S7-1500PLC的压风机自动化综合控制系统研究.pdf

1 概述 东滩煤矿地面设压风机房一座袁 安装有4台北京复盛公司 产SA-375W 型螺杆式空气压缩机及2台英格索兰公司产 C1000 型离心式空气压缩机遥 其中螺杆式空压机额定排风量 为 60m3/min袁 额 定 工 作 压 力 0.75MPa袁 水 冷 方 式 袁 配 备 Y400-4 型电动机袁 直接启动曰 离心式空压机排气量为 218m3/min袁 额 定 工 作 压 力 0.65MPa袁 水 冷 方 式 袁 配 备 ASZK-S2型电动机袁 降压启动遥 离心式空气压缩机与螺杆式 空气压缩机相互配合使用袁 确保管路压力24h维持在0.55MPa 以上遥 自空压机设备安装更新以来袁 一直为单台设备就地布 置尧 独立运行袁 各台空压机采用分散式就地检测尧 仪表显示 及报警袁 现场人员对空压机巡回检查尧 运行状态监护存在不 便袁 压风机无法根据系统管网压力尧 高压负荷大小自动调节 开机顺序和开机时间袁 压风机开机率不均衡袁 影响压风机使 用寿命袁 不利于对压风机的维护管理袁 同时加大了操作人员 的工作量遥 因此有必要对压风机房空压机控制系统进行技术 改造袁 实现6台空压机的远程监控和自动化联控功能袁 满足矿 井生产和发展的需要遥 2 系统结构及主要功能特点 2.1 系统结构 本系统以西门子S7-1500系列PLC为核心袁 通过Profibus和 Profinet现场总线与4台复盛空压机 渊三菱FX2N-32MR001冤尧 2台英格索兰离心机CPU通讯袁 通过南瑞通讯管理机与高压开 关柜综保装置通讯袁 实现压风机尧 高压柜运行状态尧 参数采 集曰 配套ET200SP分站袁 采集外围水压尧 风压尧 温度尧 油压尧 振动尧 烟雾传感器反馈信号袁 并实现各电动阀门尧 水泵尧 冷 却塔的远程控制遥 其硬件配置见表1尧 系统设备组态图见图1遥 S7-1500PLC 的压风机自动化综合控制系统研究 王明钦，步达，曹帅 （ 兖州煤业股份有限公司 东滩煤矿，山东 邹城273512） 摘要院 该系统以西门子S7-1500PLC为控制核心，在现有压风机单机控制基础上，升级电动阀门，完善压风机数据采集 及控制，实现各类数据信息上传，实现6台压风机远程监控和自动化联控，实现无人值守。 关键词院 压风机；PLC；远程监控；无人值守 中图分类号院 F406.3曰 TD635文献标识码院 B文章编号院 1008-0155 2020 02-0019-02 名 称 型 号 数量 用途 S7-1500 PLC CPU CPU 1511-PN 1 块 主站 PLC CPU 通信模块 CP 1542-5 1 块 采用 Profibus 通信与 4 台复盛机通信 通信模块 CM PtP RS422/485 1 块 采用 RS485 通信与总排气流量计通信 通信模块 CM PtP RS422/485 1 块 采用 RS485 通信进行语音播报 通信模块 CM 1542-1 1 块 采用 Profinet 通信与 2 台离心机通信 转接模块 Profibus DP-三菱 4 块 三菱 PLC 转 DP 通信接口 接口模块 IM 155-6 PN ST 2 块 从站 PLC 接口 数字量输出模块 DQ 16x24VDC/0.5A ST 5 块 至各电动球阀、灯等输出 数字量输入模块 DI 16x24VDC ST 7 块 保护、设备运行状态输入 模拟量入模块 AI 8xI 2-4-wire 11 块 传感器输入 上位机组态软件 WINCC V7.4 2 套 上位机显示 南瑞通讯管理机 PCS9799M、PCS9782 1 台 高压柜数据采集 电动球阀 DN150、DN100、DN25 6 台 压风机排气、供水控制 压力传感器 0-1.6MPa 15 件 油压、水压、风压检测 温度传感器 0-200℃ 10 件 排气、水温、风包温度检测 液位传感器 牌坊式、投入式 2 套 热水池、冷水池液位检测 振动传感器 24 件 复盛空压机振动检测 供风量传感器 3 台 出压风机房管路流量检测 烟雾传感器 24 件 关键部位烟尘检测 语音报警装置 3 套 设备起停、故障报警示警 视频监控系统 球形摄像仪 1 套 设备状态监测 智慧门禁系统 2 套 安全防卫 表1硬件配置 2.2 系统主要功能特点 2.2.1集控模式 系统具备就地尧 远程手动尧 远程自动三种工作模式袁 控 制柜内设置就地尧 远程模式切换旋钮袁 控制室和集控中心上 位机组态界面设置远程手动尧 远程自动选择按钮遥 只有压风 机设为联控尧 压风机排气电动球阀和排污电动球阀设为远程尧 就地主控柜压风机模式选择远程后袁 才能在上位机上投入远 程手动或远程自动模式遥 ①就地方式院 设备单台独立现场操作运行袁 监控系统只 监视其状态参数袁 不能控制设备的起停袁 空压机起停只能通 过设备本机开关来实现遥 ②远控方式院 远程方式分为远程手动尧 远程自动两种袁 具体特点如下院 a.远程手动院 当6台压风机具备投远程条件后袁 可登录上 位机管理员权限袁 选择 野远程手动冶 模式袁 实现在矿调度信 息中心尧 区队集控中心对压风机进行远程手动起机尧 手动停 19 机或一键起机尧 一键停机遥 压风机远程起动过程中袁 均可通 过手动停机或一键停机终止压风机起动遥 b.远程自动院 仅4台复盛螺杆机具备远程自动功能袁 配合 离心机使用袁 当压风机具备投远程条件后袁 可登录上位机管 理员权限袁 选择 野远程自动冶 模式袁 压风机将根据系统设置 自动运行遥 该模式下袁 在系统内设置了4种压力超限动作值袁 即总管网压力低于低位和低低位设定值袁 总管网系统压力高 于高位和高高位设定值袁 并根据实际分别设置不同的延时起 停时间遥 该模式下袁 系统依据总管网压力和高压负荷平衡原 则袁 自动控制复盛压风机起停遥 当总管网压力低于压力下限 设定值时袁 首先判断高压回路负荷情况袁 优先延时开启高压 回路负荷低尧 停机时间长的螺杆机遥 当风压达到总管网压力 上限值后优先延时停高压回路负荷高尧 开机时间长的螺杆机遥 压风机在联控状态下袁 若压风机有重故障报警袁 则自动退出 联控队列遥 图1系统设备组态图 2.2.2显示和保护 ①系统具有各压风机的开机尧 停机尧 加载尧 卸载尧 准备尧 总管压力尧 电动机过载停机尧 排气高温跳车尧 断水保护尧 风 包高温保护尧 高压功率尧 高压合分闸状态尧 辅助设备运行情 况等状态显示袁 具有启动尧 切入尧 切断延时和允许的最低最 高压力设定功能袁 具有各压风机的自控设置尧 开停记录尧 报 警故障尧 趋势曲线尧 历史报表等功能遥 ②通过增设水压传感器尧 油压传感器尧 温度传感器尧 液 位传感器尧 烟雾传感器袁 系统可采集各台压风机外部水压尧 水温尧 风包温度尧 冷却水池水位尧 室内烟尘信号袁 实现集中 动态监视和可靠保护遥 冷却水池水位传感器信号可作用于热 水池电动球阀调节袁 自动平衡两个水池液位遥 ③在压风机房控制室尧 高低压室尧 压风机操作室尧 冷却 水池牌坊式液位计等重要部位增设视频监控装置袁 对各设备 进行远程视频监视袁 实时采集现场视频图像袁 并进行自动录 像袁 为设备的故障检修提供重要信息遥 ④在空压机房安装2套智慧门禁系统袁 具备实时视频对讲 喊话功能袁 提供巡检刷卡尧 密码尧 刷脸等多种开门方式袁 为 压风机房的无人值守提供更加智能尧 安全尧 高效的保障遥 图2压风系统主界面 2.2.3上位机组态界面 在压风机房控制室尧 集控中心各安装有1台上位机袁 采用 WinCCV7.4工业组态软件袁 具有压风系统主界面尧 单台压 风机界面尧 高压柜界面尧 自控设置尧 起停记录尧 故障报警尧 趋势曲线尧 历史记录尧 用户管理等14个画面袁 实现压风系统 运行状况的实时在线监控尧 一键起停控制尧 自动控制设置等 功能遥 ①压风系统主界面主要包括6台空压机尧 4台风包尧 5台热 水泵尧 5台冷水泵尧 3台冷却塔尧 冷水池尧 热水池尧 电动球阀 及风水管路袁 并显示运行状态尧 运行参数尧 报警信息等遥 其 压风系统主界面见图2遥 ②单台压风机界面主要包括动画显示尧 模式选择尧 单台 设备控制按钮及一键起停控制按钮尧 运行参数显示尧 保护投 切和参数设置尧 运行状态显示尧 压风机三菱PLC控制器I/O点 画面遥 其单台压风机界面见图3遥 图3单台压风机界面 ③自控设置界面主要包括压风机设置尧 排污自动设置尧 水池平衡设置尧 语音播报设置四个部分遥 该界面可设置复盛 压风机自动起停值尧 风包排污阀启动时间和单次时长尧 水泵 液位自动调节值等遥 同时该界面可查看复盛压风机的起机和 停机顺序袁 为日常巡检尧 检修提供参考遥 其自控设置界面见 图4遥 图4自控设置界面 3 系统应用效果 3.1该系统切实填补了依靠空压机自身无法实现的外围保 护功能的空缺袁 如断水保护尧 风包温度保护尧 振动保护等袁 用户可根据要求适时调整报警设定值袁 试验设备运行情况袁 并以此为依据袁 加强对设备重点部位的检修尧 保养力度袁 保 障了空压机安全可靠运行遥 3.2由于该系统集成了整个车间的设备运行参数袁 现场人 员可全面动态地对空压机的运行状态尧 设备参数进行监控袁 如空压机尧 冷水泵尧 热水泵尧 水池水位尧 系统管网压力等袁 可对各台空压机和辅助设备的动态操作进行调整袁 以便于及 时掌控整个车间设备的运行状态袁 降低故障判断处理困难遥 3.3通过增加电动球阀袁 完善现场设备数据采集和监控袁 完善系统保护功能袁 实现了对压风机房6台压风机的远程监控 和自动化联控袁 优化了开机率袁 延长空压机使用寿命袁 已实 现压风机房无人值守遥 4 结束语 本系统以S7-1500 PLC为核心袁 采用Profibus尧 Profinet网 络通信技术袁 在现有单机控制基础上袁 实现对6台压风机的数 据采集尧 远程监控袁 系统具备远程手动尧 自动化联控控制功 能袁 实现压风机房无人值守袁 符合推进煤矿自动化尧 智能化尧 信息化的发展趋势遥 作者简介院 王明钦 渊1985-冤袁 男袁 山东菏泽人袁 本科袁 工程师袁 从 事煤矿机电技术管理工作遥 20