專利名稱：基于現(xiàn)場總線的煤礦乳化液泵站分布式自動控制保護系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及基于現(xiàn)場總線的煤礦分布式煤礦乳化液泵站自動控制保護系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，煤礦采煤工作面乳化液泵站的控制普遍采用的是單臺或者兩臺泵的單獨控制。操作人員需要完成泵站的啟停操作、乳化液泵曲軸箱溫度檢測、乳化液的配制、乳化液箱水位控制等操作過程。由于操作人員勞動強度大及操作人員操作水平的不同，容易造成乳化液泵吸空、乳化液配比不合理、燒壞乳化液泵曲軸箱等故障。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有煤礦采煤工作面乳化液泵站單臺人工控制的缺點，本實用新型提供一套基于現(xiàn)場總線的分布式煤礦乳化液泵站自動控制保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)可滿足多個采煤工作面乳化液泵站或者是單作業(yè)面多臺乳化液泵的監(jiān)控和保護要求，而且對采煤工作面乳化液泵站的安全運行提供可靠保障。
本實用新型的目的可以通過以下措施來達到一套基于現(xiàn)場總線的煤礦乳化液泵站分布式自動控制保護系統(tǒng)，以設(shè)置在防爆控制箱內(nèi)的可編程控制器(PLC)作為主控器，變頻器、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器、電磁閥、觸摸屏通過電纜連接總線(本說明中以PROFIBUS-PA為例，其他總線與之類似)，再通過鏈接器(DP/PA)連接到可編程控制器，其特征是可編程控制器(PLC)與若干個泵站相連，泵站由若干臺乳化液泵構(gòu)成，并采用上位工控機監(jiān)控的乳化液泵站分布式自動控制保護系統(tǒng)，乳化液泵與變頻器、調(diào)速電機相接，乳化液泵曲軸箱內(nèi)設(shè)有溫度傳感器、壓力傳感器與液位傳感器，乳化液泵的乳化液箱設(shè)有液位傳感器，且防爆控制箱設(shè)有觸摸屏(HMI)。
其中本系統(tǒng)采用本安的PROFIBUS-PA總線，通過上位工控計算機或者觸摸屏實現(xiàn)對單個泵站和多個泵站的自動控制。
且每個泵站由兩臺乳化液泵組成，其中一臺為正常工作泵，一臺為備用泵，壓力傳感器安裝在乳化液泵站高壓出口處。當出口壓力小于正常工作壓力時，采用變頻調(diào)速技術(shù)增加出口壓力，當出口壓力高于上限時，自動減小泵出口壓力，一臺泵出現(xiàn)故障時備用泵自動啟動。
溫度傳感器、壓力傳感器、液位傳感器安裝在乳化液曲軸箱處，乳化液泵曲軸箱溫度出現(xiàn)異?；蛘呷榛罕们S箱潤滑油出現(xiàn)異常時自動停止乳化液泵的工作并發(fā)出聲光報警。
乳化液箱內(nèi)設(shè)有液位傳感器，可根據(jù)時機要求自動進行乳化液配置和補充，并在其中設(shè)有極限最低水位，當工作面停水時，可在發(fā)生乳化液泵吸空前停止乳化液泵的工作。
在乳化液泵站自動控制箱上設(shè)有觸摸屏(HMI)，可以顯示泵站工作參數(shù)和控制泵站起停，并設(shè)有手動控制按鈕，以便在自動控制失效時對泵站進行手動操作。
整個乳化液泵站的控制由裝在防爆控制箱中的可編程控制器(PLC)完成，可編程控制器(PLC)控制多個泵站系統(tǒng)的多臺(以兩臺為例)乳化液泵，PLC通過PROFIBUS-DP通訊模塊與DP/PA鏈接器相連接，鏈接器的另一端連接控制箱外本安的PROFIBUS-PA總線。與PLC相連接的上位工控機實現(xiàn)監(jiān)控功能，使用組態(tài)軟件對所有設(shè)備組態(tài)，實現(xiàn)流程顯示、運行參數(shù)顯示、報警、報表生成、打印等功能。連接在總線上的HMI人機界面實現(xiàn)現(xiàn)場控制操作和狀態(tài)參數(shù)的顯示，乳化液泵的啟停由操作員在現(xiàn)場通過HMI發(fā)出指令。亦可通過工控機來實現(xiàn)對井下泵站的操作。電動機采用變頻調(diào)速技術(shù)，以減小對電網(wǎng)的沖擊和節(jié)省電能，變頻器連接在PROFIBUS-PA總線上，由PLC進行控制。溫度傳感器固定在乳化液泵曲軸箱上通過電纜連接到遠程I/O模塊上，當乳化液泵曲軸箱出現(xiàn)溫度超限時自動停止該泵的工作。潤滑油壓力傳感器安裝在泵乳化液泵曲軸箱壁上通過電纜連接到總線上，當潤滑油壓力下降超過壓力下限時自動停止該泵的工作。潤滑油液位傳感器安裝在泵乳化液泵曲軸箱內(nèi)，通過電纜連接到總線上，當潤滑油液位下降超過下限時，發(fā)出報警提示添加滑油。工作面信號供電出現(xiàn)中斷時，自動控制乳化液泵站停止工作，以保證工作人員安全。
乳化液箱中安裝有液位傳感器，通過電纜連接到PROFIBUS-PA總線上，高壓水進口電磁閥連接到遠程I/O接口上，水和油通過噴射泵配置乳化液，實現(xiàn)對乳化液箱水位的檢測，及配置乳化液和及時向乳化液箱中補充乳化液，防止乳化液泵吸空。
連接在總線上的遠程I/O模塊用于連接接觸器線圈，熱電阻、蜂鳴器、報警燈。
本實用新型有益的效果是，可以實現(xiàn)多個采煤工作面乳化液泵站的全自動監(jiān)控控制，保障采煤工作面乳化液泵站的安全高效運轉(zhuǎn)。


圖1是本實用新型系統(tǒng)框圖。
圖2是本實用新型主回路控制圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步的說明。
整個系統(tǒng)分為主機控制和乳化液箱控制兩部分主機控制的控制分為自動、手動和檢修狀態(tài)。自動狀態(tài)下2臺泵的控制完全由PLC進行控制，各個狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換由上位工控機實現(xiàn)，自動狀態(tài)下泵站系統(tǒng)由PLC自動控制，手動狀態(tài)下由操作員通過相應(yīng)的按鈕控制控制泵站，檢修狀態(tài)下泵站不能啟動。
泵的拖動電機采用變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速，以減小對電網(wǎng)的沖擊和節(jié)省電能。
根據(jù)泵站功能，單個乳化液泵站有一臺泵始終處于正常工作狀態(tài)，一臺泵作為系統(tǒng)的備用泵，在有泵發(fā)生故障時投入運行，保證系統(tǒng)正常工作。多個乳化液泵站通過總線實現(xiàn)分布式控制，在單臺設(shè)備出現(xiàn)故障時不影響其他設(shè)備正常工作。
在自動工作狀態(tài)下，操作員通過點擊現(xiàn)場的觸摸屏或者操作上位工控機啟動單個泵站，點擊啟動按鈕1#泵啟動，間隔一定時間，泵進入穩(wěn)定運行狀態(tài)為工作面輸送乳化液。當工作面用液量增大，壓力傳感器檢測到系統(tǒng)口壓力減小時，通過變頻調(diào)速，增加乳化液的輸送量。當工作面用液量減小，系統(tǒng)壓力升高超出正常工作范圍時，減小乳化液輸送量。2#泵為備用泵，當1#泵出現(xiàn)故障時，PLC控制2#泵自動啟動保證系統(tǒng)正常工作。
另外為了保證單個泵站中2臺泵的使用壽命及減小檢修量，控制系統(tǒng)在每次啟動泵站時在3臺泵中輪換啟動。如泵站第一次啟動時，1#泵首先啟動，2#泵為備用泵。在泵站停止運行后再次啟動時，控制系統(tǒng)會選擇2#泵首先啟動，1#泵為備用泵。
對單臺泵的保護主要是對泵冷卻潤滑油油溫、油位、油壓的檢測，若溫度傳感器檢測到泵的溫度升高到一定值，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報警，并提示檢修；當溫度繼續(xù)升高，達到極限時，PLC會停止泵站工作，以保證泵本身不產(chǎn)生機械損傷。同樣的，對冷卻潤滑油的油位和油壓的檢測，在低限時發(fā)出聲光報警，提示進行檢修，在高限時停止泵站工作，保護設(shè)備。
乳化液箱的控制，乳化液箱中的液位設(shè)置3個閾值，分別為高位、低位和低極限位。當液位傳感器檢測到乳化液箱液位低于低位值時，PLC控制電磁閥打開，高壓水經(jīng)過噴射配比泵與油混合，配制乳化液，補充到乳化液箱。當乳液位上升到高位值時，PLC電磁閥關(guān)閉，停止配液。在配液或管路部分出現(xiàn)故障，不能正常補充乳化液時，如果乳化液箱液位低于低極限值時，自動停止泵站工作，保護泵的設(shè)備安全。
圖1為本實用新型系統(tǒng)框圖主控制器為可編程控制器(如西門子S7-200型)，上位計算機采用工控計算機，人機界面HMI為觸摸屏西門子TP270，均通過總線和PLC通訊。西門子-SIMOVERTMASTERDRIVES G型變頻器用于泵的變頻調(diào)速，每臺泵采用單獨的變頻器，通過電纜連接到PROFIBUS-PA總線上。安裝在泵高壓出口的壓力變送器西門子SITRANS PDS IIIPA型通過電纜與PROFIBUS-PA總線連接，用于檢測系統(tǒng)出口壓力，供PLC判斷使用泵的臺數(shù)。
安裝在泵體上的溫度傳感器Pt100熱電阻，西門子SITRANS P型壓力變送器，西門子SITRANS LC 300液位傳感器通過PROFIBUS通訊卡總線連接，用于檢測泵體冷卻潤滑油的狀況，以保護設(shè)備。
安裝在乳化液箱上的西門子SITRANS LR 300液位傳感器，通過電纜與PROFIBUS-PA總線連接，用于檢測乳化液箱的液位，供PLC決定何時開始配液補液。
圖2為本實用新型主回路控制圖泵站啟動時，在觸摸屏上按下“開始”按鈕，經(jīng)PLC延時后，輸出一個的脈沖啟動信號給變頻器，變頻器被允許啟動，1#泵的主接觸器KM1吸合，進入正常工作狀態(tài)，當工作面用液量增大，壓力傳感器檢測到系統(tǒng)口壓力減小時，通過變頻調(diào)速升高電機轉(zhuǎn)速，增加乳化液的輸送量。當工作面用液量減小，系統(tǒng)壓力升高超出正常工作范圍時，通過變頻調(diào)速降低電機轉(zhuǎn)速減小乳化液輸送量。
泵站停止時，在觸摸屏上按下“停止”按鈕，經(jīng)PLC延時后，輸出一個500ms的脈沖信號給變頻器，主接觸器KM1釋放，完成停車過程。
權(quán)利要求1.一套基于現(xiàn)場總線的煤礦乳化液泵站分布式自動控制保護系統(tǒng)，以設(shè)置在防爆控制箱內(nèi)的可編程控制器作為主控器，變頻器、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器、電磁閥、觸摸屏通過電纜連接總線，再通過鏈接器連接到可編程控制器，其特征是可編程控制器與若干個泵站相連，泵站由若干臺乳化液泵構(gòu)成，并采用上位工控機監(jiān)控的乳化液泵站分布式自動控制保護系統(tǒng)，乳化液泵與變頻器、調(diào)速電機相接，乳化液泵曲軸箱內(nèi)設(shè)有溫度傳感器、壓力傳感器與液位傳感器，乳化液泵的乳化液箱內(nèi)設(shè)有液位傳感器，且防爆控制箱設(shè)有觸摸屏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于現(xiàn)場總線的煤礦乳化液泵站分布式自動控制保護系統(tǒng)，其特征是它采用現(xiàn)場總線作為通訊手段，通過上位工控計算機或者觸摸屏實現(xiàn)對單個泵站和多個泵站的自動控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于現(xiàn)場總線的煤礦乳化液泵站分布式自動控制保護系統(tǒng)，其特征是每個泵站由兩臺乳化液泵組成，其中一臺為正常工作泵，一臺為備用泵，壓力傳感器安裝在乳化液泵站高壓出口處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于現(xiàn)場總線的煤礦乳化液泵站分布式自動控制保護系統(tǒng)，其特征是在乳化液泵站自動控制箱上設(shè)有觸摸屏，可以顯示泵站工作參數(shù)和控制泵站起停，并設(shè)有手動控制按鈕，以便在自動控制失效時對泵站進行手動操作。
專利摘要本實用新型涉及基于現(xiàn)場總線的煤礦分布式煤礦乳化液泵站自動控制保護系統(tǒng)，它以設(shè)置在防爆控制箱內(nèi)的可編程控制器作為主控器，變頻器、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器、電磁閥、觸摸屏通過電纜連接總線，再通過鏈接器連接到可編程控制器，其特征是可編程控制器與若干個泵站相連，泵站由若干臺乳化液泵構(gòu)成，并采用上位工控機監(jiān)控的乳化液泵站分布式自動控制保護系統(tǒng)，乳化液泵與變頻器、調(diào)速電機相接，乳化液泵曲軸箱內(nèi)設(shè)有溫度傳感器、壓力傳感器與液位傳感器，乳化液泵的乳化液箱內(nèi)設(shè)有液位傳感器，且防爆控制箱設(shè)有觸摸屏。本實用新型可以實現(xiàn)多個采煤工作面乳化液泵站的全自動監(jiān)控控制，保障采煤工作面乳化液泵站的安全高效運轉(zhuǎn)。
文檔編號E21B44/00GK2906709SQ20062006969
公開日2007年5月30日 申請日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者張廣明, 唐桂忠, 朱煒 申請人:南京工業(yè)大學(xué)