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防爆電（diàn）磁流量計遠程自動（dòng）化控製係統的研究與（yǔ）應用
點擊次數：2126 發布（bù）時間：2021-01-01 12:15:58
摘要：我國煤礦多為井工開采，巷道掘進過程（chéng）中使用大量的氣（qì）動設備，防爆（bào）電磁流量（liàng）計擔負著礦井（jǐng）的壓縮空氣（qì）的生產任務，為（wéi）風鎬、風鑽以及其它工具提供動（dòng）能。傳統的單台獨立控製、人工開停機的操（cāo）作工藝，已經很難保證壓縮空（kōng）氣的供氣質（zhì）量，也不利於對電磁流量計的維護管理，為解決該問題，本文設計了基於PLC技術、計算機控製技術、網絡技術、光纖（xiān）通訊技術（shù）的電磁流（liú）量計實現集中控製，通過采集處理電（diàn）機電流、電壓信號，溫度、壓（yā）力信號，實現電磁流量計各種保護、報警、監控功能、風機的自動投（tóu）入與退出。經過在（zài）貴州能發高山礦業有限（xiàn）公司實（shí）施，提高了礦井壓風係統的自動（dòng）化程度，提高了防爆電磁流（liú）量計運行的安全性（xìng）、可靠性，提（tí）高了安全生產和管（guǎn）理水平，實（shí）現遠程集中（zhōng）控製、實現無（wú）人值守，降低了工人勞動強度，大大提高了該礦（kuàng）電磁流（liú）量（liàng）計工效及生產管理水平。
1 係統改造目標
為響（xiǎng）應機（jī）械化換人、自動化減人，科（kē）技強安戰略目標的實現，貴州豫能擬在貴（guì）州能發高山礦業有限公司實施防爆（bào）電磁流量計控製係統自動化改造，預期達到下述目標：
1）對電磁流量計實施科學管理；
2）提高電磁流量計控製係統安全性、準確性、可靠性；
3）提高高山煤礦電磁流量計控製係統自動化程度；
4）協調生產係統中各係統之間的（de）關係，提高機械和電氣設備的利用率，實現無人值（zhí）守（shǒu），提高安全生產和管（guǎn）理水平。
2 係統改造前現狀
貴州能發高山礦（kuàng）業有限公司電磁流（liú）量計房有3台空壓機（jī），3個（gè）風包，兩趟入井管路，電磁（cí）流量計電機額定電壓（yā）等級0.66kV。目（mù）前電磁（cí）流量計係統安裝（zhuāng）有簡易在線監（jiān）測係統，通過現場麵板能夠簡單查詢風機狀態，但（dàn）是采集（jí）傳感器安（ān）全不全麵，無法（fǎ）對電機（jī）溫度等相關數據進行實時采集，當前係統的啟停主要靠人工的操作。迫切需要進行自動化改造，提高壓風係統自動化程度，提高係統效率。
3 係（xì）統方案設計與實施
防爆電磁流量計自動化係統主要由以下兩部分組成。
1）上位機
上位機設置在集中控製中心，主要包括控製計算機、顯示器、語音報警裝置及控製軟件等。
2）電磁流量計房監控（kòng）單元
主要（yào）由PLC控製櫃、電動閥門、傳感器等組成，為了實現空壓機房的（de）無人值守（shǒu）及（jí）遠程自動化控製。經過充分的分析，本次PLC控製櫃內（nèi）的主站控製器選用西門子s7-1200係列PLC來保證係統可（kě）靠性（xìng），風機及管路上的閥門全（quán）部（bù）更換為電動閥門，現場加配傳感器實時采（cǎi）集（jí）現場物理量信號，並將其轉換為標準電信（xìn）號傳送給CPU。
本係統現場使用的傳感器較多，如（rú）壓力、溫度等等。為減（jiǎn）少傳輸誤差，提高檢測（cè）精度（dù），均選用帶（dài）變送器，性能可靠，壽命長，輸出標準電流信號4-20mA的傳感（gǎn）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（shí）現場安裝海康攝像（xiàng）儀實現視頻實時采集。具體如下：
1）現場PLC控製係統選用西（xī）門子（zǐ）S7-係列可編程序控製器作為（wéi）監（jiān）控核心。可編程序控製器能適應各種惡劣現場條件，現（xiàn）場抗幹擾能力強的特點，且安裝維（wéi）護方便（biàn），其模塊（kuài）化結構，配置相應的通訊接口與各防爆電磁流量計控製（zhì）器通訊；與上位計算機（jī）進行通訊可以采用（yòng）Profibus或工業以太網（wǎng）；係統配置合理，技術可（kě）行，完全可以滿足現（xiàn）場使用要求。
2）在儲氣罐上加裝壓力變送器、溫度傳感（gǎn）器，實現風包壓力（lì）、風包溫度的實時采集。
3）在輸氣管（guǎn）道上安裝流量傳感器（qì）、溫度傳感器、壓（yā）力變送器實現實現（xiàn）排氣管（guǎn）路流量、溫度、壓力監測。
4）在電機（jī）配電設施上加裝電（diàn）流（liú）變送器、電壓變送器實現電機電流、電壓等參數監測。
5）現場增加2台500萬像素高速（sù）球（qiú）型攝像儀，具備定點（diǎn）巡航、巡航軌跡設定（dìng）等功能，實（shí）現電磁流量計房內外的視頻實時采集，保證在無（wú）人值守時（shí），防止（zhǐ）人員惡意破壞係統（tǒng），索采集的圖像（xiàng）通過網（wǎng）絡進行傳輸及錄像存儲，存儲時間不少於二個月，滿足事故追（zhuī）溯要求。
6）防爆電磁流量（liàng）計及管道的閥門改成電動閥門，遠程控（kòng）製時通（tōng）過上位機或係統自動打開、關閉閥門，實現係統自動恒壓供風。
7）現場配置的PLC控製（zhì）櫃，還配置有觸摸屏顯示屏，用於現場顯（xiǎn）示工（gōng）況等，滿足現場檢修需求，PLC的I/O接口預留20%以（yǐ）上的備用量，滿足係（xì）統擴容及維修需求。
8）儲氣罐（guàn）（風包）放水閥門改（gǎi）為自動閥門，確（què）保係統能夠根據需要實現定時排汙（wū）。
4 係統（tǒng）功（gōng）能
1）能夠自動采集、顯示電磁流（liú）量計的各種運行參數，控製電磁流量計運行。
2）能夠根據檢測（cè）到（dào）的信號判斷電磁流（liú）量計（jì）的工作情況，故障（zhàng）時能及時發出報警信號，並根據故障類型停（tíng）止防爆電磁流量計。
3）有啟動（dòng）功能、停止功能、正常停（tíng）車（chē）功能、故障停車功能、緊急停車功能、預告功能（néng）、保護及故（gù）障報警功能。
4）係統通過PLC及控製網絡可方便地采集現場（chǎng）設備開/停及故障狀態、電機電流等實時數據。
5）具（jù）有多種控製方式
根據係統設置，該係統可以實現以下集中方式下：PLC自動集控方式：在該模式下PLC根據設定（dìng）的工作時間和工作壓力值、總管當前（qián）實時壓力值，自動判斷當前投（tóu）入/切除係統中的電磁流量計台數，經特定的運算處理，以便對運行（háng）中的防爆電磁流量計進行加載或者卸荷或切除係統、投入係統工作。
遠程控製方式：在該模式下，通過（guò）上位計算機的操（cāo）作（zuò）來在控製各電磁流（liú）量（liàng）計係（xì）統的運行。係（xì）統對操作員（yuán）有權限管理（lǐ），有一定的權限（xiàn）的操作員才（cái）可以進行遠程操作（zuò）。
6）實現自動恒壓（yā）供風
當（dāng）係統在自動集控工作（zuò）方式（shì）時，係統（tǒng）根據設定的供氣壓力值，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）（卸荷）；風壓降到低值時，自動啟（qǐ）動或關閉卸荷（hé）閥。
7）安全可靠地報警保護
每台防（fáng）爆電磁流（liú）量計均可具有：出氣壓力超限保護（hù）、出（chū）氣超溫保護、吸（xī）氣阻力過大保護（hù）、潤（rùn）滑油超溫保護、潤滑油量不足保護、主電機超載保護等功能。
8）無人值守
實現多台電磁流量計按程序執行（háng）啟動/停止電磁流量計操作，並控製相（xiàng）關的水泵閥門等，實現全（quán）自動化運行，無（wú）人值守。全自動運行方式下，係統可以按現（xiàn）場需（xū）要自動啟停一台或多台電磁流量計，完成電磁流量計的自動加卸載控製，實現防爆（bào）電磁流量計（jì）及冷（lěng）卻水泵（bèng）自動輪轉功能。
9）存檔功能
能夠將現場運行信息存入數據庫（kù），以便於**進行（háng）曆史數據查詢。
10）曲線功能
可（kě）繪製各種模擬量參數的實時曲線及曆史曲線。
11)管理功能
監控軟件具有（yǒu）設備參數、運行、檢修和維護的管理功能（néng）。
5 結語（yǔ）
通（tōng）過對貴州能發高山礦業有限公司電磁流量計房的自動化改造，改變了原來係統單（dān）台獨立控製、人工開停機的現狀，通過PLC控（kòng）製器實時（shí）采集、傳輸（shū）係統運行工況並在上位機實時顯（xiǎn）示，同時係統根據采集的實時數據及數據變化趨勢進行預警與報（bào）警，提高了（le）防爆電磁流量計組的運行效率，降低（dī）了工（gōng）人勞動強度，通過恒壓供風策略保（bǎo）證（zhèng）了壓縮空氣的供氣質（zhì）量，對電磁（cí）流量計的維護管理有了更科學的數據支撐，保證（zhèng）了開拓進度，達到係統改造預期目標。
1 係統改造目標
為響（xiǎng）應機（jī）械化換人、自動化減人，科（kē）技強安戰略目標的實現，貴州豫能擬在貴（guì）州能發高山礦業有限公司實施防爆（bào）電磁流量計控製係統自動化改造，預期達到下述目標：
1）對電磁流量計實施科學管理；
2）提高電磁流量計控製係統安全性、準確性、可靠性；
3）提高高山煤礦電磁流量計控製係統自動化程度；
4）協調生產係統中各係統之間的（de）關係，提高機械和電氣設備的利用率，實現無人值（zhí）守（shǒu），提高安全生產和管（guǎn）理水平。
2 係統改造前現狀
貴州能發高山礦（kuàng）業有限公司電磁流（liú）量計房有3台空壓機（jī），3個（gè）風包，兩趟入井管路，電磁（cí）流量計電機額定電壓（yā）等級0.66kV。目（mù）前電磁（cí）流量計係統安裝（zhuāng）有簡易在線監（jiān）測係統，通過現場麵板能夠簡單查詢風機狀態，但（dàn）是采集（jí）傳感器安（ān）全不全麵，無法（fǎ）對電機（jī）溫度等相關數據進行實時采集，當前係統的啟停主要靠人工的操作。迫切需要進行自動化改造，提高壓風係統自動化程度，提高係統效率。
3 係（xì）統方案設計與實施
防爆電磁流量計自動化係統主要由以下兩部分組成。
1）上位機
上位機設置在集中控製中心，主要包括控製計算機、顯示器、語音報警裝置及控製軟件等。
2）電磁流量計房監控（kòng）單元
主要（yào）由PLC控製櫃、電動閥門、傳感器等組成，為了實現空壓機房的（de）無人值守（shǒu）及（jí）遠程自動化控製。經過充分的分析，本次PLC控製櫃內（nèi）的主站控製器選用西門子s7-1200係列PLC來保證係統可（kě）靠性（xìng），風機及管路上的閥門全（quán）部（bù）更換為電動閥門，現場加配傳感器實時采（cǎi）集（jí）現場物理量信號，並將其轉換為標準電信（xìn）號傳送給CPU。
本係統現場使用的傳感器較多，如（rú）壓力、溫度等等。為減（jiǎn）少傳輸誤差，提高檢測（cè）精度（dù），均選用帶（dài）變送器，性能可靠，壽命長，輸出標準電流信號4-20mA的傳感（gǎn）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（shí）現場安裝海康攝像（xiàng）儀實現視頻實時采集。具體如下：
1）現場PLC控製係統選用西（xī）門子（zǐ）S7-係列可編程序控製器作為（wéi）監（jiān）控核心。可編程序控製器能適應各種惡劣現場條件，現（xiàn）場抗幹擾能力強的特點，且安裝維（wéi）護方便（biàn），其模塊（kuài）化結構，配置相應的通訊接口與各防爆電磁流量計控製（zhì）器通訊；與上位計算機（jī）進行通訊可以采用（yòng）Profibus或工業以太網（wǎng）；係統配置合理，技術可（kě）行，完全可以滿足現（xiàn）場使用要求。
2）在儲氣罐上加裝壓力變送器、溫度傳感（gǎn）器，實現風包壓力（lì）、風包溫度的實時采集。
3）在輸氣管（guǎn）道上安裝流量傳感器（qì）、溫度傳感器、壓（yā）力變送器實現實現（xiàn）排氣管（guǎn）路流量、溫度、壓力監測。
4）在電機（jī）配電設施上加裝電（diàn）流（liú）變送器、電壓變送器實現電機電流、電壓等參數監測。
5）現場增加2台500萬像素高速（sù）球（qiú）型攝像儀，具備定點（diǎn）巡航、巡航軌跡設定（dìng）等功能，實（shí）現電磁流量計房內外的視頻實時采集，保證在無（wú）人值守時（shí），防止（zhǐ）人員惡意破壞係統（tǒng），索采集的圖像（xiàng）通過網（wǎng）絡進行傳輸及錄像存儲，存儲時間不少於二個月，滿足事故追（zhuī）溯要求。
6）防爆電磁流量（liàng）計及管道的閥門改成電動閥門，遠程控（kòng）製時通（tōng）過上位機或係統自動打開、關閉閥門，實現係統自動恒壓供風。
7）現場配置的PLC控製（zhì）櫃，還配置有觸摸屏顯示屏，用於現場顯（xiǎn）示工（gōng）況等，滿足現場檢修需求，PLC的I/O接口預留20%以（yǐ）上的備用量，滿足係（xì）統擴容及維修需求。
8）儲氣罐（guàn）（風包）放水閥門改（gǎi）為自動閥門，確（què）保係統能夠根據需要實現定時排汙（wū）。
4 係統（tǒng）功（gōng）能
1）能夠自動采集、顯示電磁流（liú）量計的各種運行參數，控製電磁流量計運行。
2）能夠根據檢測（cè）到（dào）的信號判斷電磁流（liú）量計（jì）的工作情況，故障（zhàng）時能及時發出報警信號，並根據故障類型停（tíng）止防爆電磁流量計。
3）有啟動（dòng）功能、停止功能、正常停（tíng）車（chē）功能、故障停車功能、緊急停車功能、預告功能（néng）、保護及故（gù）障報警功能。
4）係統通過PLC及控製網絡可方便地采集現場（chǎng）設備開/停及故障狀態、電機電流等實時數據。
5）具（jù）有多種控製方式
根據係統設置，該係統可以實現以下集中方式下：PLC自動集控方式：在該模式下PLC根據設定（dìng）的工作時間和工作壓力值、總管當前（qián）實時壓力值，自動判斷當前投（tóu）入/切除係統中的電磁流量計台數，經特定的運算處理，以便對運行（háng）中的防爆電磁流量計進行加載或者卸荷或切除係統、投入係統工作。
遠程控製方式：在該模式下，通過（guò）上位計算機的操（cāo）作（zuò）來在控製各電磁流（liú）量（liàng）計係（xì）統的運行。係（xì）統對操作員（yuán）有權限管理（lǐ），有一定的權限（xiàn）的操作員才（cái）可以進行遠程操作（zuò）。
6）實現自動恒壓（yā）供風
當（dāng）係統在自動集控工作（zuò）方式（shì）時，係統（tǒng）根據設定的供氣壓力值，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）（卸荷）；風壓降到低值時，自動啟（qǐ）動或關閉卸荷（hé）閥。
7）安全可靠地報警保護
每台防（fáng）爆電磁流（liú）量計均可具有：出氣壓力超限保護（hù）、出（chū）氣超溫保護、吸（xī）氣阻力過大保護（hù）、潤（rùn）滑油超溫保護、潤滑油量不足保護、主電機超載保護等功能。
8）無人值守
實現多台電磁流量計按程序執行（háng）啟動/停止電磁流量計操作，並控製相（xiàng）關的水泵閥門等，實現全（quán）自動化運行，無（wú）人值守。全自動運行方式下，係統可以按現（xiàn）場需（xū）要自動啟停一台或多台電磁流量計，完成電磁流量計的自動加卸載控製，實現防爆（bào）電磁流量計（jì）及冷（lěng）卻水泵（bèng）自動輪轉功能。
9）存檔功能
能夠將現場運行信息存入數據庫（kù），以便於**進行（háng）曆史數據查詢。
10）曲線功能
可（kě）繪製各種模擬量參數的實時曲線及曆史曲線。
11)管理功能
監控軟件具有（yǒu）設備參數、運行、檢修和維護的管理功能（néng）。
5 結語（yǔ）
通（tōng）過對貴州能發高山礦業有限公司電磁流量計房的自動化改造，改變了原來係統單（dān）台獨立控製、人工開停機的現狀，通過PLC控（kòng）製器實時（shí）采集、傳輸（shū）係統運行工況並在上位機實時顯（xiǎn）示，同時係統根據采集的實時數據及數據變化趨勢進行預警與報（bào）警，提高了（le）防爆電磁流量計組的運行效率，降低（dī）了工（gōng）人勞動強度，通過恒壓供風策略保（bǎo）證（zhèng）了壓縮空氣的供氣質（zhì）量，對電磁（cí）流量計的維護管理有了更科學的數據支撐，保證（zhèng）了開拓進度，達到係統改造預期目標。