钱家营矿850空压机自动控制系统的设计

张海坡

(开滦钱家营矿业分公司,河北唐山 063300)

钱家营矿850空压机自动控制系统的设计

张海坡

(开滦钱家营矿业分公司,河北唐山 063300)

钱家营矿850空压机自动控制系统的远程自动化控制设计充分考虑现有设备的性能及相关信息,应用计算机控制技术、网络技术等通过对原有系统的升级改造,通过MCGS工控组态软件实现多台并网运行的空压机集中远程控制,将该系统纳入矿井综合自动化控制平台,实现空压机各种保护、报警、监控功能。

计算机控制技术 MCGS工控组态软件 空压机集中远程控制

钱家营矿850空压机以前的控制方法是：单台独立控制，单纯靠人工开停机，不能很好地控制空压机的运行，很难保证压缩空气的供气质量，同时加大了操作维护人员的工作量，对空压机的使用寿命也有很大的影响。本设计应用PLC、计算机控制技术、网络技术、工业电视技术、光纤通讯技术和电力电子技术将多台并网运行的空压机实现地面集控室集中远程控制，采集处理电机电流、电压信号，温度、压力信号，并上传后台，实现空压机各种保护、报警、监控功能。充分发挥出各台空压机的性能，使系统在保证供气质量的前提下，实现最大限度的节能运行，保证各种保护有效可靠，延长空压机的使用寿命，有利于空压机的维护。

1 空压机控制系统的结构设计

空压机集中控制系统组成有上位监控主机、PLC下位机、各种检测传感器、交换机、视频摄像机等组成。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。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。与上位计算机进行通讯采用MPI或工业以太网。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。为减少传输误差，提高检测精度，均选用带变送器，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。

图1

图2

2 控制系统主要功能

2.1 系统采集的各种数据

(1)实时采集压风机油压、冷却水压力、排气压力、排气温度、运行累时；风包压力、风包温度、主压风管路压力。(2)监测冷却水系统，包括：水压、进回水温度、水泵电机起停等。(3)实时采集电机运行三相电压、电流等参数和曲线。(4)断路器、压风机开停等开关量数据和状态，及显示压风机、电机的各种报警信息。

2.2 保护功能

具有电机保护、压风机保护、风包保护通讯故障、防止误操作、非法操作保护等功能，各种故障记录自动语音报警，有动画图象、文字窗口、声音提示，压风机启动前，在现场有语音和文字告警显示功能，具有压风机房内烟雾保护功能。

2.3 控制功能

(1)远程控制：具有权限的用户通过工业以太网实现远程控制操作。(2)在压风机房现场有独立的操作控制柜，能够实现一键启停、手动和集控，在控制柜上有触摸屏、用触摸屏能够实现各种控制和显示压风机的各种参数。(3)在控制柜上有急停按钮，无论在什么控制方式下，都能够控制设备的停车。(4)当现场的故障检测、保护动作以后，设备立即停止运行，防止事故扩大。(5)出现紧急情况时，按下组态软件上的模拟紧急停车按钮或现场控制柜上的急停按钮，设备立即停止运行。(6)能够自动根据系统压力调整增减压风机的开停台数，实现压风机间联动。(7)当系统发生故障停车或传感器监测点报警时，系统自动根据报警的设备和部位作出相应的联锁停机处理，避免事故扩大，与此同时，工控机大屏幕上发出相应的图形、文字报警信息，系统能自动显示、记录和打印故障性质及发生故障时间，并且在历史记录中可以查询。(8)在地面随时调整转动摄像仪，便于观察压风机的运行状态。(9)冷却水泵有灌水用的进水阀、出水阀、各台压风机有进出水阀门、风包的进出风阀门，各台压风机的出风阀门，并要有手动和电动两种操作功能，各种阀门带信号回馈。

2.4 空压机联动功能

(1)在联控状态下，根据管网压力自动识别并判断开停压风机的台数。(2)当任一台压风机出现故障停车时，能够自动识别故障机，使其退出联控。

2.5 网络功能

(1)提供开放式的数字化信息平台通讯接口，可接入矿井工业以太网，实现数据共享和远程操作。(2)提供WEB服务器，可远程浏览查询压风机运行的各项实时数据。

2.6 系统自检测和冗错功能

节点设备通讯失败、设备工作异常告警、具有网络自诊断和自恢复功能，自动屏蔽用户的非法操作、误操作。

3 组态界面的设计

3.1 流程画面的建立

按“新建窗口”按钮，或执行菜单中的“插入”→“用户窗口”命令，即可创建一个新的用户窗口，以图标形式显示，如“窗口0”，我们可以改成自己需要的名称。开始时，新建的用户窗口只是一个空窗口，用户可以根据需要设置窗口的属性和在窗口内放置图形对象。选中刚创建的用户窗口，单击“动画组态”，进入动画制作窗口。单击工具条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱，图标对应于选择器，用于在编辑图形时选取用户窗口中指定的图形对象；图标用于打开和关闭常用图符工具箱，常用图符工具箱包括27种常用的图符对象。根据需要，选择相应的模块，建立一个整体的系统，如下图1所示。

在另外建个实时数据用户窗口，用于建立实时数据、历史数据、实时曲线、历史曲线等模块。

3.2 定义数据对象

鼠标点击工作台的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。按“新增对象”按钮，在窗口的数据变量列表中，增加新的数据变量，多次按该按钮，则增加多个数据变量，系统缺省定义的名称为“Data1”、“Data2”、“Data3”等选中变量，按“对象属性”按钮或双击选中变量，则打开对象属性设置窗口。指定名称类型：在窗口的数据变量列表中，用户将系统定义的缺省名称改为用户定义的名称，并指定类型，在注释栏中输入变量注释文字。本系统中要定义的数据变量如图2所示。

3.3 MCGS与PLC的连接

MCGS组态软件内嵌各种PLC驱动程序，用户只需按照设备配置向导选择PLC的类型。MCGS将自动完成相应驱动程序的启动。建立与PLC之间的通信。MCGS对外部设备的管理是通过对逻辑设备名的管理来实现的，在数据词典中建立若干I/O变量，使之与PLC的数据寄存器之间建立通道，通过这些I/O变量便可以读或写PLC的数据寄存器。这样，MCGS组态软件的部分基本完成，我们可以通知控制界面了解到系统的最新消息，各台空压机的压力和储藏罐的压力，然后可以根据需要做出相应的调整。

4 该设计优越性分析

(1)采用高可靠性和抗干扰功能强的西门子PLC，能很好地克服空压机房恶劣的环境干扰，使系统能长期稳定可靠地工作。(2)系统采用分布式网络拓扑结构，各个空压机控制分站之间既相互独立又可以共享、交互数据；一台分站发生故障不会影响其他的分站运行，各个分站又可通过数据交换相互配合更高效地工作。(3)网络通讯高速、稳定，实时性好。(4)操作设备和控制方式灵活多样，同时具有多种控制方式， 多种方式互为备用。保证各种情况下系统的安全、可靠运行。(5)每台空压机均设就地触摸屏和电气按钮操作箱，这就保证了系统任一级网络或设备发生故障，仍能对空压机实现启停控制。(6)合理的使用多台风机，使其循环工作，在保证有备用的情况下，延长了每台压风机的使用寿命。(7)设备有完善的故障判断、显示、记忆功能，输出数据完整，准确，可为操作人员迅速排除故障和日常数据管理提供极大的方便。

5 结语

钱家营矿850空压机自动控制系统的远程自动化控制设计，该方案通过增加和更换一些传感器和低压控制开关，能够满足现场取样的要求，能够保证数据的稳定可靠。该设计方案控制结构合理，运行稳定可靠，改造成本低，能够很好的满足矿井“两化融合”的需求，能够达到地面集控室远程集中控制，达到减员、提效、减小维修量、降低员工职业危害的目的，可供同类空压机部位参考。

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[4] 唐济扬.基于现场总线技术的先进控制系统[J].制造业自动化,2000(7):31-35.

张海坡(1980—),河北唐山人,本科,2004年毕业于河北工业大学,开滦钱家营矿业分公司生产技术部机电室,机电主管工程师。