基于PLC控制器Modbus通讯空气压缩机的集中控制.pdf

46 煤炭加工与综合利用 C O A L P R O C E S S I N G＆C O M P R E H E N S I V E U T I L I Z A T I O N No ． 5，2 0 1 6 基于 P L C控制器 Mo d b u s 通讯 空气压缩机的集中控制 张治军 ，周海渊 ，刘 晶。 ，孙虎 儿。 1 ．山西焦煤集团有限责任公司，山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 华晋焦煤有限责任公司 沙曲选煤厂，山西 柳林0 3 3 3 1 5 ； 3 ．中北大学 机械与动力工程学院，山西 太原0 3 0 0 5 1 摘要 通过 P L C控制器采集空气压缩机 的数据，使 用 M o d b u s主从站，对空气压缩机进 行实时监控 ，从而实现空气压缩机运行状态的 自动切换，实时状态监控等功能；在保持原有系 统稳定的前提下进行改造，实现集中控制 ，以达到节能减排的效果。 关键词 选煤厂；P L C；M o d b u s ；上位机 ；空气压缩机 ；集 中控制 中图分类号T D 9 4 8 ． 2 文献标识码 A 文章编号1 0 0 5 ． 8 3 9 7 2 0 1 6 0 5 ． 0 0 4 6 ． 0 5 随着科技的发展 ，煤炭行业 自动化水平不断 提高 ，通过改造耗能大的设备和工艺 。实现节能 减排成为各煤炭企业 降低成本 、增长效益 的首要 目标 。近年来 ，不少学者通过研究改造空气压缩 机来实现节能减排 。例如 ，徐咏梅、李方园[ 1 ] 采 用变频调速 技术 ．提出 了空气 压缩机 改造 的方 案、线路和参数设定情 况，并分析 了节 电效果 ； 蔡桓忠 、孙法银『 2 ] 针对空气压缩机恒压供气 的特 点 ，使用变频器与压力控制构成 闭环控制 系统， 使压力波动减少到 1 ． 5 ％，噪声降低 ，振动减少 ， 设备运行稳定 。山东科技 大学 张培友 l 3 将 P L C、 电机软启动器、压力传感器、电流传感器等应用 于空气压缩机 。组成空气压缩机智能监控节能系 统 ，采用节能系统后大大节约 了电能，降低 了启 动电流和耗油量。南京理工大学万毅 4 ] 对监控系 统 S C A D A 及分布式控制系统 D C S 设计思想进 行了一定的研究 ，在此基础上设计 出了系统的分 布式方案 ，达到 了智能监控 、节 能减排 的效果。 孙斐、潘宗岭_ 5 等人采用以 MS C I 2 1 0为核心 的多 路数据 采 集 系 统 作 下 位 机 ，采 用 由 A d v a n t e c b We b A c c e s s 制作 的空气压缩 机管理 软件作 上位 机 ，并通过 R S一 4 8 5传递数 据的空气压缩机远 程监控系统的设计方法，可以很方便地对实时数 据进行 计算 、监控 、储 存 。并 可生成 动态 曲线 图。 1 研究背景 山西焦煤集 团华晋焦煤沙 曲选煤厂空气压缩 机改造之前采用人工现场手动控制和 日常巡视制 度 ，自动化水平低。通过每小时巡视一次记录空 气压缩机参数及运行状况，存在1 二 人工作量大 、 信息反馈滞后 、能源浪费严重等情况。针对以上 问题 ，采用 P L C控制器、Mo d b u s主从 站对 空气 压缩机进行了改造。 原空气压缩机采用 Y 一 △启动_ 4 j ，启动后电 机正常运行一段时间 ，加载 电磁 阀打开 。空气压 缩机开始加载运行 ．管道压力开始上升。当压力 超过空气压缩机设定 高限压力值 0 ． 7 MP a 时， 加载 电磁 阀关闭 ，卸荷电磁 阀打开．空气压缩机 空载运行 。当管道压力下降低于设定的低 限压力 值 0 ． 3 MP a 时 ，加载 电磁 阀重新打开 ，卸荷 电 磁阀关闭 ，压缩 机正 常加 载运行 ，提 高管道 压 收稿 日期 2 0 1 6 ． 0 4 0 6 D O I 1 0 ． 1 6 2 0 0 ／ j ． c n k i ． 1 1 - 2 6 2 7 ／ t d ． 2 0 1 6 ． 0 5 ． 0 1 6 作者简介张治军 1 9 7 4 一 ，男， 辽宁义县人，1 9 9 6 年毕业于山西矿业学院煤炭综合利用系选矿工程专业，工学学士 ，山西焦煤集团有 限责任公司煤炭综合利用部选煤主管，政工师，助理工程师。 弓 I 用格式张治军，周海渊，刘晶，孙虎儿． 基于 P L C控制器 M o d b u s 通讯空气压缩机的集中控制 [ J ] ．煤炭加工与综合利用， 2 0 1 6 5 4 6 4 9 ，5 2 ． 2 0 1 6-q - ； 5期 张治军，等 基 于 P L C控制器 Mo d b u s 通讯空气压缩机的集 中控制 4 7 力。由于选煤厂用气不稳定 ，而且总管道压力调 节速度缓慢 、调节精度低 ，因此压力波动大 ，对 生产不利。改造后空气压缩机在保持原系统稳定 的前提下 。使空气压缩机处于无卸荷状态 ，从而 节约能源 。 2 改造方案 选煤厂空气压缩机改造分两部分，一部分是 英格索兰空气压缩机共 8台，其 中两 台变频运行 ， 其余整机运行 ，通过 Mo d b u s 总线通讯至 P L C实现 集中监控。另一部分则是五 台柳 州富达 ，由于机 型比较老 ．通过加西门子 S 7 2 0 0 模块实现 M o d b u s 集中监控。改造方案如图 1 3所示。 图 1 柳州富达 空气压 缩机 原就 地控制方案 图 2 柳州富达 空气压缩 机改造后就地控制方案 L 、_ _ _ J M 。 d b 。 总 线 图 3 英格索兰空气压缩机 改造 方案 柳州富达空气 压缩 机原控 制方 案直 接通 过 P L C监控空气压缩机 ，空气压缩机运行状态及参 数由 P L C通过 R S 4 8 5传送 给控制 面板。已有 的 通讯接 口被触摸屏所 占有 ．无法通过 Mo d b u s进 行远程监控。且原控制器程序有保护，不能直接 读取和修改程序。为实现远程集中控制 ，通过加 装 s 7 2 0 0控制器来实现。其原理是将原传感器 、 故障报警、启停等信号直接通过 s 7 2 0 0控制器 采集 ，然后将信号通过编程原样输 出，再 由原控 制器采集其输出信号来控制。最后通过 s 7 - 2 0 0 控制器和 A B P L C实现远程通讯。 英格 索 兰 空 气 压 缩 机 、变 频 器 直 接 通 过 M o d b u s 与 P L C控制器进行通讯 ，减少 了用硬接 线进行控制监控的成本。 3系统介绍 本控制系统采用 “ 3 2网络结构 ” 即三层 设备 、两层网络 ] 和新 型的 “ 全分布式集散控 制” 的方式 ，通过集控室里的上位机来实现监控 管理 。 3 ． 1 系统组 成 本系统主要采用 A B ～ P L C相关模块 ，控制器 为 1 7 5 6 一 L 7 3 ，版本号 1 9 ． 0 ；西门子 7 - 2 0 0及相 关模块为辅 助 上位 机是 研华 工控 机，型号 为 I P C - 6 1 0 H其编程软件为 R s l o x 5 0 0 0 E n t e r p ri s e S e ri e s ；程 序 语 言采 用 L a d d e r D i a g r a m，版 本 号 1 ． 0 上 位 机 采 用 R S V i e w 3 2软 件 编 制 ；两 台 A T V 6 1 变频器组成。 由于 P L C可编程控制器具有编程简单、控制 系统结构简单 、通用性强、抗干扰能力强 、可靠 性高、体积小、维修方便等优点，因此广泛应用 于各行各业 。基于 P L C的 Mo d b u s 控制系统是一 种可靠灵活的监控方式 ，其协议简单规 范，功能 齐全 ，易于 编程 实现。通过 Mo d b u s通 讯协 议 ， 使不同厂商生产 的控制设备 可 以连接 成工业 网 络。计算机通过工作人员设定相关参数 ，使空气 压缩机按照指定程序运行 ，最终实现上位机对空 气压缩机的实时监控。 3 ． 2监控 系统 上位机对风包温度、压力 ，输出管路压力 ， 电机温度，空气压缩机工作电压、电流，空气压 缩机的运行状态 加载 、卸荷 、停机 、运行 ，各 空气压缩机的故障报警等信息进行实时监控。监 控画面如图 4 ～ 5所示 。 3 ． 3通讯 系统 Mo d b u s 协议是应用 于电子控 制器上 的一 种 通讯语言 ．它 已成 为 通 用工 业 标 准协 议 之一 。 5 2 煤炭加 工与综合利用 2 0 1 6年第 5期 精煤弧形筛分流 煤泥l 介质桶 _ _ [ 二 ． 精煤 介质 精煤磁选机 尸 精矿 尾矿 素是高灰 细泥含 量高 ，由于 采用 1 5 0 0 ／ 1 2 0 0 mm大直径旋流器 ，分选下限较低 ，若 同时使用 煤泥重介质旋流器 ，对稳定副产 品质量及保证精 煤 回收不利。针对这一情况 ．停止使用煤泥重介 旋流器是合理的。若生产 中煤泥含量较高影响主 选旋流器操作以及原煤 中 0 ． 2 5 0 ． 1 2 5 mm粒级 所 占比例大影响浮选精煤质量时，可考虑恢复使 用煤泥重介质旋流器 。以弥补三产品重介质旋流 器和浮选机分选区间的遗漏 精煤产品 参考文献 图 2 煤泥重介质旋流器停用后的工艺流程示意 精煤产率提高 0 ． 2 7 ％．累计多产 出精煤 8 1 0 0 t ／ a ． 结合现阶段精煤 与煤泥销售价格 ．全 年经 济 [ 2 ] 效益 3 8 9万元 。 5 结语 影响芦岭煤矿选煤厂精煤产品灰分 的主要因 上接 第 4 5页 2 E m o n i t o r 软件平 台支持 O P C技术 ，可 以 同时作为 O P C服务器和 O P C客户端 ，支持多种数 据库包括 O R A C L E、S Q L或者 O D B C等，并 能与 编程软件及其他的专业数据库软件共享数据库。 3 E mo n i t o r 软件平 台可提供设 备监测诊断 全面的方法和手段 ．具有完善的软件分析及报警 功能 ，具有频谱积分和微分、趋势预测 、频带趋 势 、频谱／ 频率段报警、频谱／ 窄带谱报警 、光标 频率 的诊断 、报警频率 的诊断等功能。能及 时准 确的诊断设备运行状态 。并为设备维修提供预测 [ 3 ] [ 4 ] 谢广元 ，张 明旭 ，等．选矿 学 [ M] ．徐州 中 国矿 业大 学出版社 ，2 0 0 1 ． 杨建国 ，欧泽深 ，张守军．重介质旋 流器选煤 工艺 的探讨 [ J ] ．煤炭加工与综 合利用 ，2 0 0 2 1 1 1 1 3 ． 张鹏 ．煤泥重介质旋流器性 能参数 的研 究 [ D] ．徐州 中国矿业大学 ．2 0 0 7 ． 赵 宏 馨．重介 质旋 流 器分 选 煤 泥技 术 现状 及 研究 方 向 [ J ] ．洁净煤技术 ，2 0 0 6 ，1 2 2 2 8 3 0 ． 性信息。 4结语 、 神华能源郭家湾煤矿选煤厂在实施 了设备状 态监测系统后 。彻底改变了以往设备维修管理方 式。将以往的定期检修改为定期测量设备的运行 状态。根据系统测量和预测结果指导设备检修的 组织实施 ， 使设备检修更具有科学性，可有效减 少材料消耗和工作量 ．避免以往过剩维修或维修 不足对设备造成的加速损坏。 上接第 4 9页 [ 2 ] 蔡桓忠 ，孙 法银．矿用空 压机 变频改 造效 果分 析 [ J ] ． 矿山机械 ，2 0 0 7 ，3 5 8 1 6 5 1 6 6 ． [ 3 ] 张培友，宁延群． 空压机智能监控节能改造研究 [ D ] ． 济南 山东科技大学 ．2 0 0 4 ． 『 4 ] 万 毅．矿 山 空压 机 站 智 能监 控 系统 的设 计 与 实 现 [ D] ．南京 南京理工大学 ，2 0 0 7 ． [ 5 ] 孙斐 ，潘 宗岭 ，张阳 阳．基 于 Mo d b u s协议 和组 态软 件的空压机远程监 控系统 [ J ] ．压缩机技术 ，2 0 1 0 6 2 0- 2 4． 『 6 1 陈勇．节能型矿用空气压缩机 组智能 监控系统 的设计 与实现 [ D ] ． 太原中北大学，2 0 1 4 ． [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 O ] 戴 森 ．刘子 龙．基 于 P L C的工 业水 处理 系统 的设 计 [ J ] ．制造业 自动化 ，2 0 1 3 ，3 5 8 上 9 6 9 8 ． K r a s u c k i F ，M i s k i e w s c z K，Wo j a e z e k A，e t a 1 ． E l e c t rom a g n e t i c c o m p a ti b i l i t yin u n d e r g r o u n dm i n i n g[ M] ． Wl w a ．,P o l is h S c i e n t i fi c P u b li s h e r s ， 1 9 9 3 ． 李鹤尊 ，张晓昊．利 用 S t r i b e c k曲线 评价 润滑 油性 能的 方法研究 [ J ] ．润滑油 ，2 0 0 9 ，2 4 5 6 1 3 4 ． 刘翠玲 ，黄建兵．集散控 制系统 [ M] ．北京 中国林业 出版社 ．2 0 0 6 ． 于海龙 石东东 。赵秀美．基 于 P L C的空 压机变频联控 系统研究[ J ] ．机械工程与 自动化 ，2 0 1 1 6 1 4 4 1 4 5 ．