DCS系统在煤矿压风机车间的应用.pdf

2 0 0 6 年第 2期 总第 8 8期 大 众 科 技 DA ZHONG KE J No ． 2， 2 0 0 6 Cu mu la t i v e l y N o ． 8 8 D C S 系统在煤矿压风机车间的应用 刘 良 淮 南矿业集 团潘北煤矿保运 队 ， 安徽淮南 2 3 2 0 8 7 【 摘要】 文章主要介绍以西门子 s 7 3 0 0 P L C、 WI NCCV 6为结构的 DC S系统在煤矿压风机车间的应用。 【 关键词】 DC S 系统； P L C； 压风机； HMI ／ S CA DA软件系统 【 中图分类号】 T P 2 7 【 文献标识码】 A 【 文章编号】1 0 0 8 - 1 1 5 1 2 0 0 90 2 0 0 3 5 0 2 一 、概述 D C S 系统。 英文名称为 D I S T R I B U T O R C O N T R O L S Y S T E M． 它是 目前国际 自动控制行业主流系统 ，它广泛应用在化 工厂 、 电厂、 变电所、 炼油厂、 煤矿等 自动控制系统中， 实现数据的集 中采集、 集中控制和 自动控制等功能。 现在 ． 各大 电气公 司纷纷 推出自己的 D C S产品。 西门子公司的 S 7 3 0 0 P L C和 WI N C C v 6 构成的 D C S系统 ， 是比较有名气 自动控制 系统 ， 此系统在我们 淮南矿业集团已有多套应用在煤矿压风机车间。 此系统应用在 压风车间后 ， 改变了以往压风车 间分散仪表控制． 简化 了控制 线路。 提高了压风车 间的稳定性． 而且使得压风车间控制的灵活 性增加， 使得压风车间有更加完善的控制。下面以我个人的实 践经验来介绍一下煤矿压风机车间的 D C S系统。 二、 D C S系统的结构 一 般 D C S系统分为 二大部 分 上位 机部分 和下位机部 分 ，西门子公司的 D C S系统的上位机部 分为 WI N C C V 6 ， 下 位机部分为 S 7 3 0 0 P L C。上位机含有 HMI ／ S C A D A软件 系统 WI N C C V 6 。它是一种 组态软件 ，它 的英文名 称为 Wi n d o w s C o n t r o l C e n t e r 视窗控制中心 ，它不仅 具有监控和数据采集 S C A D A 功能 ， 而且具有组态 、 开发和开放 功能 。下位机分为 C P U部分和模块部分 ， S 7 3 0 0 P L C的 C P U模块 含有 电源 ， 它 最大的优点是 含有 I ／ O模块 ， 另外它还带有三种模块 ， 分别为 模拟量输 入模块 A I 模块 、 开关量输入模块 D I 模块 、 开关 量输出模块 D O模块 ， 这三种模块 通过底部 总线 与 C P U模 块进行通讯 ， 把采集来 的压风机的模 拟量信号 、 开关量信号送 人 C P U，一般一个 C P U带 8个模块 ，每个模块的每个通道， C P U都通过专用 的软件分配有地址。 这些 地址 为 C P U内寄存 器地址 ，例如 D I 模块分配地址 为 I 1 2 ．0 一 I 1 2 ． 7 。 D O模块分配 地址 为 01 2 4 ． 0 --01 2 4 ．7 。 三、 D S C系统具体控制原理 D C S系统上位机系统的主要功能 为数据采集 、 数据历史记 录 、 报警记录、 报表系统 ， 下位机系统 主要为 P L C的软件编程。 一 上位机软件控制原理 数据采集 S C A D A 功能是 Wi n c c V 6最基 本的 功能 ， 它 把压风车 间所有设备的运行数据 采集上来 ， 供 给压风司机监 控。以压风机的温度显示为例 ， 说明 D C S系统采集数据 的过 程 ，压风机温度测量是采用 P t 1 0 0热 电阻 ， 此热 电阻采集来 的温度信号通过 三芯屏 蔽传输 到 P L C的 A I 模块 的一个 通 道 ， A I 模块把此温度信号转换成数字量 ，然后通过底板 总线 传到 C P U模块 ， C P U接 到此信号后 ，把此信 号存人到一个相 应的寄存器中， 然后通过 P r o fi b u s 协议与上位机进行通讯 ， 上 位机 中的 Wi n c e V 6采集 到这一 地址寄存 器中 的数 据后 ， 通 过一定的转换在上位 机的界面中显示 出来 ，使压风司机看到 这一温度值 。数据采 集过 程图解 如下 P t l O 0 热电阻 A I 模块 C P U 模块 上位 机显 数 据 压力、 流量 、 电压 、 电流、 电机开停状态数据都是通过此过 程把数据采集上来的。 数据历史记录是 把设备运行数据记 录下来 。以供 以后查 询用 ， 当设备 出现故障 时 ， 可 以记 录设备 当时 的运行数据 ， 以 方便对设备 的故障分析。报警记 录是指设备运行数据 出现报 警值时 ， 把报警值记 录下来 ， 以方便对系统 的故 障分析 ， 另外 还可以提醒运行人员及时排 除故 障 ， 以防事故 的扩大。 报表功 能是可 以按时打印运 行数 据 ， 不需人工抄运行数据 ， 这大大提 高了运行效率 。 二 下位机控制原理 下位机 的 P L C的编程 ．为压风机集 控和 自动 控制的核 心 。 现以压风机的二级排气压力 自动调节为例 ， 说明压风机的 自动调节过程 。智能压力变送器把压风机二级排气压力信号 转换成 4 2 0 m A电流信号 ， 然后通过屏蔽电缆把此信号传输 到 P L C的 A I 模块 ， A I 模 块把 此信 号传 输到 C P U模块 ， C P U 接 到此信 号后 ， 把此信号 通过 P L C的梯形 图 ， 与相应 的卸荷 值和增荷值进行 比较 ， 当测量值 大于卸荷值时 ， P I E会输 出一 个量 ， 通过 D O模块来控制相应 的卸荷 电磁 阀动作 ， 使压风机 卸荷 ， 从而二 级排气压力 下降 ； 当测量 值小于增荷 值时 ， P L C 会输出一个量， 通过 D O模块来控制相应增荷电磁阀动作， 使 压风机增荷， 从而二级 排气 压力 上升 。 这一系列的过程都不需 人干预 ， 完全是 自动化 。调 节过 程示 意图如下 压力 变送景 A I 模块 C P U 模 块增卸荷 电酮 调 节压 力 集中控制是指我们可 以在上位机集 中控制高低压开关柜 合分 ， 水泵 的起停以及压风机的起停。 水泵 自动控制一般为水 泵 的联锁控制 ， 打人联锁 的情况下 ， 当一 台水泵故障停止后 ， 另外一 台水泵会 自动起来 ，保证压 风机不会 因为水泵 的停止 而跳机 。 四、 D CS系统的扩展 D C S系统通过 P L C的 I ／ O模块来采集数 下转第 3 7页 【 收稿 日期】 2 0 0 5 1 1 2 5 【 作者简介】 刘良 1 9 7 4 - ， 男， 安徽在淮南矿业集团潘北煤矿工程师。 一 3 5 维普资讯 当第 4缸位于压缩行程上止点时， 可依此类推得 出各缸 的工作情况从 而进行调整。 再以点火次序为 1 5 3 6 2 4的六缸 发动机进行分析 。 当第 1 第 6 缸位 于上止点 时 ， 第 5 第 2 缸 、 第 3 第 4 缸 的 活塞则位于靠 近下止点附近的区域 。 按 l 一 5 3 6 2 4的顺序进行 分析 当第 1 缸位于压缩上 止点时 ， 进 、 排气门均关 闭。第 5缸 则处于压缩过程 中， 活塞 上行处于加速过程 中， 由于存在气门滞后角 B， 所 以不能确定 进气 门是否完全关 闭。 而排气门在前一个行程 中就已经关 闭 了。第 3 缸此时处 于进气行程 中活塞的减速段 ， 由于排气门 在活塞的加速段 内就 已经关 闭， 可确定此缸排气 门打开。 第 6 缸此时处于排气上 止点 ， 因为存在 气门重叠 角 、 8 ， 所 以进 、 排气门均开。第 2缸则为排气行程 中， 活塞处 于加速段 ， 因为 进气 门是关闭的， 而排气门则因处 于排气行程 中处于打开状 态。第 4缸此时正处于作功行程 ， 活塞位于减速段 ， 此时因有 排气提前角 ， 所 以排气门是否关 闭不能确定 ， 而进气 门可 以 确定是关闭的 。 此时可归纳 为 1 缸“ 进 、 排均关” 一5 缸 “ 排关 ， 进不定” 一3 缸 “ 排关 。 进开” 一6缸“ 进 、 排均开 ” 一2缸“ 进关 ， 排开” 一4缸“ 进关 ， 排不定” 。同样 ， 当曲轴旋转一周使第 6缸 位 于压缩上止点时 ， 用上述相 同的方法 对各缸工作情况进行 具体分析后 ， 就可对其余气门间隙进行调整了。 通过以上分析可知此法易于理解 ． 对于理论分析很有必 要。但分析过于复杂化 ， 尤其对多缸 发动机或是 V型发动机 更显得复杂 ． 因此在实践中的具体应用不多。 2 ． 近似示功图分析法 。四行程发动机气缸 内的压力 P随 气缸容积V变化而变化的关系曲线， 称作发动机示功图。我 们可以通过近似的示功图来对两次调整法进行分析。在示功 图中近似省略去气门提前开启和滞后关闭角的区域， 确定某 一 点为叠开点 进 、 排气 门均打 开 ， 其中一段为进气压缩线 ， 某点为等高点 进 、 排气门均完全关闭 ， 气门高度相等 。某一 段 为做功排气线后 ， 可得 出如下结论 1 处在等高点上气缸 的进 、 排气 门均可认为关闭 ， 故进 、 排气 门均可调整。 2 处在做功排气线上气缸 的进气 门可认为关闭， 故进气 门可调整。 3 处在叠开点上气缸的进 、 排气 门均可认为打开 ， 故进、 排气 门均不可调整。 4 处在进气压缩线 上气缸 的排气 门可认为关闭， 故排气 门可调整。 但要注意 的是 ，所要调整气门间隙的发动机各缸的做功 间隔不得小于 9 0 。 ， 否则就不能忽略气 门的早 开迟闭角了。 3 ． “ 双 全 排不进 ” 法 。“ 双 全 排不进 ” 法是根据发动机 气缸的工作状况 ， 把 气门的调 整分成 四种情况。即 “ 双 全 ” 表示某缸进 、排气门均可调整 ； “ 排”表示某缸只可调整排气 f - I ； “ 不” 表示某缸进 、 排气 门均不可调整 “ 进 ” 表示某缸只可 调整进气门。 此种方法 与近似示功 图法较为相似 ， 也是只能在 各缸作 功间隔不小于 9 0 。 的发动机上才能进行调整。例如 1 四缸 机 如发 动机气缸 的工作 次序 为 1 3 4 2 ， 当第 1 缸活塞处 于压缩行程 上止点位 置时为 一一 量 一 一 生 一 一 呈 双 排 不 进 理解为 第 1 缸进 、 排 气门均可调 整 ； 第 3缸可调整排气 f -1 ； 第 4缸进 、 排气 门都不可调整 ； 第 2缸可调整进气 门。 调整完第一步后 ， 旋转活塞 ， 使第 4缸处 于压缩行程上止 点位置时为 4 一 一 2 一 一 1 一 一 3 双 排 不 进 理解为与上述相 同， 如此两次便 可将全部气门调整完毕。 2 六缸机 如东风 E Q 1 0 9 0型发动机， 点火顺序为 1 _ 5 3 6 2 4 。 调整方法为 当第 1缸处于压缩行程上止点位置时为 1 -一 I一一 一2 --, t 双 全 排 不 进 当第 6 缸处于压缩行程上止点位 置时为 6 - 一 2 4 一 一 -- 5 - -s ． 双 全 排 不 进 由此可见 。 在各种 调整气 门间隙的方法 中， “ 双 全 排不 进 ” 的调整方法最为简单 、 简捷 ， 适用调整发动机机型也较多， 使人容易接受、 记忆和理解。 在实践操作 中， 工作效率也较高。 上接 第 3 5页 据 ， 另外通过总路线技术 ， 还可 以与压风车 间 的数显仪表进行通讯 。 监 控这 些数显仪表 。我们压风 车间水 泵 电机综保 采用的是 M P C数字 式 电机 综合 保护 器 ，具有 MO D B U S 通讯协议， 通过这一协议， 上位机 Wi n c c可以读取 电机各相电流、 报警类型 、 故 障类型等 。我们压风车间高压开 关柜上的 D MR 3 0 1数字式 多功能继 电器 ， 可 以通过 MO D B U S 协议与上位机进行通讯 。 上位机通过此 继电器可以获得开关 柜电压、 电流、 电度、 报警类型、 故障类型等信息。压风车间的 励磁柜 、 直流屏 、 以及变压 器上数显温度表也具有 通讯 功能 ， 通 过 MO D B U S协议 ，与上位机 Wi n c c 进行 通讯 ， Wi n c c 可 以 把励磁柜 、 直流屏 以及变压器上数据采集上来 ， 提供给压风机 司机看 ， 从而达到监控这些设备 的 目的。 总之 ， 利用总线技术 ， D C S系统可 以形成一个大 网络 ， 通过 这个大 网络 ， 上位机 中 的Wi n c c可以监控整个压风车间所有设备， 获得这些设备的 信息 ， 从而保证压风车间设备的正常运转 。另外 ， 压风车 间的 系统还可 以向外拓展 ， 与全矿的管理信息网联在一块 ， 从全矿 的每台计算机上都可以监 控到压风车间的运行情况 ，我们也 可以在我们矿调度室进行集中控制压风机的起动和停止， 实 现压风车间的无人化车间。我们还可以把此 系统拓展 到整个 I n t e me t 网 。 从全世界各个 角落都 可 以看到我们矿压风车间的 运行情况。 网络示意 图如下 f氐 压开关 柜高 压开 关柜励 磁柜 直流 屏 I n t e r n e t网 全矿管理信息网 压 风 车 间 的 网络 示 意 图 压风车间采用 D C S系统后 ， 提高了压风车间的 自动化程 度 ． 基本上可以达到无 人化 车问 ， 极大的提高了压风车间的运 行效率 ， 为煤矿创造了巨大的经 济效益 。 一 3 7 维普资讯