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基于本安工业控制机的排水控制系统设计

时间:2020-02-11 05:19:58

摘 要:煤矿排水系统控制过程复杂,耗能高,设备磨损严重,针对这种情况本文章介绍一种基于本安工业控制机的控制系统。该系统以本安型控制机为基础,沿线采用CAN总线、传感器、驱动器,结合VC++和上位机组态软件,实现排水系统的自动控制以及无人值守。实际使用情况表明,该系统稳定可靠,可满足煤矿安全生产的需求。
  关键词:本安;工业控制机;排水系统
  0 引言
  根据矿井涌水量和相关规定,煤矿井下一般建设两个相互连通的水仓交替使用。泵房内至少安装三台以上大功率电机和离心水泵,其分别作为工作泵、备用泵和检修泵,同时敷设两条以上总出水管路以备轮换使用。水泵启动前泵体内的上引水通常采用射流泵或真空泵抽真空吸引的方式来完成。
  为达到主排水系统安全可靠运行,系统实现自动化控制是很有必要的。本文介绍一种本安工业控制机,可以和相关控制器、传感器组成水泵控制系统,该系统通过控制主机和沿线的智能节点,可以实现水泵的自动控制、远程控制以及无人值守,有效提高煤矿生产效率。
  1 控制机原理
  本安工业控制机的主要组成部分包括:内部主板、LCD液晶屏、按钮、送话器、外部接口等,控制机有两路485接口,一路CAN接口和两路以太网接口,控制机系统硬件平台采用Intel公司生产的基于ARM内核的处理器,操作系统选用受到业内广泛好评的Windows CE.net平台。
  ARM处理器具有体积小、功耗低、性能高等特点, 在工业控制、无线通信、消费类电子产品等领域得到了广泛应用。该控制机CpU选用IntelXScale pXA270 微处理器。pXA270 芯片是一款集成了32位XScale处理器核、多通信信道、LCD控制器、增强型存储控制器和pCMCIA/CF控制器以及通用I/O口的高度集成的应用处理器。控制机电气原理图如图1所示。
  2 系统总体结构
  用本安工业控制机搭建的水泵控制系统主要由以下设备组成:1台本安型工业控制计算机、多台多功能控制驱动器、多台智能I/O接口及各种传感器、地面监控计算机等。结构如图2所示。
  该系统中,配置1台本安型工业控制计算机,完成控制现场各传感器信息的采集与处理,每台泵组旁边配置1台多功能控制驱动器、整个泵房配置若干台智能I/O接口及各种传感器,组成排水监控系统。
  图1 控制机电气框图
  图2 排水系统结构图
  每台泵附近配置1台多功能控制驱动器,完成整台泵电动闸阀、水泵电机、射流泵电动球阀的控制以及采集被控设备的运行状态、采集模拟信号(正压、负压、水位、流量等),当采集电流型模拟量信号时需要配置电流转频率模块。
  每台泵配置1台负压传感器监测真空度、1台正压传感器监测出水压力,并配置一台管道液位传感器,判断泵体满水情况。
  泵房水仓配置若干台水位传感器(每个水仓配置一个,原则上不少于2台),连续监测水仓水位变化,作为自动起停水泵的关键参数。
  泵房配置若干台流量传感器,实时监测每台泵的出水流量。
  整个泵房配置若干台通用I/O接口,接入每台泵的模拟量参数(电机温度等)。
  控制系统以矿用本安型工业控制计算机为核心。采用CAN总线传输、EVC编程方式、多CpU 并行处理技术、多重抗干扰技术、模块化结构和高防护等级设计,配以多功能驱动器、通用数据采集接口、各种传感器保护装置以及与驱动装置相应的控制设备构成适用于水泵系统的高可靠性监控。可以实现就地手动、自动、无人值守控制控制功能,还可以通过数据传输,与上位机组网,实现地面集控功能。
  3 系统控制方式
  基于本安型工业控制机的水泵控制系统有4种控制方式:手动、就地自动、无人值守和远程控制。
  手动:泵组的电动球阀、电动闸阀、水泵电机等设备的启动,由多功能驱动器面板上的控制旋钮开出,在工业控制计算机面板上可以观察当前设备的运行状态,达到设备检修目的。
  就地自动:泵组的电动球阀、电动闸阀、水泵电机等设备的启动,由本安工业控制计算机面板上的一键启动按钮开出,各个设备安既定流程顺序启动,同时在工业控制计算机面板上可以观察当前设备的启动状态以及运行状态。当任一启泵条件不具备,本安工业控制计算机将发出声音及文字报警 ,并采取相应的预警措施。
  无人值守:系统根据水仓的高低水位实现泵组的起停。高水位启运行泵组、超高水位启备用泵组、低水位自动停泵。
  远程控制:泵组的启停由地面工控机完成。
  4 系统软件设计
  4.1 控制机程序设计
  本系统选用Microsoft Embedded Visual C++作为应用软件开发工具。为保证控制的实时性,软件中的通讯和控制模块拟采用基于COM的组件服务技术,该技术能有效保证数据传输的高速和可靠性,COM可以做到完全与语言无关,在不妨碍老客户的情况下被升级,可以透明地在网络上被重新分配位置。从用户界面来看,为保证图形一定的美感和不消耗系统过多的资源,软件的图形模块拟采用图形交叉隐现技术,该技术能有效的降低资源消耗并保持相对的图形效果。
  4.2 上位机软件
  上位机软件采用了组态软件,通过Modbus协议与上位机进行通讯,主要实现以下功能:
  (1)实时显示、监测水位数据;
  (2)实时显示水泵运行状态;
  (3)监测各个设备信息,如果有异常进行报警;
  (4)对井下设备进行控制,控制水泵和闸阀的开停;
  (5)可查询水泵运行的历史记录、历史报警查询等相关参数;
  (6)打印报表。
  5 结语
  对比目前使用较多的pLC控制系统,这种基于本安工业控制机的水泵控制系统各传感器、执行器、控制器等全部挂接在总线上,既满足了控制的灵活性要求又极大的减少了各种线缆的敷设,将来系统进行升级和扩展非常方便。系统自带多路接口,可以多种通讯协议并行通讯,联网方便快捷,可通过工业以太环网、光缆以及电缆与上位机通讯,通过上位机可与信息化平台共享数据。
  该系统目前已经在安徽、河南等多处煤矿投入使用,取得了良好的效果,对煤矿实现安全生产和节能减排具有重要的意义。
  参考文献
  [1] 陈子春,刘向昕.井下中央泵房水泵自动化控制系统的研究与应用[J].工矿自动化,2007(2).
  [2] Randy Abernethy.COM技术内幕[M].清华大学出版社,1999.
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  [4] 李世煌.水泵设计教程[M].机械工业出版社,1990.
  [5] 阳宪惠.现场总线技术及应用[M].清华大学出版社,1999.
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