時間:2010-05-14 10:41:14來源:wuyue
PLC(可編程序控制器)因其采用模塊化組合結構、使系統(tǒng)組合十分靈便,抗干擾能力強、可靠性強,編程語言簡易、普及和編程方便,可以在線進行修改、柔性好等特點,在工業(yè)現(xiàn)場已被廣泛地應用于各行各業(yè)的開關邏輯控制、機械設備的數(shù)字控制、機器人和自動裝置的控制,閉環(huán)過程控制以及多級自動控制系統(tǒng)。近幾年來,兗州礦業(yè)(集團)有限責任公司及其下屬各礦針對以前在礦井設備應用可編程序控制器方面存在的問題進行了認真分析和歸納,積極應用當前已有的可編程序控制器應用新技術,提出解決方案并進行了推廣與實施,有效地保障了礦井設備的可靠運行,取得了良好的效果。
1 數(shù)控提升機可編程控制器的可靠性研究
中國礦業(yè)大學和兗州礦業(yè)(集團)有限責任公司使用可編程控制器來改造現(xiàn)有的礦井提升機電控系統(tǒng),進行數(shù)控提升機可編程控制器的可靠性研究,使其具有更強的抗干擾能力伙計與用戶連接的適應性。
可編程控制器系統(tǒng)的故障包括外部設備故障、系統(tǒng)故障、硬件故障和軟件故障。
此項研究指出:
①安裝與布線方面,可編程控制器應遠離大功率的可控硅裝置、高頻電焊機和大型的動力設備等干擾源;I/O線與控制線應分開走,并保持一定距離;在電纜溝內把動力線與控制線分別敷設在電纜溝的兩側,測溫電纜要采用屏蔽線,而且要接地良好。
②輸入端或輸出端接有感性負載元件時,應在兩端并聯(lián)續(xù)流二極管或阻容電路,以抑制電路斷開時產(chǎn)生的電弧對可編程控制器的影響;當井筒接近開關、光電開關等兩線式傳感器的漏電流比較大時,可能出現(xiàn)故障的輸入信號,可在輸入端并聯(lián)旁路電阻,以減少輸入電阻。
③可編程控制器應與其它設備分別使用自己的接地裝置,也可采用公用接地線,但禁用串聯(lián)接地方式,因為這種方式會在設備間產(chǎn)生電位差。
④提升機對控制系統(tǒng)有較高的可靠性要求,在可編程控制器出現(xiàn)故障的時候采用冷備系統(tǒng),即主控可編程控制器和輔控可編程控制器應盡量一致,以滿足緊急運行時可投入使用。
⑤供電部分應考慮幾個因素:輸入電源的電壓在一定允許范圍之內變化;輸入交流電斷電時,應不破壞控制器的程序和數(shù)據(jù);在控制系統(tǒng)不允許斷電的場合,要考慮供電電源的冗余;當外部設備電源斷電時,應不影響控制器的供電;要考慮到電源系統(tǒng)的抗干擾措施。他們采取了使用不間斷供電系統(tǒng)、雙路供電系統(tǒng)、隔離變壓器供電系統(tǒng)、單獨電源給每一個可編程控制器供電或選用高質量的直流電源等方案來提高控制系統(tǒng)可靠性。
兗州礦業(yè)(集團)有限責任公司從鮑店煤礦開始研究在保留提升機機械部分和直流主電機的基礎上,采用大功率晶閘管變流器和可編程控制器來改造老舊提升機的原繼電器控制,走出了一條可行之路。
其實施步驟如下:
①整體搬移原有操作臺,為新操作臺安裝創(chuàng)造條件,提升機改造期間臨時在搬移到一邊的原操作臺操作,但仍以老系統(tǒng)運行。
②在電樞回路上安裝新舊系統(tǒng)轉換刀閘,以便新老系統(tǒng)轉換。提升機制動系統(tǒng)潤滑油泵控制采取多路航空插頭進行新老系統(tǒng)切換,老系統(tǒng)可在新系統(tǒng)調試期間與之并存,互為備用。以后有必要的話可永久保留。
③在安裝中嚴格質量控制,指定將來參與維護的技術熟練人員進行安裝,通過全程參與為調試完成后轉入正常運行和維護創(chuàng)造條件。
④為縮短新系統(tǒng)調試時間,對井筒位置開關與行程、各個機械潤滑制動系統(tǒng)狀態(tài)等提升系統(tǒng)電控監(jiān)測量,在傳感器安裝完后進行在線送電測試,校準每個測量參數(shù),保證與提升系統(tǒng)實際相對應。老系統(tǒng)提升時逐步在計算機中檢驗每一部分持續(xù)的運行過程,保證提升系統(tǒng)能一次性無誤地實現(xiàn)切換。
⑤完成裝卸載系統(tǒng)在線調試后利用老系統(tǒng)提升,但提升機裝卸載站由新系統(tǒng)中可編程控制器系統(tǒng)控制。采用新老系統(tǒng)混合控制的方式使裝卸載及提升信號系統(tǒng)控制一次性投入成功,減少了新系統(tǒng)全面調試工作量。
⑥在傳動回路中,電流閉環(huán)和速度、位置閉環(huán)是最關鍵的部分,其正確與否直接關系和影響到閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。他們利用每天兩個小時的日檢修時間對這些環(huán)節(jié)進行編碼器輸出試驗和電樞回路電流環(huán)控制的動態(tài)試驗,確定系統(tǒng)的動態(tài)響應各參數(shù),為全系統(tǒng)空載和重載測試運行創(chuàng)造條件。
⑦利用全礦井機電設備停產(chǎn)兩天的檢修時間直接一次性進行全系統(tǒng)空載試運行,經(jīng)過數(shù)次提速后達到了設計運行速度。系統(tǒng)運行平穩(wěn)和準確后再進行裝煤重載運行試驗,最后實現(xiàn)全載全自動方式的提升。
3 KZP型盤式可控制動裝置在下運膠帶機的應用
兗州礦業(yè)(集團)公司濟寧三號煤礦在五采區(qū)的下運膠帶輸送機中加設了KZP系列盤式可控制動裝置,配合可編程控制器實現(xiàn)了對下運膠帶輸送機的軟制動。
4 井下風門實現(xiàn)自動啟閉
兗州礦業(yè)(集團)公司東灘煤礦和山東省煤炭科學研究所開展了井下風門自動控制的研究,通過井下風門的特殊結構,由遠紅外傳感器對來往的車輛進行動態(tài)檢測,同時利用可編程控制器實現(xiàn)井下風門的自動開啟和關閉,保障了車輛和行人的安全。
現(xiàn)在井下使用的風門均是由人工操作的。由于負壓大,開門的操作力相當大,不僅開啟、關閉十分不便,而且極其容易損壞風門。這項研究的技術關鍵在于先開窗口然后開門。風門兩側的空氣有著一定的壓差,由于風門的面積很大,一般風門的開啟壓力為30~50kg。但是當風門已經(jīng)有了比較小的開啟時,這個壓力就會銳減到5kg以下。為了減小開啟的壓力,他們在風門上設置一個窗口。因為窗口的面積比較小,其開啟壓力只有10kg左右。窗口打開以后,風門內外兩側的壓差立刻大為減小,有效地減小了開啟機構的強度和汽缸的操作力。
5 可編程控制器在通風機自動化變頻控制中的應用
兗州礦業(yè)(集團)公司楊村煤礦在山東科技大學的協(xié)助下,成功地將可編程序控制器應用于南風井和北風井的主通風機自動化變頻系統(tǒng),運行穩(wěn)定可靠、調速平滑方便,而且實現(xiàn)了包括前導器和風門在內的全自動操作,由于其結果使得礦井的風量需求減少而全年節(jié)約電費110萬元。
該系統(tǒng)是以可編程序控制器為控制核心、智能變頻器為執(zhí)行核心的機電一體化成果。為了確保通風機的運行安全,主回路設計為兩部分:低頻部分由1臺VF61-2004智能變頻器和2臺ABB型低頻接觸器組成,是通風機的主運行回路;工頻部分由2臺降壓啟動器組成,作為低頻系統(tǒng)的后備回路,用于低頻系統(tǒng)發(fā)生故障的時候降壓啟動并且全速運行通風機。
控制系統(tǒng)由5部分組成:SU-6B工業(yè)可編程序控制器完成系統(tǒng)的自動控制和智能保護、風量傳感器實現(xiàn)系統(tǒng)的風量閉環(huán)控制、風門絞車編碼器實現(xiàn)風門的絞車精確行程控制、電流變送器實現(xiàn)通風機的過流保護、前導器電動執(zhí)行機構由可編程序控制器控制自動開啟和關閉通風機的前導器。
通風機的風門控制和風量閉環(huán)是程序設計的關鍵點。①在通風機運行過程中,如果風門的開、關過位,則有可能造成風門絞車斷電或者對風門造成損壞;如果開、關不到位,則會引起漏風從而影響通風機的效率。因而,除了在系統(tǒng)的硬件設計中給予了充分的重視之外(采用TRD1000型軸編碼器),軟件的設計也作了周密的考慮。②風量閉環(huán)的質量直接影響到礦井的通風質量甚至通風安全,所以在軟件設計中采用了PD調節(jié)的方式,以保證閉環(huán)的質量。
6 空氣壓縮機群組的微機監(jiān)控系統(tǒng)
由兗州礦業(yè)(集團)公司楊村煤礦和山東省煤炭科學研究所研制的以可編程控制器為核心的空氣壓縮機群組微機監(jiān)控系統(tǒng),徹底解決了以單片機或者工業(yè)控制機為核心的空氣壓縮機微機監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)測試不準以及整機抗干擾能力差的問題,完善了空氣壓縮機在運轉過程中的安全保護。
空氣壓縮機是煤礦生產(chǎn)的重要動力設備之一。國內目前運行的空氣壓縮機大都是采用一般的繼電器控制,其監(jiān)控與保護的技術水平低下,不能夠達到《煤礦安全規(guī)程》對空氣壓縮機運行的規(guī)定要求,因而故障率高、維護量大。雖然有些礦井采用了空氣壓縮機自動控制以及微機控制技術,但由于所選機型或采取的技術措施不能適應煤礦空氣壓縮機房的特殊生產(chǎn)環(huán)境,安裝不久就不能正常使用。新研制的空氣壓縮機群組微機監(jiān)控系統(tǒng)由溫度變送器、壓力變送器、斷水裝置實時采集現(xiàn)場信號,送到可編程控制器各相關模塊,由CPU進行處理,經(jīng)傳感器專用數(shù)顯儀表實時監(jiān)測、顯示設備的工作狀態(tài)與參數(shù)值,具有溫度監(jiān)測與保護、壓力監(jiān)測與保護、斷水指示與保護、電參數(shù)監(jiān)測與保護、空氣壓縮機群組集中控制等功能。
其主要性能特點是:①主機采用進口原裝可編程控制器,整機穩(wěn)定可靠,抗干擾能力強;其模塊化結構與簡單易懂的編程語言,便于現(xiàn)場維護。②采用高精度溫度、壓力變送器及傳感器專用數(shù)顯儀表、線性電源對AD/DA模塊供電、“一對一”屏蔽電纜接線等技術。③系統(tǒng)具備集中控制、參數(shù)自動巡檢(巡檢時間間隔由用戶自由設定)與手動檢測的功能,且具有運行指示、告警指示、消音、復位等項功能。④整機硬件配置合理,軟件結構化設計,性能價格比高;面板PVC工藝制作,外形美觀漂亮。
7 PLC在礦山空氣風縮機集中監(jiān)控中的應用
8 集散式分布控制系統(tǒng)應用于礦井水處理系統(tǒng)
兗州礦業(yè)(集團)公司濟寧二號煤礦原有的礦井水處理設施已無法滿足礦井水排量的需求,必須對原處理設施進行技術改造,提高礦井水的處理能力。為此,他們在山東省煤炭科學研究所的幫助下增設了一套新的礦井水處理設備。為了降低了水處理成本,采用了集散式分布控制系統(tǒng),對設備異常采用超級文本指示可能出現(xiàn)故障的原因,有利于準確分析、判斷和排除故障。
9 用PLC實現(xiàn)選煤廠設備起車前故障檢測
兗州礦業(yè)(集團)公司濟寧三號煤礦選煤廠采用可編程序控制器控制選煤廠設備起車前的故障預檢測,保證全部設備一次起車成功,成功率幾乎達到了100%,取得了良好的效果。
該廠的設備均采用集中控制方式。在起車過程中,只要其中有一臺設備發(fā)生了故障,其余的設備就必須全部停車檢修,而且要待到所有設備均無故障后才能再次起車。由于選煤廠的設備數(shù)量多達數(shù)百臺,因而起車的過程經(jīng)常需要重復好幾次,不僅嚴重影響了正常生產(chǎn)秩序,還造成了設備的空運轉磨損,浪費了電能消耗。為此,他們采用可編程序控制器對設備進行起車前的故障預測。此項改造完成后,開車前由可編程序控制器對電動機的二次控制回路進行故障檢查,檢測接點被串入集中控制起車信號回路和電動機控制回路中。在設備完好狀態(tài)下,檢測接點是閉合的,設備有輸入信號,此時即可以起車;當設備有故障時,檢測接點則是打開的,這時設備沒有輸入信號,立即可找出故障。常見故障有漏電繼電器、熱繼電器、綜合保護器等跳閘及停止按鈕按下后沒有復位等。
10 PLC在鮑店選煤廠集控系統(tǒng)的應用
兗州礦業(yè)(集團)公司鮑店煤礦選煤廠的控制系統(tǒng)采用底層可編程控制器系統(tǒng)與上位機監(jiān)控相結合的模式,以數(shù)據(jù)量邏輯控制為主,配以少量工藝過程參數(shù)的模擬量檢測監(jiān)視,用于實現(xiàn)工藝流程系統(tǒng)設備的集中啟、停車控制和運行過程中的連鎖控制,并且具有工藝過程參數(shù)的閉環(huán)控制系統(tǒng),達到國內同行業(yè)中的先進水平。
該廠原先的集控系統(tǒng)采用SIMATIC TI545、配煤系統(tǒng)采用SIMATIC S70-300。集控系統(tǒng)的整體框架分為原煤重介選矸系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、儲裝運系統(tǒng)、跳汰(水洗)系統(tǒng)、撈坑系統(tǒng)、沉降離心脫水系統(tǒng)、除木雜系統(tǒng)及壓濾車間監(jiān)控系統(tǒng)。集控系統(tǒng)有三個操作站:調度室操作洗煤系統(tǒng)的跳汰(水洗)系統(tǒng)、撈坑系統(tǒng)和沉降離心脫水系統(tǒng);原煤集控室操作原煤系統(tǒng)的重介選矸系統(tǒng)和篩分系統(tǒng);儲運集控室操作儲裝運系統(tǒng);壓濾車間設備僅在模擬盤上顯示。三個集控室有各自的可編程控制器主機,互不通訊,版本不一。改造后的新集控系統(tǒng)將洗煤、壓濾與儲運系統(tǒng)合為一臺可編程控制器主機,原煤車間單獨一臺可編程控制器主機;兩臺主機不直接通訊,系統(tǒng)通過上位機通訊互訪。
控制方案選用施耐德140系列PLC系統(tǒng),主機選用CPU11303中央處理單元,具有512K字節(jié)RAM,MODBUS、MODBUS PLUS接口。與現(xiàn)場設備狀態(tài)檢測及控制電路相連的部分采用MODBUS PLUS工業(yè)總線結構的分布式控制系統(tǒng),在廠調度室和原煤車間分別設置獨立的可編程控制器主機站,在主廠房洗煤車間9PD、10PD和5PD-1配電室、原煤車間3PD、重介二樓配電室、重介三樓配電室、篩分車間配電室、原煤1#變電所、儲運集控5PD-1、原煤2#變電所、塊煤倉下、原煤倉下和壓濾車間配電室設置分布站,除了原煤車間3PD、重介二樓配電室、重介三樓配電室、篩分車間配電室和原煤1#變電所分布站由原煤系統(tǒng)可編程控制器控制外,其余分布站均由廠調度室可編程控制器控制。
11 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施
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