淺析單法蘭差壓變送器遠程集中控制系統(tǒng)設計

摘要:為進一步提高單法蘭差壓變送器運行的可靠性，及時處理單法蘭差壓變送器的各類事故，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(tǒng)。闡述了集控系統(tǒng)的組成、工作原理、控制功能、使用效果，詳細介紹了集控系統(tǒng)現(xiàn)場設備層單法蘭差壓變送器模擬量信號及開關(guān)量信號的采集及傳輸、集中控制層AB-1756系列PLC控制系統(tǒng)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。實際運行表明，該系統(tǒng)不但提高了單法蘭差壓變送器的運行安全可靠性，而且可以實現(xiàn)各類信息集成與礦井實現(xiàn)信息互通，為礦井進一步實現(xiàn)綜合自動化、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、運量大、連續(xù)運輸、運行可靠、易于實現(xiàn)自動化和集中控制、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，已在煤礦得到廣泛的應用［1-5］。正通煤業(yè)公司的火車裝車站至洗選廠火車裝車儲煤倉的距離長1500m，采用三級單法蘭差壓變送器將選煤廠火車裝車儲煤倉的煤炭運至火車裝車站。但火車裝車需煤量大，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(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，主電動機有強制風冷系統(tǒng)，單法蘭差壓變送器自帶防止倒轉(zhuǎn)的盤式制動器，各級單法蘭差壓變送器均配置液壓張緊裝置，輸送帶沿線有拉繩、防跑偏等各種保護裝置�；疖囇b車煤流運輸系統(tǒng)設備設施多、輸煤線路長，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(tǒng)。

1單法蘭差壓變送器遠程集中控制系統(tǒng)設計思路

該集控系統(tǒng)由現(xiàn)場設備層、集中控制層、遠程管理層(上位機)3層控制模式組成，實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的采集、處理與傳輸，單法蘭差壓變送器集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 

 

2系統(tǒng)控制模式

2．1現(xiàn)場設備層

現(xiàn)場設備層包括:單法蘭差壓變送器輔機潤滑油泵、冷卻風扇等防爆就地控制箱，單法蘭差壓變送器盤閘防爆控制箱，液壓漲緊裝置防爆就地控制箱，各種監(jiān)測傳感器及保護開關(guān)、線纜等。

2．1．1防爆就地控制箱

單法蘭差壓變送器盤閘防爆就地啟動箱和液壓漲緊裝置防爆就地啟動箱均具有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按鈕、停止/急停按鈕組成，除急停保護外無其他的保護功能。就地控制箱的設立便于設備檢修時的試運行，以及單法蘭差壓變送器遠程集控系統(tǒng)故障時應急開停機。

2．1．2信號采集及傳輸系統(tǒng)

信號采集系統(tǒng)主要由各類傳感器、線纜組成，實現(xiàn)各類信號的采集和傳輸。PT100熱電偶溫度傳感器對電動機軸承及定子繞組、減速器各部軸承及其潤滑油進行溫度監(jiān)測，監(jiān)測到的模擬信號經(jīng)線纜傳輸?shù)絇LC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(zhuǎn)速信號由高壓變頻柜提供并通過線纜傳輸?shù)絇LC控制柜的IF16模擬量輸入模塊。系統(tǒng)采用KBZL-220型隔爆縱向防撕裂保護開關(guān)監(jiān)測輸送帶撕裂信號、KBJ-220型隔爆欠速開關(guān)監(jiān)測輸送帶欠速信號、KBW-220L型隔爆往復式拉繩開關(guān)監(jiān)測輸送帶急停信號、KBW-220P隔爆二級跑偏開關(guān)監(jiān)測輸送帶跑偏信號、差壓變送器監(jiān)測減速器潤滑油壓的限值信號，這些開關(guān)信號均經(jīng)線纜傳輸?shù)絇LC控制柜的IM16I型開關(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(盤閘、液壓漲緊裝置、電動機風扇、減速器風扇及其潤滑油泵)的狀態(tài)、故障等開關(guān)量信號傳輸?shù)絇LC控制柜的IM16I型開關(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、高壓變頻啟動柜、低壓啟動柜、PLC控制柜組成。

 

2．2．1高低壓電源柜

高壓電源開關(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高壓變頻啟動柜

高壓變頻啟動柜是單法蘭差壓變送器主電動機的起動設備，每臺高壓變頻啟動柜具有PLC控制功能，盤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現(xiàn)單法蘭差壓變送器的啟停、參數(shù)設定及故障記錄查詢等功能，工頻啟停按鈕在變頻器故障時采用工頻應急啟動單法蘭差壓變送器。變頻器向?qū)�應的高壓電源開關(guān)柜提供一對合閘允許的無源觸點，該觸點閉合時，高壓開關(guān)才允許合閘，同時向高壓電源開關(guān)柜提供一對高壓斷路器緊急分斷的無源觸點，該觸點閉合時高壓開關(guān)必須立即分斷。

 

2．2．3低壓啟動柜

低壓啟動柜為單法蘭差壓變送器附屬設備電動機的起動裝置，具有就地啟動和試驗功能，可以對單法蘭差壓變送器各輔機進行單機啟停、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(jié)構(gòu)，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(tǒng)架構(gòu)采用控制網(wǎng)冗余通信網(wǎng)絡，便于與控制系統(tǒng)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型開關(guān)量輸入模塊、2塊OW16I型開關(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A13型槽機架、交流穩(wěn)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(zhuǎn)換開關(guān)等，單法蘭差壓變送器的各種監(jiān)測信號通過線纜傳輸?shù)絇LC控制柜，由PLC實現(xiàn)各類信號的運算，并發(fā)出相應的控制指令。PLC輸出控制方式有3種，系統(tǒng)采用繼電器輸出方式，輸出電源220V，輸入方式采用開關(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

遠程管理層由裝車站的HTB-1100S型單模雙纖光電轉(zhuǎn)換開關(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、通信線纜組成，下位機(PLC控制柜)傳輸?shù)耐ㄐ判盘柦?jīng)光纖轉(zhuǎn)換開關(guān)進行光電信號轉(zhuǎn)換，再由工業(yè)以太網(wǎng)交換機拓展工業(yè)網(wǎng)絡，通過通信線纜將電信號傳輸?shù)絻膳_工控機，通過工控機、顯示器實現(xiàn)單法蘭差壓變送器的遠程集控。系統(tǒng)可實時顯示每部單法蘭差壓變送器及其輔機各類保護的工作狀態(tài)，便于及時發(fā)現(xiàn)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(tǒng)的工作原理

PLC控制系統(tǒng)采用計算機、通信網(wǎng)絡、自動化、工業(yè)控制等技術(shù)，通過傳感器對單法蘭差壓變送器及其附屬設備進行保護。傳感器將實時測量采集到的運行工況參數(shù)(如跑偏、撕裂、拉繩、欠速、溫度、油壓等)通過工業(yè)控制總線通信技術(shù)，反饋給PLC控制層進行數(shù)據(jù)處理。經(jīng)過PLC綜合處理后，一方面將控制數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場所控設備，完成設備的自動啟停;另一方面工業(yè)以太網(wǎng)將處理后的數(shù)據(jù)通過上位機的組態(tài)軟件處理成圖像，以友好的人機畫面提供給單法蘭差壓變送器集控員，集控員根據(jù)單法蘭差壓變送器的運行情況，進行具體操作與控制，下達操作指令，逆向傳輸，通過上位機—PLC—現(xiàn)場設備的順序，完成對設備的控制，#終實現(xiàn)系統(tǒng)的實時監(jiān)測與自動化集中控制［8-10］。

 

4遠程集控的功能

遠程集控方式時，需將高壓變頻啟動器的電源開關(guān)柜的遠程/就地控制轉(zhuǎn)換開關(guān)置于遠控位置，由遠程管理層的集控員進行設備的遠程集中控制。單法蘭差壓變送器啟動時必須先輔機后主機，停機時先主機后輔機。單法蘭差壓變送器開機前必須先打開盤閘，起動電動機，啟動減速器的冷卻風扇和減速器的強制潤滑油泵，確保液壓漲緊裝置正常，電動機及減速器的冷卻風扇運轉(zhuǎn)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關(guān)、失速開關(guān)、防撕裂開關(guān)、跑偏開關(guān)均在正常狀態(tài)，高壓變頻器在待機狀態(tài)，此時，單法蘭差壓變送器監(jiān)測系統(tǒng)將監(jiān)測到的狀態(tài)信號傳遞到集中控制層的PLC控制系統(tǒng)，由PLC發(fā)出單法蘭差壓變送器主電動機啟動指令，啟動單法蘭差壓變送器。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(shù)異常動作、拉繩開關(guān)動作、欠速85%及以下持續(xù)1min、防撕裂開關(guān)動作、跑偏開關(guān)二級保護動作(一級報警，二級動作)時，監(jiān)測信號傳遞到PLC控制柜，進行數(shù)據(jù)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(tǒng)的閉鎖控制啟停順序:逆煤流啟動、順煤流停止;任何一部單法蘭差壓變送器故障急停時，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實際應用效果

單法蘭差壓變送器遠程控制系統(tǒng)可以避免啟動設備時，操作人員因誤操作造成單法蘭差壓變送器輔機未啟動時啟動單法蘭差壓變送器主電動機而損壞設備。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造成的堆煤現(xiàn)象，減少了人工清理工作。該系統(tǒng)在正通煤業(yè)公司火車裝車系統(tǒng)進行了具體的實施，能夠根據(jù)上位機顯現(xiàn)單法蘭差壓變送器故障現(xiàn)象準確判斷故障點，有助于及時處理單法蘭差壓變送器各類事故，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值。

6結(jié)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(tǒng)實現(xiàn)了火車裝車系統(tǒng)三級單法蘭差壓變送器的聯(lián)鎖啟停，數(shù)據(jù)采集準確，PLC控制系統(tǒng)相應靈敏，保護功能完善。煤流運輸系統(tǒng)的集控系統(tǒng)采用控制網(wǎng)冗余通信網(wǎng)絡，可與控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)進行通信，實現(xiàn)各類信息集成，與礦井實現(xiàn)信息互通、共享，為礦井實現(xiàn)綜合自動化、信息化創(chuàng)造條件。