLC控制的實現(xiàn)

空壓機自動化系統(tǒng)采用兩種控制方式,人工手動控制與自動控制。自動控制的過程簡單描述如下:首先打開冷卻水閥,變頻器與電動機實現(xiàn)了聯(lián)機,變頻器輸出頻率開始變化,從0Hz開始升高,整個變化的頻率及壓力變送器獲取的信號均由PLC獲取,根據(jù)系統(tǒng)的預設控制方案,對各個空壓機輪訓控制。PLC控制程序流程圖如圖4所示。

3 結語

使用PLC、變頻器、現(xiàn)場總線及軟件技術實現(xiàn)的煤礦螺桿式空壓機控制系統(tǒng)的改造,克服了傳統(tǒng)繼電器控制方式的能耗過大、穩(wěn)定性差、影響設備使用壽命等問題,通過PLC結合變頻器實現(xiàn)對空壓機啟動、停止等控制,使用變頻器完成空壓機功率的調整實現(xiàn)空壓機輸出氣壓的控制,同時使用MCGS組態(tài)軟件實現(xiàn)了空壓機上位機監(jiān)控界面的模擬,實現(xiàn)了遠程監(jiān)控功能,整個系統(tǒng)組建便捷、穩(wěn)定可靠,具有較好的推廣價值。

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