乳化瀝青流量計遠程自動化控製係統的研究與應用

摘要：我國煤礦多為井工開采，巷道掘進過程中使用大量的氣動設備（bèi），乳化瀝青流量計擔負著礦井的壓縮空氣的生產任（rèn）務，為（wéi）風鎬、風鑽以及其它工具（jù）提供動能。傳統的單台獨立（lì）控（kòng）製、人工開停機的操作（zuò）工藝（yì），已經很難保證壓縮空氣的供氣質量，也不利於對乳化瀝青流量計的維護管理，為解決該問題，本文設計了（le）基於PLC技術、計算（suàn）機控製（zhì）技術、網絡技（jì）術（shù）、光纖通訊技術的乳化瀝青流量計實現集中控製，通過采集處理電機電流、電壓信號，溫（wēn）度、壓力信號，實現乳（rǔ）化瀝青流（liú）量計各種（zhǒng）保護、報警、監控功（gōng）能、風機的自動投入與退出。經過在貴州能發高山礦業有限公司實施，提高了礦井壓風係統的自動化程度，提高了乳化瀝（lì）青（qīng）流量計運行的安全性、可（kě）靠（kào）性，提高了安全生產和管理（lǐ）水平（píng），實現遠程集中控製（zhì）、實現無人值守，降低了工人（rén）勞動強度，大大提高了該礦乳化瀝青流量計工效及生產（chǎn）管理水平。
1 係統改（gǎi）造目標
為（wéi）響應機械化換人、自動化減人，科技（jì）強（qiáng）安戰略目標的實現，貴（guì）州豫能擬在貴州能（néng）發高山礦業有限公司實施乳化瀝（lì）青流量計控製係統自動化改造，預期達到下述目標：
1）對乳化瀝青流量計實施科學管理；
2）提（tí）高乳化瀝青（qīng）流量計控製係統安全（quán）性、準確性、可靠性；
3）提高（gāo）高山煤礦乳化瀝青流量計控製係統自動化程度；
4）協調生（shēng）產係統中各係統之間（jiān）的（de）關（guān）係，提高機械和電氣設備的利用（yòng）率，實現無人值守（shǒu），提高安全生產和管理水平。
2 係統改造前現狀
貴州能發高山礦業有限（xiàn）公司乳化瀝青流量計房有3台空壓機，3個風（fēng）包，兩趟入井管路（lù），乳化瀝青流量計（jì）電機額定電壓等級0.66kV。目前乳化瀝青流量計係統安裝有簡（jiǎn）易（yì）在線監測係統，通過現場麵板能夠簡單查詢風（fēng）機狀態，但是采集（jí）傳感器安全不全麵（miàn），無法對（duì）電機溫度等相關數據進行實時采集，當前係統（tǒng）的啟停主要靠人工的（de）操作（zuò）。迫切需要進行自動化改造，提高壓風係統自動化程度，提高係統效（xiào）率。
3 係統方案設計與實施
乳化瀝青流（liú）量計自動化係統主要由以下兩部分組成。
1）上位機
上（shàng）位機設置在集中控製中心，主要包括（kuò）控製計算機、顯示器、語音報警裝置及（jí）控製軟件等。
2）乳化瀝青（qīng）流量計房監控單（dān）元
主要由（yóu）PLC控製櫃、電動閥門、傳感器等組成，為了實現空壓機房的無人值守及遠程自動化控製。經過（guò）充（chōng）分的分析，本次PLC控製櫃內的主站控製器選用西門子s7-1200係列PLC來保證係統可靠性，風機及管路上的閥門全部更換為電動（dòng）閥門，現場加配傳感器實時（shí）采集現場物理量信號，並將其轉換為標準電信號傳送給CPU。
本係統現場使用（yòng）的傳感（gǎn）器較多，如壓力、溫度等等。為減少傳輸誤差，提高檢測（cè）精度，均選用帶（dài）變（biàn）送器，性能可靠，壽命長，輸出標準電流信號4-20mA的傳感器，直接采集現場信號，以進一步提高整套係統的可靠性。同時現場安（ān）裝海康攝像儀實現視頻實時采集。具體如（rú）下：
1）現場PLC控製係統選用西門子S7-係列可編程序控製器作為監控核心。可編程（chéng）序（xù）控製（zhì）器能適應各種惡劣現場條件，現場抗幹擾能力強的特點，且（qiě）安裝維護方便，其模（mó）塊化結構，配（pèi）置相應的通訊接口與各乳化瀝青流量計控製器通訊；與上位計算機進（jìn）行（háng）通訊可以（yǐ）采（cǎi）用Profibus或工業以（yǐ）太網；係（xì）統配（pèi）置合理，技術可行，完全可以滿足現場使用要求。
2）在儲氣罐上加裝（zhuāng）壓力變（biàn）送器、溫度傳感器，實現風包壓力、風包溫度的實（shí）時采集。
3）在輸氣管道（dào）上安裝流量（liàng）傳感器、溫度傳感器（qì）、壓力變送器實現實現排氣管路流量、溫度、壓力監測。
4）在電機配電（diàn）設施上（shàng）加裝電流變送器、電壓變送（sòng）器實現電機電流、電壓等參數監測。
5）現場增加2台500萬像素高速球型攝像儀，具備定（dìng）點巡航、巡航軌跡設定等功能，實現乳化瀝青流量計房內外的視頻實（shí）時采集，保證在無人值守時，防止人員惡意破壞係統，索采集的圖像通過網絡（luò）進行傳輸及錄像存儲，存儲時（shí）間不少（shǎo）於二個（gè）月，滿足事故追溯要求。
6）乳化瀝青流（liú）量計及管道的閥門改成電動閥門，遠程控製時通過上位機或係統自（zì）動打開、關閉閥門，實現係統自（zì）動恒（héng）壓供風。
7）現場配置的（de）PLC控製櫃，還配置有（yǒu）觸摸屏顯示屏，用於現場顯示（shì）工況等，滿足現場檢修需求（qiú），PLC的I/O接口預留20%以上的備用量，滿足係統擴容及維修需求（qiú）。
8）儲氣罐（風包）放水閥（fá）門改為自動閥門，確（què）保（bǎo）係統能夠根（gēn）據需要（yào）實現定時排（pái）汙。
4 係統功（gōng）能
1）能（néng）夠自動采集、顯示乳化瀝青流量計的各種運行參數，控製乳化瀝（lì）青流量計運行。
2）能夠根據檢（jiǎn）測到的信號判（pàn）斷乳（rǔ）化瀝青流量計的工作情況，故（gù）障時能及時發出報警（jǐng）信號，並根據故（gù）障類型停（tíng）止乳化瀝青流量計。
3）有啟動（dòng）功能、停止功能、正常停車功能、故障停車功能、緊急停（tíng）車功能、預告（gào）功能、保護及故障報警功能（néng）。
4）係統通過PLC及控製網絡可方（fāng）便地采集現場設備開/停及故障狀態、電（diàn）機（jī）電流等實時數據。
5）具有多種控製方式
根據係統設置，該係統可以實現（xiàn）以下集中方式下：PLC自動集控方式：在該（gāi）模式下PLC根據設定的工作時（shí）間和工（gōng）作壓力值、總（zǒng）管當前實（shí）時壓力（lì）值，自動判斷當前（qián）投入/切除係統中的乳化瀝青流量計台數，經特定的運算處理，以便對運行中的乳化瀝青流量計進行加載或者卸荷（hé）或切除（chú）係統、投入係統工作。
遠（yuǎn）程控製方式：在該模式下，通過上位計算機的操作來在控（kòng）製（zhì）各乳化瀝青流量計係統的運行。係統對操作員（yuán）有權限管理，有一定的權限的操（cāo）作員才可以進行遠程操作。
6）實現自動恒壓供風
當（dāng）係統（tǒng）在自動集控工作方式時，係統根據設定（dìng）的（de）供氣壓力值，自動控製卸荷或加載。當壓力值當風壓達到設定值時，自動停機（jī）（卸（xiè）荷）；風壓降到低值時，自動（dòng）啟動或關閉卸（xiè）荷閥。
7）安全可靠地報警保護
每台乳（rǔ）化瀝（lì）青流量計均可具有：出氣壓力超限保護、出氣超溫保護、吸氣阻力過大保護、潤滑油超溫保護（hù）、潤滑油量不足保護、主電機超載（zǎi）保護等功能。
8）無人值守
實現多台乳化瀝（lì）青流量計（jì）按程序執行啟動/停止（zhǐ）乳（rǔ）化瀝青流（liú）量（liàng）計操作，並控製相關的水（shuǐ）泵閥（fá）門等，實現全自動化運行，無人值（zhí）守。全自動運行方（fāng）式（shì）下，係統（tǒng）可以按現場需要自動啟停一台（tái）或多台乳化瀝青流量計，完成乳化瀝青（qīng）流量計的自動（dòng）加卸載控製，實現乳化瀝青流量計及冷（lěng）卻水（shuǐ）泵自動輪轉功（gōng）能。
9）存檔功能（néng）
能夠將現場運行信息存入數（shù）據庫，以便於（yú）**進行曆史數據查（chá）詢。
10）曲線功能
可繪製各種模擬量參數的實時曲線及（jí）曆史曲線。
11)管理功能
監控（kòng）軟件具有設備參（cān）數、運行、檢修和維（wéi）護（hù）的管（guǎn）理功能。
5 結語
通過對貴州（zhōu）能發高山礦業有限公司乳化瀝青流（liú）量計房的自動（dòng）化（huà）改造（zào），改變了原來係（xì）統單台獨（dú）立控製、人工開停機的現狀，通過PLC控製器實時采集、傳輸係統運行工況並在（zài）上位機實時顯示，同（tóng）時係統根據采集的實時數（shù）據及數據變化趨勢進行預警與報警，提高了乳化瀝青流量（liàng）計（jì）組的運行效率（lǜ），降低了工人勞動強度，通過恒壓（yā）供風策（cè）略（luè）保證了壓縮空氣的供氣質量（liàng），對乳化瀝（lì）青流量計的維（wéi）護管理有了更科學的數據支撐，保證了開拓進度，達到係統改造預期目標。

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