国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

煤礦用泵站控制系統(tǒng)國產(chǎn)化改造

2018-07-30 10:27喬永軍
陜西煤炭 2018年1期
關(guān)鍵詞:分站泵站變頻

喬永軍

(神華神東煤炭集團公司 設(shè)備維修中心,陜西 神木 719315)

0 引言

泵站是為煤礦井下綜采工作面提供液壓動力和噴霧降塵的設(shè)備,其可靠運行既能保證礦井產(chǎn)能,且能為煤礦一線工人提供低塵的工作環(huán)境。因此,資金狀況好的企業(yè)多選用進口名優(yōu)泵站,但是進口泵站存在外方服務(wù)費用高、備件供貨周期長、技術(shù)封鎖等問題,迫使煤礦企業(yè)需要對進口泵站進行國產(chǎn)化改造。目前國內(nèi)進口的泵站大多為卡馬特和雷波兩家,本文介紹一種在卡馬特、雷波泵站控制器現(xiàn)有功能基礎(chǔ)上開發(fā)的國產(chǎn)化乳化液泵站控制系統(tǒng)。該套泵站控制系統(tǒng)融合了卡馬特、雷波兩家泵站控制系統(tǒng)的功能,滿足乳化液泵站4泵2箱,噴霧泵站3泵1箱、高壓過濾站的控制需求,可實現(xiàn)泵站自動、手動控制;并且能夠?qū)a(chǎn)礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻器進行控制,由變頻器驅(qū)動乳化泵或噴霧泵,實現(xiàn)恒壓供液。

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線控制技術(shù),設(shè)計了控制主站和控制分站。主站一臺,分站多臺(數(shù)量等于被控設(shè)備的數(shù)量),主站與分站之間采用CANOpen通信協(xié)議。主站另設(shè)RS485總線接口和計算機網(wǎng)絡(luò)接口,與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)信息,實現(xiàn)信息共享和遠程控制功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 泵站控制系統(tǒng)

2 硬件設(shè)計

2.1 主站設(shè)計

顯示器:選用進口12吋液晶顯示屏,硬件功能如下:①高分辨率,高亮度的色彩,附高速圖形控制器,閃存存儲畫面;②前面板防水、防塵處理,防護等級:IP65F;③方便安裝的超薄設(shè)計,具有串行、并行通訊口;④耐用的矩陣式觸摸鍵;⑤基于Window的人機界面設(shè)計軟件工具,可下載操作系統(tǒng)軟件及字體庫數(shù)據(jù),動態(tài)的用戶圖形和Tags界面,支持中文、英語、韓文、日語等多語種,多種控制器通訊驅(qū)動支持;⑤控制器具有協(xié)議分析通訊診斷功能,具有數(shù)據(jù)、參數(shù)批處理的配方功能,具有數(shù)據(jù)上載功能(屏幕/轉(zhuǎn)移/處理數(shù)據(jù)),便于使用內(nèi)部緩沖器的存儲器,直接/間接地址設(shè)定到PLC或控制器。

軟件編程功能:①支持 Windows95/98/NT/2000/ME/XP;②完整的工程項目管理環(huán)境;面向?qū)ο蟮膱D形和動態(tài)Tags編輯;可通過下載系統(tǒng)軟件和字體數(shù)據(jù)進行升級;方便使用的圖形和Tag工具手柄;多屏預(yù)覽;自動屏幕保護;③圖形微處理畫面放大功能(100%、200%、300%);按Microsoft Excel工作表格方式打印Tags列表;可以使用方向鍵移動或調(diào)整大?。虎躓indows屏幕組成的信息—圖表、Tags、選擇對象的列表;⑤具有內(nèi)部通訊存儲區(qū)—系統(tǒng)緩沖區(qū);⑥直接/間接設(shè)備地址設(shè)定;⑦支持系統(tǒng)零件庫;支持文本,支持位圖,支持Windows所有字庫;⑧支持在線仿真。

控制器:選用進口高端PLC CX9000,CX9000是一種可以安裝在DIN導軌上的緊湊型以太網(wǎng)控制器,配備了帶XScale?技術(shù)的Intel?IXP420處理器,時鐘頻率為266 MHz。Beckhoff I/O系統(tǒng)可以直接集成到CPU模塊中。CX9000包括CPU、帶兩種配置選項的內(nèi)部閃存、主內(nèi)存(RAM)(有兩種尺寸可用)及用作非易失性內(nèi)存的NOVRAM。基本配置還包含兩個以太網(wǎng)RJ45接口。這兩個接口與一個內(nèi)部交換機相連,用戶可以在不使用額外以太網(wǎng)交換機的情況下簡便地創(chuàng)建線型拓撲結(jié)構(gòu)。CX9000還以Ⅰ型和Ⅱ型CF卡的形式提供了可選的存儲介質(zhì)。操作系統(tǒng)為 Microsoft Windows CE。TwinCAT自動化軟件將CX9000系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為一個功能強大的PLC和運動控制系統(tǒng),無論在帶或不帶可視化功能的情況下都可以進行操作,見圖2。

圖2 主站控制器

圖3 分站控制器

通訊端口分配:將兩路RS485接口和兩路CANopen接口連接到 CPU模塊上。一路RS485與顯示屏通信,另一路RS485與組合開關(guān)通信;一路CANopen與乳化泵分站通信,另一路CANopen與噴霧泵分站通信。

2.2 分站設(shè)計

分站采用隔爆兼本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu),由電源箱和操作箱兩部分構(gòu)成。電源箱提供一路24 V本安電源和一路12 V本安電源;操作箱包含控制器和操作按鈕,見圖3。

控制器選用進口小型PLC-BC5150 | CANopen“緊湊型”總線端子模塊控制器。

總線端子模塊控制器是集成有PLC功能的總線耦合器。BC5150具有外形精巧、性價比高的特點。CANopen控制器具有自動檢測波特率的功能(最大1Mbaud),有兩個地址選址開關(guān)用于地址分配。

BC5150可使用符合IEC 61131-3標準的TwinCAT編程系統(tǒng)進行編程,以使用5種不同的編程語言(IL、FBD、LD、SFC、ST)編寫。BC5150的組態(tài)/編程接口用于裝載 PLC程序。如果使用軟件PLC TwinCAT,則PLC程序也可通過現(xiàn)場總線裝載。所連接的總線端子模塊的輸入和輸出被分配在PLC的默認設(shè)置中??蓪γ總€總線端子模塊進行配置,使其直接通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)與上層自動化設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。同樣,預(yù)處理的數(shù)據(jù)也可通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)總線端子模塊控制器和上層控制器之間的數(shù)據(jù)交換。PLC程序還可以對周期時間進行調(diào)節(jié)和測量。

3 現(xiàn)場總線

3.1 主、分站之間采用CANOpen通信

CANOpen是在CAN基礎(chǔ)上開發(fā)的應(yīng)用層協(xié)議,該協(xié)議使各個站有了站號(Node-ID)的概念,有一個網(wǎng)絡(luò)管理主機(NMT-Master)對各個站進行初始化,掉線的響應(yīng)等。它在繼承了CAN總線抗干擾能力強,安全可靠的基礎(chǔ)上,又大大提高了各個站的控制能力。

CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇,是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較之許多RS-485基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言,基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)越性:①CAN控制器工作于多種方式,網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)(取決于報文標識符)采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù),且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼,而代之以對通信數(shù)據(jù)進行編碼,這可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù),這些特點使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強,并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性;②與其它現(xiàn)場總線比較而言,CAN總線是具有通信速率高、容易實現(xiàn)、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標準的現(xiàn)場總線。這些也是CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域,具有強勁的市場競爭力的重要原因;③CAN實現(xiàn)總線分配的方法,可保證當不同的站申請總線存取時,明確地進行總線分配。這種位仲裁的方法可以解決當兩個站同時發(fā)送數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的碰撞問題。甚至當總線在重負載情況下,以消息內(nèi)容為優(yōu)先的總線存取也被證明是一種有效的系統(tǒng)。雖然總線的傳輸能力不足,所有未解決的傳輸請求都按重要性順序來處理。在CSMA/CD這樣的網(wǎng)絡(luò)中,如Ethernet系統(tǒng)往往由于過載而崩潰,而這種情況在CAN中不會發(fā)生。

3.2 主站與組合開關(guān)之間采用RS485通信,Modbus_RTU協(xié)議

RS485屬于有線傳輸,硬件傳輸媒介只需兩根線,RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合,抗共模干能力增強,即抗噪聲干擾性好。每臺泵的啟動或停止指令由主站通過RS485總線發(fā)給組合開關(guān),組合開關(guān)將每臺泵開關(guān)回路的閉合或分閘狀態(tài)通過RS485總線發(fā)給主站,不再使用先導和反饋電纜,省工省時省費用。

Modbus協(xié)議詳細定義了校驗碼、數(shù)據(jù)序列等,這些都是特定數(shù)據(jù)交換的必要內(nèi)容。Modbus協(xié)議在一根通訊線上使用主從應(yīng)答式連接(半雙工),在一根單獨的通訊線上信號沿著相反的兩個方向傳輸。首先,主計算機的信號尋址到一臺唯一的終端設(shè)備(從機),然后,終端設(shè)備發(fā)出的應(yīng)答信號以相反的方向傳輸給主機。Modbus協(xié)議只允許在主機和終端設(shè)備之間通訊,而不允許獨立的終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換,各終端設(shè)備僅限于響應(yīng)到達本機的查詢信號。

查詢:查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息:從寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯誤檢測域為從設(shè)備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。

回應(yīng):如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常的回應(yīng),在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù)—如寄存器值或狀態(tài)。如果有錯誤發(fā)生,功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯誤的,同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主設(shè)備確認消息內(nèi)容是否可用。

4 軟件設(shè)計

4.1 控制功能

控制系統(tǒng)可實現(xiàn)泵站自動、手動與就地控制;控制系統(tǒng)具有對泵站油、水和液箱完整的傳感器保護功能,具有潤滑油壓力低保護,潤滑油過溫保護、吸液口壓力過低保護、液箱超溫保護、乳化油液位低保護、水箱水位低等保護??刂葡到y(tǒng)具有泵站系統(tǒng)進出液壓力、油溫、油位、油壓、水壓和乳化液箱液位、液溫、乳化油油位、油溫、乳化液濃度、水箱水位、水溫、回液壓力、回液中轉(zhuǎn)箱液位等設(shè)備的在線監(jiān)測等,實現(xiàn)主要設(shè)備的狀態(tài)檢測、預(yù)警與保護。

控制系統(tǒng)自動檢測并顯示乳化液泵的出口壓力,并且通過卸載閥對系統(tǒng)壓力進行控制。系統(tǒng)壓力是由主泵的加載壓力決定的,一般情況下主泵的加載壓力下限設(shè)定為300 bar,上限為330 bar。加載閥不斷地動作使壓力在該范圍波動,而平均值基本維持在315 bar。從泵的加載壓力上限值和下限值依次遞減。

4.2 變頻調(diào)速控制

配套礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻器以后,控制系統(tǒng)具有變頻調(diào)速控制功能,能夠控制1臺乳化液泵和1臺噴霧泵的變頻調(diào)速,調(diào)速范圍在15~50 Hz之間;通過調(diào)節(jié)變頻電機轉(zhuǎn)速控制變頻泵站的流量,減少卸載閥的動作次數(shù),降低系統(tǒng)壓力波動,降低能耗。調(diào)速控制采用PID算法,如圖4所示。

PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便,已成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學模型時,控制理論所需的其它技術(shù)參數(shù)難以采用時,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定,這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。PID控制器根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制。

圖4 泵站控制系統(tǒng)框圖

比例(P)控制:控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。

積分(I)控制:在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。為消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中須引入“積分項”。比例+積分(PI)控制器,可使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后幾乎無穩(wěn)態(tài)誤差。

微分(D)控制:在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在較大慣性組件或滯后組件,其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是增加“微分項”,它能預(yù)測誤差變化的趨勢,這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。

PID控制器參數(shù)整定:它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。參數(shù)整定采用工程整定方法,通過試驗,然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。

噴霧泵PID控制源程序:比例參數(shù)Water1PID_P和積分參數(shù)Water1PID_I可以在主站控制器進行設(shè)置,出廠值分別為2.0和50。

(*設(shè)定水壓力的百分比值 *)

fbWater1PID.SP_INT:= UINT_TO_REAL(Water1PIDSetValue)*100.0 / 600.0;

(*實際水壓力*)

fbWater1PID.PV_IN:=INT_TO_REAL(WaterTankPress.Value)*100.0/600.0;

(*調(diào)用PID*)

fbWater1PID(

COM_RST:= Water1PumpState.State <> Water1PumpState.RUN_STATE,

MAN_ON:= NOT Water1EnablePIDControl,

PVPER_ON:= FALSE,

P_SEL:= TRUE,(* P控制使能禁用 *)

I_SEL:= TRUE,(* I控制使能禁用 *)

INT_HOLD:= FALSE,(*積分保持。保持:TRUE *)

I_ITL_ON:= FALSE,(**)

D_SEL:= FALSE,(* D控制使能禁用 *)

CYCLE:= t#20ms,(* PLC周期,一定要與實際PLC周期一致 *)

SP_INT:=,(*給定值 *)

PV_IN:=,(*實際值 *)

PV_PER:=,(**)

MAN:= 100.0,(*手動時候的輸出值 *)

GAIN:= UINT_TO_REAL(Water1PID_P)/10.0,(* P值 *)

TI:=UINT_TO_TIME(1000*Water1PID_I),(* I積分時間*)

TD:= T#10s,(* D微分時間,必須大于PLC周期 *)

TM_LAG:= T#2s,(**)

DEADB_W:=0.5,(*死區(qū) *)

LMN_HLM:= 100.0,(*輸出上限 *)

LMN_LLM:= 30.0,(*輸出下限 *)

LMN =>,(*輸出[0.0,100.0] *)

PV =>,(**)

ER =>);(**)

乳化泵系統(tǒng)恒壓供液:通過軟件設(shè)置乳化泵系統(tǒng)壓力,壓力低于設(shè)定壓力時,電磁加載閥打開,變頻器加速,直至最大轉(zhuǎn)速;壓力高于設(shè)定值時,變頻器減速,直至最低轉(zhuǎn)速,此時如果壓力仍然高于設(shè)定值,則電磁加載閥關(guān)閉。對系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié),優(yōu)先調(diào)節(jié)變頻器轉(zhuǎn)速,減少電磁加載閥動作次數(shù)。

噴霧泵系統(tǒng)恒壓供液:噴霧泵系統(tǒng)為敞開式供液系統(tǒng),完全依靠變頻器即可實現(xiàn)恒壓供液,在神東補連塔煤礦12511工作面泵站控制系統(tǒng)實際應(yīng)用中,噴霧泵供液壓力誤差<1%(實際值與設(shè)定值相差>6 bar,壓力傳感器量程600 bar)。

泵站智能輪回控制:控制系統(tǒng)能實現(xiàn)泵站的智能聯(lián)動。泵站的“主、次、備”輪回控制,可以根據(jù)工作面用液情況實現(xiàn)泵站的智能啟、??刂?;其中主泵是變頻泵,次泵和備用泵都是工頻泵。控制系統(tǒng)能進行動態(tài)的主從調(diào)整,變頻泵運行則變頻泵是主泵,變頻泵未運行時第一臺運行的泵是主泵,第二臺是從1以此類推。若當前的主泵停止運行(故障或人為因素)則從1泵應(yīng)立刻提升為主泵。算法上是利用了一個隊列,所有運行的泵加入隊尾而停止的泵則出列,列首永遠為變頻泵保留。

列首M4M1M2

上面的情形顯然變頻泵沒有運行,M4是主泵、M1是從1,M2是從2。當M4故障停機時隊列如下。

列首M1M2

這時候M1立刻成為主泵,M2為從1。這個掃描隊列的時間自然是PLC周期。所以這一切在時間上不會差的太多。另一個重要的問題,泵頭剛運行時應(yīng)避免立刻接通加載閥。這樣會導致重載啟動,這里選擇了5 s作為回避該問題的時間。5 s的時間影響不了采煤工作,但可回避掉重載啟動的問題。

數(shù)據(jù)記錄:主站控制器具有數(shù)據(jù)和故障記錄、自診斷功能、保存功能;具有壓力曲線顯示功能可以形象地觀察壓力的穩(wěn)定情況??梢圆樵儦v史信息和運行信息,數(shù)據(jù)可以利用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛?,在井上可以顯示井下主機上同樣的畫面,在地面實時監(jiān)控。

5 結(jié)語

國產(chǎn)化泵站控制系統(tǒng)自2012年開發(fā)成功,已經(jīng)在神華神東煤炭集團、內(nèi)蒙古伊泰煤炭集團等大型煤礦企業(yè)廣泛應(yīng)用。運行可靠、經(jīng)濟,操作簡單,具有較大的推廣價值。

猜你喜歡
分站泵站變頻
佩雷茲獲賽季個人首個分站冠軍——2022 F1摩納哥大獎賽
張家邊涌泵站建設(shè)難點及技術(shù)創(chuàng)新實踐
全封閉緊湊型變頻調(diào)速電機設(shè)計
大型變頻調(diào)速異步電機的設(shè)計
基于CAN 總線多主通信技術(shù)的監(jiān)控分站設(shè)計
泵站運行管理現(xiàn)狀及其改善措施
基于變頻式的寬輸入開關(guān)電源設(shè)計研究
2016年河南省己建成泵站數(shù)量
全省已建成泵站數(shù)量
圓月前的戰(zhàn)役 2015長城潤滑油CTCC 中國房車錦標賽第六分站
阜宁县| 麻江县| 陈巴尔虎旗| 镇安县| 水富县| 吉安市| 佛教| 镇雄县| 林口县| 工布江达县| 凤阳县| 荔浦县| 河曲县| 成武县| 泽州县| 沈阳市| 松溪县| 丰城市| 临江市| 木兰县| 高淳县| 虎林市| 辽宁省| 合肥市| 黑龙江省| 林西县| 张掖市| 丽江市| 铁岭县| 伊宁市| 邵阳县| 彰化市| 沙洋县| 鄯善县| 延津县| 鄂托克前旗| 贵州省| 昌平区| 玉门市| 西青区| 海林市|