新型乳化液泵站智能安全监测仪的研制.pdf

第 4期 2 0 0 7年 8月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n NO ． 4 Au g ． 2 0 0 7 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 7 0 4 --0 0 4 0 --0 3 新型乳化液泵站智能安全监测仪的研制 吴 志刚 ， 刘银 锁。 1 ． 四川师范大学电气 自动化研究所 ， 四川 成都6 1 0 0 7 2 ； 2 ． 西南交通大学机械学院 ， 四川 成都6 1 0 0 3 1 摘要 文章详 细介 绍了基于 P L C实现的新型乳化液泵站智能安全监测仪的结构和工作原理。当乳化液 泵站工作状态异常时， 会导致相关部位参数的异动， 通过 实时监控各个部位的工作温度、 压力、 压差和液位等 参数 ， 可以及时了解乳化液泵站的实际工作状况， 随时发现和处理事故。本装置的开发 ， 对于确保乳化液泵 站安全可靠稳定的运行、 保障矿 井安全生产具有重要的意义。 关键 词 矿 井 ；乳化 液 泵站 ；安全 监 测仪 ； P L C 中图分类号 T D 6 7 9 文献标识码 B 收稿 日期 2 。 。 7 一。 4 一。 4 0 引言 作者简介 吴志 刚 1 9 6 8 一 ， 男， 副教授， 主要研究 方向为自 动控 乳化液泵站是煤矿井下作业的关键设备 ， 它负 制技术 。 数据交换 ， 以实现数据采集与过程控制的 目的。由 于其它的工业设备种类繁多 ， 因此每种设备所采用 的通信方式各不相 同。本文中需要与工控机进行通 信的有 以下几种设备 三菱 P L C F X w 一6 4 MR， 数 据采集卡 P C I 一1 7 1 3 。在定 义 I ／ O设备时， 要注意 设置合适 的扫描周期 如时间过长， 数据采集速度会 慢 ； 如时间过短 ， 有 可能造成设备死机。三菱 P L C 采用编程 口与工控 机进行通信， I ／ O设备主要参数 设 置如 表 1所示 。 表 1 I ／ 0设备主要参数设置 表 设备 名称 更新周期 通信方式通信端口 串 口设置 实时数据库为永磁直线同步电机监控软件的核 心 ， 对于监控界面 的动画显示 、 历史／ 实时数据的曲 线、 数据的采集 与分 析及系统报警等 都极其重要。 在完成 I ／ O设备 的组态之后 ， 就可以根据需要定义 实时数据库中的变量 ， 并将与 I ／ O设备 中相应的地 址进行数据连接 。 4 ． 3动 画连接 完 成 以上 的工 作 之 后 ， 为 了在 显 示 器看 到 永磁 直线同步电机提升系统相应的运行情况 ， 如提升罐 笼 的垂直 运 动 、 继 电 器 的 开 关 状 况 、 变 频 器 工 作 情 况 ， 并显示提升系统的运行高度与速度、 推力、 各电 机的温度 ， 监控画面的部件需要与来 自外部 ／ o设 备中的实时数据库连接 ， 例如提升系统罐笼高度可 通过将画面上提升罐笼部件的位置与脉冲计数值相 连接， 接触器的闭合和断开与相应的反馈信号相连 接 ， 较为复杂的动画可以通过其 内置的脚本编辑器 编写脚本语言实现 。 5 结语 本文介绍 了一 种采用工业控制计算机和 P L C 构成永磁直线同步电机提升系统监控系统的方案 ， 并采用力控组态软件建立 了监控软件系统， 满足了 提升系统稳定 、 高效的工作需 要， 并 为系统运行分 析 、 实 验研究 的进 一 步工作 提供 了 良好 的人 机界 面 。 经实验运行表明， 系统工作稳定 、 可靠 。 参考文献 E l i 马国华． 监控组态 软件及 其应 用[ M] ． 北京 清华 大学 出版 社 ， 2 0 0 1 ． I- 2 ] 郁汉琪． 电气 控制 与可 编 程 控制 器 应用 技术 E M] ． 南 京 东南 大学 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ] 李小柱 ， 胡俊 ， 许 良琴． 基 于 P L C的分 布式 两级可操 作控制系统 的 设计 [ J ] ． 计算 机 测 量 与控制 ， 2 0 0 6 ， 1 4 2 ． E 4 3 黎洪生 ， 李超 ， 周登科． 基 于 P L C和组态 软件 的分 布 式 监控系统设计 [ J ] ． 武汉理工 大学学报 ， 2 0 0 2 ， 2 4 3 ． 维普资讯 2 0 0 7年第 4期 吴志刚等 新型乳化液泵站智能安全监测仪的研制 4 1 责 向煤矿综采工作面液压支架输送高压乳化液 ， 是 液压支架的动力源， 其工作状态 的好坏直接影 响液 压支架的工作性能和使用效果 ， 同时对井下 工作 的 安全性起着至关重要的作用 。随着乳化液泵单机装 机功率的增大和使用范 围的不断扩大， 对乳 化液泵 站安全可靠性能的要求 已显得越来越重要 。我 国乳 化液泵站机械技术水平 、 产品质量、 性能已经达到或 接近国外同类产品水平 ， 与国外产 品的差距 主要在 于配套的安全运行 自动保护监控设备 。 本文介绍的新型乳化液泵站智能安全监测仪改 变了传统的由使用人员凭经验和主观感觉来判断泵 站设备是否工作在正常状 态的做法 ， 通过传感器 由 P L C对乳化液泵站系统的各个关键部位工作状态 进行实时的安全监测 ， 实现了从预防的角度及 时发 现问题和解决问题 、 将一些可能影 响泵站正常工作 的因素消灭在萌芽状态的 目的， 对泵站安全 稳定 的 运 行具有 重要 的现 实意义 。 1 监测 仪的 主要技 术要 求 该监测仪应能对乳化液泵站各关键部位的参数 全天候地 、 连续实时地 自动采集和处理， 具体监测的 参 数 1 乳化液箱液面的高度 ； 2 乳化液箱液体的温度 ； 3 乳化液供液系统压力 ； 4 乳化液高压过滤器进出口两边压差 ； 5 乳化液低压过滤器进 出口两边压差 ； 6 主泵 曲轴箱润滑油的油位高度； 7 主泵曲轴箱润滑油的油温 ； 8 主泵 关键运 动副 压力 润滑 系统 的压力 ； 9 备用泵曲轴箱润滑油的油位高度 ； 1 0 备用泵曲轴箱润滑油的油温； 1 1 备用 泵关键 运 动副 压力 润 滑系统 的压力 。 根据 以上条件选用合适 的压力、 压差、 温度和液 位传感器 ， 实现对各参数的实时监测； 对报警参数和 对应时刻进行历史信息存储 ； 输入单元允许授权用 户进行现场参数交互修改和报警信息历史 回查； 同 时要求所有监测参数全部实现数字化集 中显示， 智 能判 断所监 测 的参 数是 否 处 于 正 常 区间 内 ； 当系 统 出现故 障 、 参数超 过正 常 区间时 ， 应 能立 即进 行声 光 报警 ； 另外 ， 系统还应预留远程通信接 口， 具备 日历 时间管理和关机选择等附属功能。 2 系统 的硬件 设计 该 监测 仪是 一 个 由 P L C 自动 控 制 的 乳 化 液 泵 站实时安 全监测装 置 ， 它主要 由可编 程序 控制器 P L C 、 数据采集转换 、 开关量输入输 出设备、 显示 器和电源等部分组成 ， 如图 1 所示。 图 1监 测 仪 硬 件 组 成 框 图 1 PLC 根据 系统 的技 术 要 求 ， 装 置 采 用 S I E ME NS S 7 2 0 0小型 P L C作为控制 中心。其 P L C本体 自 带 2 4点 I ／ O开关量， 具有 2个 4 8 5通信接 口和模块 扩展功能， 既可完成对乳化液泵站参数的实时监控 ， 也能对故障历史数据进行存储 ， 方便事后分析和查 询 。 2 数据采集转换 该部分 由传感器和 S I E ME NS模拟量输入扩展 、 模块组成。根据要求 ， 系统选用的压力、 压差、 温度 和液位 4类传感器均为本安型 ， 它们将泵站运行参 数转化为标准的 4 ～2 0 mA 电流信号， 再经过模拟 输入扩展模块的模数处理将这些电流信号转化为对 应的数字量送人 P L C中进行数据 的运算和处理。 3 输 出控 制 系统采 用 固态继 电器 输 出， 实 现对 电磁 阀 、 报警 装置等输出设备的驱动和控制。系统工作状态除在 液晶屏幕上实时显示当前运行参数外 ， 均有对应 的 指 示灯进 行指 示 。 4 液 晶显 示 由于系统有大量的参数需要显示， 因此本 系统 采用液晶触摸屏实时显示其运行参数和系统状态。 考虑到应用场合的特殊性 ， 液 晶屏需要安装在防爆 外壳内， 触摸功能无法实现， 所 以笔者采用对 P L C 编程的方式用外部按键实现液晶屏各功能之间的转 换 。该 液晶触 摸屏 完成 的 主要功 能 ① 实 时显 示机器 运行 状态 和所有 监测 参数 ； ② 设置和修改机器状态或操作参数； ③ 设备检修和系统调试时代替各种仪表进行 直 观显 示 ； ④ 在系 统状 态 出现 异常 时 ， 利 用显 示器 自带 的 存储器 自动存储 和刷新报警参数和对应 时刻 ， 方便 用户事后对故障进行查询和分析 。 5 电源 为 了确保 正 常工作 ， 除 了 6 6 0 V交 流 电源之 外 ， 维普资讯 4 2 工矿 自动化 2 0 0 7年 8月 系统内部还提供 了 2 4 V 和 1 2 V两种直流电源， 分 别向 P L C扩展模块 、 传感器、 液 晶触摸屏和电磁 阀 等提供能量。 3系统的软件设计 系统软件包括 P L C控制程序和液晶显示程序 2个部分， 其 中 P L C控 制程序 由 S I E ME NS V4 ． 0 S TE P 7 Mi c r o Wl N编程软件实现 ， 而液晶显示程序 的编写和调试则 在 E a s y b u i l d e r编程 软件上完成 。 整个系统软件包括主程序 、 子程序 、 中断程序和液晶 显示程序 4个部分 。 3 ． 1 P L C控制 部分 的软件 设 计 系统上电之后 ， 首先进入 S O ． 0状态 ， 该状态下 对应 的程序有初始化子程序 0和子程序 1 。初始化 子程序 0的作用是将预先设置好的各路模拟量采集 通道 的极限值送入指定寄存器 中， 为后面的判 断程 序做准备 。子程序 1中定义 了 1个 时基 中断程序 ， 条件满足启动该 中断程序， 该 中断程序 的作用是每 隔一定时间对各路模拟量通道 的信号进行循环采样 并将采样值送入 P L C处理器 中进行数据处理， 达到 实时监控相关部位参数的目的。在状态 S O ． 0中， 按 下按钮 I O ． 0即可中止执行子程序 1的工作。在完成 系统的初始化和初始值设定工作后按下 1 0 ． 1按钮进 入状态 S o ． 1 。在 S o ． 1 状态内， 系统进行参数的实时 监控 ， 即将各路采样的数据与对应的极 限数据进行 比 较判断， 查看各路参数是否异常， 如参数出现异常， 一 方面发出声光报警信号， 提醒值班人员注意， 另一方 面， 对于某些重要参数超限则作用于继 电器切断电 源， 以确保系统的安全。在状态 S o ． 1中， 如果用户需 要人为地停止 系统工作， 可通 过按下停止按钮 1 0 ． 2 实现停止， 让系统进入停止状态S o ． 2 。 3 ． 2液 晶显 示程序设 计 本系统采用多功能大尺寸的液晶触摸屏作为显 示工具 ， 不仅实现了参数巡 回集中显示 ， 也实现了参 数的成组交互在线修改调整 ， 还可对实时时钟和报 警信息进行实时观测。为方便用户进行故障的分析 和查询 ， 本系统对于报警参 数和故障时刻进行了历 史信息存储 ， 允许授权用户进行现场参数交互修改 和报警信息历史 回查 ， 使 系统具有 良好 的人机交互 性， 用户使用和观测都非常直观和便捷 。 4结 论 该监测仪主要具备以下功能 1 各关键部位参数的实时监测 ； 2 故障信息历史回查； 3 系统参数和实时时钟的现场设置和更改 ； 4 “ 口令” 功能， 只有 通过身份验证 的人才能 对系统进行参数设置和修改操作 ； 5 预 留有通信接 口， 系统可 以和上位机实现 联 网功 能 。 实践证明， 该系统抗 干扰能力强、 可靠性 高、 可 扩展性 好 ， 很 好地 实 现 了对 矿井 乳 化液 泵 站 的动态 智能监控 ， 对矿井生产系统的安全 、 可靠 、 稳定运行 具有较强的实用价值。 参考文献 E l i 薛永毅．传感器技术及应用 [ M] ． 北京 北 京航空 航天 大学出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 2 ] 阳宪惠． 工业数据通讯 与控 制 网络[ M] ． 北 京 清华 大 学出版社 ， 2 0 0 3 ． 基于千兆无源光纤以太 网的全矿井综合 自动化 系统 继推出基于工业 以太环网的全矿井综合 自动化系统 ， 天地 常州 自动化股份有 限公 司又推出了基于千 兆无源光纤以太 网的全矿井综合 自动化系统。较之基 于工业 以太环 网的全矿井综合 自动化系统 ， 该 系统的 综合信息传输质量更高 、 实时性更好 、 树状组网结构适用性更强 。 千兆 无源光 纤 以太 网一般 由光 纤 网络 终端 、 光纤 网络适 配器 和无 源光 纤分 配器 等组成 ， 在全 矿井综 合 自 动化系统中可用作为高速主干传输通道 。该网络能保证信息交换的实时性及传输质量 ， 适合视频、 数据 、 语 音等信息的综合传输 ， 实现三网合一 。 千兆无源光纤以太网技术很好地解决了 目前接入 网络的诸多问题 ， 它可以使 I P接入 网络更可靠、 更稳 定 ， 它使得在新一代网络上综合语音 、 视频 、 数据等业务成为了可能 ， 是 目前及未来矿山通信技术的首选技术 方案 之一 。 编辑 部 维普资讯