摘要:為進(jìn)一步提高單法蘭差壓變送器運行的可靠性，及時(shí)處理單法蘭差壓變送器的各類(lèi)事故，并減少維修人員和巡檢人員，設計了單法蘭差壓變送器遠程集中控制系統。闡述了集控系統的組成、工作原理、控制功能、使用效果，詳細介紹了集控系統現場(chǎng)設備層單法蘭差壓變送器模擬量信號及開(kāi)關(guān)量信號的采集及傳輸、集中控制層AB-1756系列PLC控制系統的組成模塊及用途、遠程集控方式下單法蘭差壓變送器的閉鎖啟停順序，及各種保護動(dòng)作情況下單法蘭差壓變送器的聯(lián)鎖停機、每部單法蘭差壓變送器的輔機與主機閉鎖啟停順序、遠程管理層上位機的以太網(wǎng)通信、組成軟件等。實(shí)際運行表明，該系統不但提高了單法蘭差壓變送器的運行安全可靠性，而且可以實(shí)現各類(lèi)信息集成與礦井實(shí)現信息互通，為礦井進(jìn)一步實(shí)現綜合自動(dòng)化、信息化創(chuàng )造了條件。
0引言
單法蘭差壓變送器具有輸送距離長(cháng)、運量大、連續運輸、運行可靠、易于實(shí)現自動(dòng)化和集中控制、結構緊湊等優(yōu)點(diǎn)，已在煤礦得到廣泛的應用［1-5］。正通煤業(yè)公司的火車(chē)裝車(chē)站至洗選廠(chǎng)火車(chē)裝車(chē)儲煤倉的距離長(cháng)1500m，采用三級單法蘭差壓變送器將選煤廠(chǎng)火車(chē)裝車(chē)儲煤倉的煤炭運至火車(chē)裝車(chē)站。但火車(chē)裝車(chē)需煤量大，各級單法蘭差壓變送器均為大容量設備，減速器有強制潤滑系統、冷卻系統，主電動(dòng)機有強制風(fēng)冷系統，單法蘭差壓變送器自帶防止倒轉的盤(pán)式制動(dòng)器，各級單法蘭差壓變送器均配置液壓張緊裝置，輸送帶沿線(xiàn)有拉繩、防跑偏等各種保護裝置�；疖�(chē)裝車(chē)煤流運輸系統設備設施多、輸煤線(xiàn)路長(cháng)，為減少單法蘭差壓變送器巡檢人員，經(jīng)研究，設計了一種單法蘭差壓變送器的遠程集控系統。
1單法蘭差壓變送器遠程集中控制系統設計思路
該集控系統由現場(chǎng)設備層、集中控制層、遠程管理層(上位機)3層控制模式組成，實(shí)現控制數據的采集、處理與傳輸，單法蘭差壓變送器集中控制系統結構如圖1所示。
2系統控制模式
2．1現場(chǎng)設備層
現場(chǎng)設備層包括:單法蘭差壓變送器輔機潤滑油泵、冷卻風(fēng)扇等防爆就地控制箱，單法蘭差壓變送器盤(pán)閘防爆控制箱，液壓漲緊裝置防爆就地控制箱，各種監測傳感器及保護開(kāi)關(guān)、線(xiàn)纜等。
2．1．1防爆就地控制箱
單法蘭差壓變送器盤(pán)閘防爆就地啟動(dòng)箱和液壓漲緊裝置防爆就地啟動(dòng)箱均具有PLC控制保護功能，單法蘭差壓變送器及附屬設備就地控制箱均由啟動(dòng)按鈕、停止/急停按鈕組成，除急停保護外無(wú)其他的保護功能。就地控制箱的設立便于設備檢修時(shí)的試運行，以及單法蘭差壓變送器遠程集控系統故障時(shí)應急開(kāi)停機。
2．1．2信號采集及傳輸系統
信號采集系統主要由各類(lèi)傳感器、線(xiàn)纜組成，實(shí)現各類(lèi)信號的采集和傳輸。PT100熱電偶溫度傳感器對電動(dòng)機軸承及定子繞組、減速器各部軸承及其潤滑油進(jìn)行溫度監測，監測到的模擬信號經(jīng)線(xiàn)纜傳輸到PLC控制柜的IＲ6I型熱電偶模擬量輸入(ＲTD)模塊。單法蘭差壓變送器的電參量信號(電流信號)、轉速信號由高壓變頻柜提供并通過(guò)線(xiàn)纜傳輸到PLC控制柜的IF16模擬量輸入模塊。系統采用KBZL-220型隔爆縱向防撕裂保護開(kāi)關(guān)監測輸送帶撕裂信號、KBJ-220型隔爆欠速開(kāi)關(guān)監測輸送帶欠速信號、KBW-220L型隔爆往復式拉繩開(kāi)關(guān)監測輸送帶急停信號、KBW-220P隔爆二級跑偏開(kāi)關(guān)監測輸送帶跑偏信號、差壓變送器監測減速器潤滑油壓的限值信號，這些開(kāi)關(guān)信號均經(jīng)線(xiàn)纜傳輸到PLC控制柜的IM16I型開(kāi)關(guān)量輸入模塊。高壓電源柜的工作狀態(tài)，高壓變頻器的待機、運行、故障停機，單法蘭差壓變送器輔機(盤(pán)閘、液壓漲緊裝置、電動(dòng)機風(fēng)扇、減速器風(fēng)扇及其潤滑油泵)的狀態(tài)、故障等開(kāi)關(guān)量信號傳輸到PLC控制柜的IM16I型開(kāi)關(guān)量輸入模塊。
2．2集中控制層
集中控制層主要由高低壓電源柜、高壓變頻啟動(dòng)柜、低壓?jiǎn)?dòng)柜、PLC控制柜組成。
2．2．1高低壓電源柜
高壓電源開(kāi)關(guān)柜為高壓變頻器及低壓電源柜提供電源。低壓電源柜為單法蘭差壓變送器輔機、PLC柜提供低壓電源。
2．2．2高壓變頻啟動(dòng)柜
高壓變頻啟動(dòng)柜是單法蘭差壓變送器主電動(dòng)機的起動(dòng)設備，每臺高壓變頻啟動(dòng)柜具有PLC控制功能，盤(pán)面具有人機界面觸摸屏和變頻器啟停按鈕、工頻啟停按鈕，人機界面觸摸屏可以實(shí)現單法蘭差壓變送器的啟停、參數設定及故障記錄查詢(xún)等功能，工頻啟停按鈕在變頻器故障時(shí)采用工頻應急啟動(dòng)單法蘭差壓變送器。變頻器向對應的高壓電源開(kāi)關(guān)柜提供一對合閘允許的無(wú)源觸點(diǎn)，該觸點(diǎn)閉合時(shí)，高壓開(kāi)關(guān)才允許合閘，同時(shí)向高壓電源開(kāi)關(guān)柜提供一對高壓斷路器緊急分斷的無(wú)源觸點(diǎn)，該觸點(diǎn)閉合時(shí)高壓開(kāi)關(guān)必須立即分斷。
2．2．3低壓?jiǎn)?dòng)柜
低壓?jiǎn)?dòng)柜為單法蘭差壓變送器附屬設備電動(dòng)機的起動(dòng)裝置，具有就地啟動(dòng)和試驗功能，可以對單法蘭差壓變送器各輔機進(jìn)行單機啟停、試驗。
2．2．4PLC控制柜
采用AB-1756系列可編程控制器，在集中控制層設控制主站、分站，主站采用冗余CPU結構，在單法蘭差壓變送器高壓變頻器等處設遠程I/O分站。系統架構采用控制網(wǎng)冗余通信網(wǎng)絡(luò )，便于與控制系統通信［6-7］。
PLC控制柜包括:2塊PA72型電源模塊、2塊CN2Ｒ型控制網(wǎng)通信模塊、14塊IM16I型開(kāi)關(guān)量輸入模塊、2塊OW16I型開(kāi)關(guān)量輸出模塊、1塊IF16型模擬量輸入模塊、1塊OF8型模擬量輸出模塊、6塊IＲ6I型熱電偶模擬量輸入(ＲTD)模塊、2個(gè)A13型槽機架、交流穩壓電源、直流24VUPS不間斷電源、斷路器、繼電器、HTB-1100S型的單模雙纖光電轉換開(kāi)關(guān)等，單法蘭差壓變送器的各種監測信號通過(guò)線(xiàn)纜傳輸到PLC控制柜，由PLC實(shí)現各類(lèi)信號的運算，并發(fā)出相應的控制指令。PLC輸出控制方式有3種，系統采用繼電器輸出方式，輸出電源220V，輸入方式采用開(kāi)關(guān)量輸入，輸入電源220V，按鈕方式。單法蘭差壓變送器PLC組成如圖2所示。
2．3遠程管理層
遠程管理層由裝車(chē)站的HTB-1100S型單模雙纖光電轉換開(kāi)關(guān)、EK1-2526M型工業(yè)以太網(wǎng)交換機、兩臺工控機、兩臺顯示器、打印機、通信線(xiàn)纜組成，下位機(PLC控制柜)傳輸的通信信號經(jīng)光纖轉換開(kāi)關(guān)進(jìn)行光電信號轉換，再由工業(yè)以太網(wǎng)交換機拓展工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)通信線(xiàn)纜將電信號傳輸到兩臺工控機，通過(guò)工控機、顯示器實(shí)現單法蘭差壓變送器的遠程集控。系統可實(shí)時(shí)顯示每部單法蘭差壓變送器及其輔機各類(lèi)保護的工作狀態(tài)，便于及時(shí)發(fā)現設備的異常情況，為事故的處理和設備的維護提供便利。
3PLC控制系統的工作原理
PLC控制系統采用計算機、通信網(wǎng)絡(luò )、自動(dòng)化、工業(yè)控制等技術(shù)，通過(guò)傳感器對單法蘭差壓變送器及其附屬設備進(jìn)行保護。傳感器將實(shí)時(shí)測量采集到的運行工況參數(如跑偏、撕裂、拉繩、欠速、溫度、油壓等)通過(guò)工業(yè)控制總線(xiàn)通信技術(shù)，反饋給PLC控制層進(jìn)行數據處理。經(jīng)過(guò)PLC綜合處理后，一方面將控制數據傳送到現場(chǎng)所控設備，完成設備的自動(dòng)啟停;另一方面工業(yè)以太網(wǎng)將處理后的數據通過(guò)上位機的組態(tài)軟件處理成圖像，以友好的人機畫(huà)面提供給單法蘭差壓變送器集控員，集控員根據單法蘭差壓變送器的運行情況，進(jìn)行具體操作與控制，下達操作指令，逆向傳輸，通過(guò)上位機—PLC—現場(chǎng)設備的順序，完成對設備的控制，#終實(shí)現系統的實(shí)時(shí)監測與自動(dòng)化集中控制［8-10］。
4遠程集控的功能
遠程集控方式時(shí)，需將高壓變頻啟動(dòng)器的電源開(kāi)關(guān)柜的遠程/就地控制轉換開(kāi)關(guān)置于遠控位置，由遠程管理層的集控員進(jìn)行設備的遠程集中控制。
單法蘭差壓變送器啟動(dòng)時(shí)必須先輔機后主機，停機時(shí)先主機后輔機。單法蘭差壓變送器開(kāi)機前必須先打開(kāi)盤(pán)閘，起動(dòng)電動(dòng)機，啟動(dòng)減速器的冷卻風(fēng)扇和減速器的強制潤滑油泵，確保液壓漲緊裝置正常，電動(dòng)機及減速器的冷卻風(fēng)扇運轉正常，減速器的強制潤滑油泵運行正常，潤滑油壓正常，單法蘭差壓變送器的拉繩開(kāi)關(guān)、失速開(kāi)關(guān)、防撕裂開(kāi)關(guān)、跑偏開(kāi)關(guān)均在正常狀態(tài)，高壓變頻器在待機狀態(tài)，此時(shí)，單法蘭差壓變送器監測系統將監測到的狀態(tài)信號傳遞到集中控制層的PLC控制系統，由PLC發(fā)出單法蘭差壓變送器主電動(dòng)機啟動(dòng)指令，啟動(dòng)單法蘭差壓變送器。當運行中的單法蘭差壓變送器發(fā)生以下情況:單法蘭差壓變送器電參數異常動(dòng)作、拉繩開(kāi)關(guān)動(dòng)作、欠速85%及以下持續1min、防撕裂開(kāi)關(guān)動(dòng)作、跑偏開(kāi)關(guān)二級保護動(dòng)作(一級報警，二級動(dòng)作)時(shí)，監測信號傳遞到PLC控制柜，進(jìn)行數據處理，發(fā)出立即停機指令［11］。
單法蘭差壓變送器煤流運輸系統的閉鎖控制啟停順序:逆煤流啟動(dòng)、順煤流停止;任何一部單法蘭差壓變送器故障急停時(shí)，該部單法蘭差壓變送器停機，上部單法蘭差壓變送器及上上部單法蘭差壓變送器立即停機。
5實(shí)際應用效果
單法蘭差壓變送器遠程控制系統可以避免啟動(dòng)設備時(shí)，操作人員因誤操作造成單法蘭差壓變送器輔機未啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)單法蘭差壓變送器主電動(dòng)機而損壞設備。單法蘭差壓變送器的聯(lián)鎖啟停避免了下部單法蘭差壓變送器急停時(shí)造成的堆煤現象，減少了人工清理工作。該系統在正通煤業(yè)公司火車(chē)裝車(chē)系統進(jìn)行了具體的實(shí)施，能夠根據上位機顯現單法蘭差壓變送器故障現象準確判斷故障點(diǎn)，有助于及時(shí)處理單法蘭差壓變送器各類(lèi)事故，減少了單法蘭差壓變送器維修人員及巡檢人員，提高了單法蘭差壓變送器生產(chǎn)安全可靠性，具有一定的推廣應用價(jià)值。
6結論
基于工業(yè)以太網(wǎng)的單法蘭差壓變送器遠程集控系統實(shí)現了火車(chē)裝車(chē)系統三級單法蘭差壓變送器的聯(lián)鎖啟停，數據采集準確，PLC控制系統相應靈敏，保護功能完善。煤流運輸系統的集控系統采用控制網(wǎng)冗余通信網(wǎng)絡(luò )，可與控制系統通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，實(shí)現各類(lèi)信息集成，與礦井實(shí)現信息互通、共享，為礦井實(shí)現綜合自動(dòng)化、信息化創(chuàng )造條件。
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