自动化控制设计范文

时间:2023-04-09 09:05:01

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自动化控制设计

篇1

关键词:煤矿;水泵;自动化控制;可靠性

引言

当前,伴随着“物联网”“互联网+”的发展,国家对煤矿信息化要求越来越高,客观的煤炭市场情况也促使煤炭企业不断提升“两化”融合水平,提高生产率、生产安全系数,降低生产成本。矿井排水系统就是能把矿井涌水及时可靠、稳定安全、经济有效地排出矿井的安全系统,该系统为矿井中的人员和生产提供了有力的安全保证[1]。针对霍尔辛赫矿中央泵房现状和新的生产环境要求,对中央泵房排水系统进行了自动化无人职守改造。

1概述

山煤集团霍尔辛赫矿中央泵房距离地面高度513m,现有3台水泵,水泵出水口闸阀直径为DN200mm,配有射流抽真空装置,排水管路为2路DN250mm管路,直排地面。每台泵安装3台DN200mm电动闸阀,改造前由司泵工手动转盘开关闸阀。闸阀控制箱内的开度显示为机械式指针表盘,不能将开度值传入控制系统,影响自动控制精度判断;电机预埋温度传感器,由温度巡检仪现场显示;前后轴温度由机械表现场显示,没有接入控制系统;水泵前后轴没有安装温度传感器,无法判断水泵前后轴温度;水泵轴承没有安装震动传感器,无法判断水泵轴承位移,不能判断水泵是否健康运转。

2方案设计

2.1主要硬件设备改造内容

为达到中央泵房就地、远程自动化控制的目标,系统硬件做了以下主要改造:a)更换原闸阀控制箱,更换的闸阀控制箱带有闸阀开度输出的4mA~20mA电流信号;b)射流管路电磁阀改为内径DN250mm电动球阀,满足抽真空需要,带有开关限位信号;c)更换损坏的正负压传感器;d)更换损坏的投入式水位计;e)拆除原有电机轴承温度机械显示装置,接入自动控制系统;增加安装水泵前后轴温度传感器.

2.2系统结构

如图1所示,霍尔辛赫矿中央水泵房控制系统是由地面操作员站、井下水泵控制主站KJD15A和本安操作台TH12组成。为保证系统长期的可靠运行,系统设计时决定使用PLC(可编程逻辑控制器)作为主控装置,PLC有可靠性高、抗干扰能力强、适应性强等特点[1]。本系统主站控制器采用西门子S7-1500系列PLC,PLC备有以太网模块通过中央泵房交换机上传地面调度监控中心.操作员站就地显示控制采用显示屏和本安键盘完成,通过指示灯显示水泵及附属设备的工作状态;水泵的开停及附属设备开停控制,能对水泵进行就地控制,可作为水泵的操作柜。监测需要的所有信号,经传感器检测,送入相应的信号变送器变成标准的4mA~20mA信号或1V~5V信号,由变送器送入S7-1500控制器配置的I/O(输入/输出)模块,实现对原始一次信号的采集,实现对所监测信号的采集与传输,包括所需的电气参数、水泵系统工作状态、故障等信号等。同时能接受上级监控系统传来的各种动作指令和保护调试指令并可靠执行,实现远方操作或自动化运行控制、接受解锁命令后能修改参数设定等。控制主、分站对泵房内排水泵电机、管道电动阀门和射流管路、抽真空管路阀门等装置实施了自动控制及运行参数自动监测,通过监测水仓水位、电机电流、电机电压、闸阀开启度、流量、真空度等参数,控制水泵工作。现场操作使用液晶显示操作屏,就地实时以图形、图像、数据、文字等方式,直观、形象、实时地反映系统工作状态及水仓水位、电机工作电流、电机温度、水泵温度、排水管流量、水泵真空度等参数。与分站通讯控制水泵轮换工作,合理调度水泵运行。控制主站将各种数据信息传送到调度监控中心和生产设备控制中心,如图2所示,通过地面控制中心上位操作软件,操作员能进行实时监测监控及报警监控、故障历史查询、模拟量曲线显示和报表打印。该系统具有运行可靠、操作方便、自动化程度高等特点。

2.3水泵自动化控制流程

通过自动化改造,霍尔辛赫中央泵房可实现全自动化控制,系统能根据预设的水位和事件进行自动化运行。如图3所示(图中“Y”标识满足条件,“N”表示未满足条件),当到达水泵启动条件时,系统首先进行抽真空,达到真空度后进入水泵启动程序,水泵启动后会判断正压,压力不达标则进入意外故障判断,在达到标准时进入正常运行状态,当达到设定条件时,系统进入水泵关停动作。

3中央泵房远程控制的网络可靠性改造

随着矿山信息化建设的发展,当前煤矿网络中数据业务种类不断增多。当前霍尔辛赫矿井下网络由千兆骨干环网、井下Wi-Fi网络、扩播网络构成,其中骨干环网采用双环结构,分布于井下主要巷道;Wi-Fi采用瘦AP(AccessPoint,接入点)集中管理,依托于骨干环网,完成多种无线终端的数据接入;另外多种总线网络也通过骨干环网最终传上地面。网络承载的业务包括监测监控数据、电话和监控视频业务、SIP(SessionInitiationProtocol,会话初始协议)业务等,仅同时在线的IP(网络之间互连的协议)终端就可达上千个。随着网络中接入业务的增多,网络的服务质量问题逐渐突显,设备远程控制操作的可靠性尤其重要。因此,系统在设计引入了服务质量(QualityofService,QoS)技术来保障网络中关键业务的传输。煤矿井下网络中系统多、设备多,但归纳起来可分为主要4种:控制命令、监测业务、语音业务、视频业务[2-3]。传统QoS研究或应用多用于互联网中视频业务的实时性需求,但煤矿网络有自身的特点[4]:a)控制命令时延和重传率要求最高,必须达到尽可能低,因为控制的准确性关系到井下矿工的生命和正常生产;b)监测业务为管理调度人员提供人员、机器、环境的状态信息,应保证优质传输;c)随着监控手段增加,实时视频流在不断增加。为此,在进行水泵自动化改造的同时,对井下环网进行了改造:a)在原有环网基础上进行了细分,通过VPN(VirtualPrivateNetwork,虚拟专用网络)将视频、Wi-Fi网络、监控业务区分开来;b)通过优先级设置,确保控制业务得到最高的传输优先级;c)在一些视频业务尤其是移动视频业务,在客户端软件上增加了视频压缩模块,尽可能降低网络负载;d)通过多种手段结合,既保障了控制命令的快速可靠传输,又使大带宽业务得到了较好保证,提高了网络的综合可靠性和高利用率。

4结语

霍尔辛赫矿中央泵房全自动化改造是全矿向新型智能化煤矿前进的一个缩影,系统没有局限于单个子系统的设计实现,而是以矿山物联网多业务、大数据为背景,充分考虑了控制可靠性和系统使用的延续性,有利于系统的长期可靠运行和未来的多系统融合。另外从经济效益上看,中央泵房实现了无人化职守,仅人工费粗略估算用每年就能减少28.8×104元,是煤矿在困难时期下企业降本、提质、增效的一个途径。

参考文献:

[1]李春华,夏国良,魏超全,等.矿井排水智能监控系统结构设计[J].工业仪表与自动化装置,2014(1):57-59.

[2]林闯,单志广,任丰原.计算机网络的服务质量[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3]钱建生,,顾军,等.基于防爆工业以太网的煤矿综合自动化系统[J].中国煤炭,2006,32(3):29-31.

篇2

【关键词】电气自动化;控制系统;设计要点

随着现代化技术的高速发展,人们平均生活平的不断提升,快节奏、高质量和节能已经成为当今社会的主流思想。同理,电气自动化控制系统的设计也是以这三点为最终目标,创建高效率、高质量、高水平的电气自动化控制系统。下面简要介绍电气自动化控制系统的现状以及该系统的设计要点。

1电气自动化控制系统概述

1.1电气自动化控制系统的现状

电气自动化控制系统已经逐步在我国各个领域中广泛应用,为我国工业生产以及统一化管理提供可靠的技术支持。该控制系统利用计算机网络技术很大程度上提高生产效率和精确度,也使得应用、检修更加简单、便捷。电气自动化控制系统通过电缆将计算机、CPU智能仪表等主要设备相连接,利用中央控制器对其统一控制管理,随着计算机网络技术的不断发展,电气自动化控制系统逐渐向信息化、智能化的方向发展。

1.2电气自动化控制系统的特点

电气自动化控制系统是以计算机技术为基础的现代化技术,随着近几年飞速的发展已经取得很大的进步,其一般具有工作效率高、精确度高、可靠性高、抗干扰性强、批量连锁防护功能和反应敏锐的优势,但是该控制系统与传统控制系统相比,其信息量少、操作频率低、控制对象局限等缺点,需要我们进一步研发,不断优化电气自动化控制系统。

1.3电气自动化控制系统的功能

电气自动化控制系统的功能主要包括自动控制和保护功能、检测和维修的功能、监视功能和测量功能。自动控制和保护功能是指电气自动化控制系统对设备的控制与保护,例如设备出现故障,该系统自动启动安全开关切断设备电源,保护设备;在该系统控制过程中,设备可能出现不可预知的故障,因此也要具备自动检测故障以及维修的功能;监视功能是利用传感器等设备,检测人眼无法察觉的变量,通过收集的各个变量来判定该设备是否处于正常状态,还可以检测设备周围环境质量;测量功能是利用测量仪器对线路相关参数进行测量,确实掌握设备运行的相关参数,实现电气自动化控制。

2电气自动化控制系统的基本结构

电气自动化控制系统主要由间隔层、通讯层和监控层三个层次组成。间隔层位于电气自动化控制系统的底层,该层需要针对系统所控制的对象进行设计;通讯层位于系统的中间层,是系统实现网络传输的关键,在间隔层与监控层之间建立通讯渠道;监控层位于系统的最顶层,该层是实现自动化控制系统的核心部位,是由现场控制层、信息管理层、中心监控层和远程设备层等部分组成。

3电气自动化控制系统的设计要点

3.1数据采集模块的设计

监控系统中分别体现不同的功能,现场控制层主要负责数据采集、相关控制参数的设置等内容。我们以数据采集模块设计为例简要分析其设计要点:数据采集模块的设计主要分为模拟量数据采集、数字量数据采集和电能量数据采集三个部分。在交流电路中模拟量数据采集某个周期内交流电压信号、电流信号的瞬时值,并将模拟值通过A/D转换,后经过运算处理,得到被测电压的有效参数;数字量数据的采集,其中主要包括断路器运行状态、隔离开关状态、继电器保护信号等数字量的采集;电能量数据的采集包括有功电能与无功电能数据。数据采集模块中的模拟量数据、数字量和电能量数据需要通过数据传输模块处理、传输至采集系统,数据采集系统对相关数据进行实时记录,并将数据信号传输至上层系统,上层系统接收系统,发出控制命令,并将该信号转换为其他模块可识别的信号,从而实现各个模块之间的相互通讯。

3.2数据传输模块的设计

数据传输模块是给基于多通道数据传输通道模式进行设计,数据传输模块主要负责类型、性质、传输目的等不同参数进行处理,同时完成接受数据的分析处理,将分析后的数据传输至电气自动化控制系统的应用平台。数据传输模块设计时需要注意在保证数据传输质量的前提下提高数据传输的效率,尽可能降低数据传输的网络环境要求,即将传输的数据通过通讯模块后,将其直接传送到数据分析系统,在数据分析系统中对其进行分类打包,然后将其送入该数据专用的传送通道进行传送,该类传输数据具有不同类型传输具有相对的独立想和完整性。

3.3监控系统的设计

监控系统的设计方式主要分为集中监控、远程监控和现场总线监控三种设计方式,每种设计都具备其各自的优缺点,我们在这里浅要分析:集中监控设计具有便于维护、控制站防护要求低、系统设计简单。集中控制系统主要是将该系统各个功能集中在处理器上,因此处理器需要承担很大的负担,处理器任务过重很可能影响其处理器的运行速度。随着电气自动化控制系统的控制对象逐渐扩充,该处理器的任务越加沉重,从而造成主机冗余下降、电缆数量增加、增加成本、可靠性降低等一系列问题;远程监控系统的设计可以很大程度上节约成本,例如电缆费用、安装费用等。该系统相对于集中控制系统更为可靠与更佳灵活,但是该系统的通讯量相对较低,仅适用于小型系统监控,不适用于企业全体电气自动化控制系统的实施;现场总线监控设计是对以太网、现场总线等计算机网络技术的充分应用,该设计方式的系统更具针对性,不同间隔具有不同功能,该设计方式具有远程监控的所有优势,同时还可以进一步降低成本,例如隔离设备、I/O卡件、模拟量变送器等费用的降低,智能设备与系统通过通讯线进行连接,一定程度上降低安装成本等。各个装置、功能都具有相对的独立性和完整性,装置之间仅仅用网络连接,具有很强的灵活性,其中任意装置出现故障,并不影响系统中其他设备的运行,大大提升系统的可靠性,因此该设计方式广泛受到现代化市场的欢迎,具有降低成本、提高效率、维护便捷、灵活性高、可靠性高等优势。

4结束语

综上所述,电气自动化控制系统目前已经走入现代化市场,受到各大企业的热烈欢迎,为了提升企业自身的竞争实力,紧跟时代的步伐,其系统设计的合理性、创新性是该系统的关键之一,从而进一步提升我国工业自动化综合水平。

参考文献

[1]许子瑜.电气自动化控制系统的设计要点分析[J].电子制作,2015(9X):70.

[2]刘志勇.浅谈电气自动化控制系统的设计要点[J].大观周刊,2012(36):78-79.

[3]郑浩.建筑电气自动化控制技术的应用研究[J].山西建筑,2015(23):120-121.

篇3

关键字:建筑钢结构;设计;工程造价;控制

Abstract: electrical automation and control systems have been widely used in the field of modern manufacturing, space flight, medical research and transportation, with the development of new areas, electrical automation continuous integration into the new factors, such as intelligent systems and large-capacity information delivery systems. Further enhance China's technological level in the field of electrical automation, it has a tremendous impact.Key words: steel construction; design; project cost; control

中图分类号:S24文献标识码:A文章编号:2095-2104(2012)02-

近年来,电气自动化控制系统在生活中应用越加广泛,方便生活的同时也使得智能化水平不断提高,能够更加精准的控制仪器设备,并且大容量信息数据传输的实现,也可以依托在不断发展的通讯技术上。可见,电气自动化控制系统在生活中的巨大作用。在现代制造、航天飞行、医学研究以及交通等领域电气自动化控制系统都得到广泛应用,而随着新领域的开发,电气自动化不断地融合进新的因素,诸如智能化系统和大容量的信息输送系统。进一步提高我国在电气自动化领域的科技水平,影响巨大。

一、电气自动化控制系统的综合功能简述

结合目前常用单元机组的运作模式和电气自动化的控制特点,可以将发电机上某一变压器组同电源等电气控制全部纳入ESC监控模式下。它的综合功效是:形成发变组断路器220kV/500kV的出口,从而隔断开关控制和操作;控制发电组、厂高变以及励磁变压器的保护程序;形成包括启励和灭磁操作以及切换增减磁控制方式的操作组成的发电机的重要励磁系统;同时变组断路器出口将自动形成开关自动化并允许手动操作的同期并网;高压6kV厂用电源的监视及操作、厂用电压快切装置状态的操作、监视及低压自投控制装置;380V的低压厂用电源的系列自投装置控制;允许两台机共用的变压器操作控制程序;保安电源及柴油机组的操作控制程序;监视直流系统及LPS系统。同时,因为电力自动控制系统在发变组的主保护及安全自动装置部分要求必须全部实现在DCS中,目前尚未得到发展,不过值得肯定到是,已经与DCS要扣实现连接,可以通过这一系统进行追忆事故的实现,这也属于通讯信息自动化装置。

二、主要功能

1、自动控制功能。高压和大电流开关设备的体积是很大的,一般都采用操作系统来控制分、合闸,特别是当设备出了故障时,需要开关自动切断电路,要有一套自动控制的电气操作设备,对供电设备进行自动控制。

2、保护功能。电气设备与线路在运行过程中会发生故障,电流(或电压)会超过设备与线路允许工作的范围与限度,这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整(断开、切换等)的保护设备。

3、监视功能。电是眼睛看不见的,一台设备是否带电或断电,从外表看无法分辨,这就需要设置各种视听信号,如灯光和音响等,对一次设备进行电气监视。

4、测量功能。灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态(有电或断电),如果想定量地知道电气设备的工作情况,还需要有各种仪表测量设备,测量线路的各种参数,如电压、电流、频率和功率的大小等。

在设备操作与监视当中,传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代,但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。这也都是电路实现微机自动化控制的基础。

三、电气自动化控制系统组成

1、电源供电回路。供电回路的供电电源有AC380V和220V等多种。

2、保护回路。保护(辅助)回路的工作电源有单相220、36V或直流220、24V等多种,对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护,由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。

3、信号回路。能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路,如不同颜色的信号灯,不同声响的音响设备等。

4、自动与手动问路。电气设备为了提高工作效率,一般都设有自动环节,但在安装、调试及紧急事故的处理中,控制线路中还需要设置手动环节,通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。

5、制动停车回路。切断电路的供电电源,并采取某些制动措施,使电动机迅速停车的控制环节,如能耗制动、电源反接制动,倒拉反接制动和再生发电制动等。

6、自锁及闭锁同路。启动按钮松开后,线路保持通电,电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节,如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件,为了保证设备运行的安全与可靠,只能一台通电启动,另一台不能通电启动的保护环节,叫闭锁环节。如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。

四、电气自动化控制系统的设计思想

1.集中监控方式

这种监控方式优点是运行维护方便,控制站的防护要求不高,系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理,处理器的任务相当繁重,处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控,伴随着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、电缆数量增加,投资加大,长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时, 隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线,由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位,造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂,查线不方便,大大增加了维护量,还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。

2.远程监控方式

远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、,节约材料、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线(如Lonworks总线,CAN总线等)的通讯速度不是很高,而电厂电气部分通讯量相对又比较大,所有这种方式适合于小系统监控,而不适应于全厂的电气自动化系统的构建。

3.现场总线监控方式

目前,对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中,且已经积累了丰富的运行经验,智能化电气设备也有了较快的发展, 这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控方式使系统设计更加有针对性,对于不同的间隔可以有不同的功能,这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外,还可以减少大量的隔离设备、端子柜、I/0卡件、模拟量变送器等,而且智能设备就地安装,与监控系统通过通信线连接,可以节省大量控制电缆,节约很多投资和安装维护工作量,从而降低成本。另外,各装置的功能相对独立,装置之间仅通过网络连接,网络组态灵活,使整个系统的可靠性大大提高,任一装置故障仅影响相应的元件,不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。

五、探讨电气自动化控制系统的发展趋势

实际上,电气自动化控制系统的发展趋势应该是分散、开放并具备信息化特征的。分散的结果能保证网络中每一个模块职能的独立从而分散系统危险实现系统运行的安全可靠;开放性的系统结构则是通过外部接口实现内外部系统的网络连接;信息化则使所有的信息得到综合分析处理,实现网络科技与管理的结合、一体化,真正做到电气自动化控制系统的不断提升。未来的发展趋势中,我国企业还需保证稳定的健康发展,认识不足并不断的通过高新科技的学习巩固基础能力,发挥创新精神,才能开创出和谐的发展局面,为工业自动化的实现做贡献。

参考文献:

[1]周艳惠.电气自动化控制系统的设计[R].中国新技术新产品.2010年2期.

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煤矿施工企业不断的发展过程中,市场中也出现很多关于PLC的产品,通过对成产厂家和知名度上面来看有很多,这也包括很多的企业,在对这些产品生产的过程中对于不同的品牌在对同一问题进行处理方法上也存在一定的差异,因此,我们需要对以下几点进行全面的考虑。

1.1在选择之前对系统的规模进行仔细的分析

在对生产产品运用的时候通过不同作用进行分析,使用的时候需要我们对不同规模的煤矿进行分析,能够及时的将生产的产品运用到实际工作中,同时还要有效的将PLC产品对不同范围的煤矿进行分析。例如,我们在对西门子电气自动化设备使用的过程中,对于煤矿的产量得到大量的提升,主要就是通过运用PLC设备提高生产效益,在对西门子产品进行分析的时候,对于不同规模的煤矿选择设备也是不一样的,在对瓦斯浓度检测的时候,一般采用微型设备对瓦斯进行检测。但是在对矿井水位变化和运行状态进行分析的时候,也就要通过PLC设备通过逻辑和程序控制来实现,对于这些控制也就具有更高的要求,在对PLC设备选择上也就要选择中等设备,在对矿井工作的所有人员都要进行实时监控,更高的保证井下通信和监控工作的开展,对其全程进行有效的监控,对于这些事情也就十分的繁琐,我们要在监控的时候运用微型和中型设备也就不能满足监控的需要,这时候我们也就要更好地选择大型PLC设备。

1.2I/O点类型的确定

在对电气自动化在控制的过程中具有很多的需求,对于这些需求主要就是对其预计监督的对象的控制,我们在对监控的工作要有效的开展,做好数据统计工程中相应的统计清单,这个过程中要有效的对其进行分类,还要根据实际情况对工作系统容量做出估计,在对这些资源数据进行确定的同时提高设备的控制能力,更好的利用资源,减少资源不必要的浪费。同时在确定设备输出点频率的时候,我们也要通过对矿井自身的实际情况进行仔细分析,同时要准确掌握矿井供电输出的方式,在矿井工作中一般采用晶体管和继电器进行输出。

1.3对编程工具的选择

在对设备进行分析之后,也就要对系统进行统一的编程,对于现在使用的编程主要有手持编程器、图形和PLC与计算机结合编程这三种,这也是煤矿电气自动化控制系统中应用最为普遍的编程手段。对于手持编辑器在运用过程中效率较低,主要就是针对一些较小的PLC设备进行编程,在图形编程的时候使用最多的就是梯形编程,对于这种编程方式十分简单,但是在对中型的PLC编程十分有效。为了有效提高编程的效率,很多时候都是运用计算机与PLC软件对大型设备进行编程处理,对于这种编程方式需要耗费大量的资金,同时还有很多的问题,同时也是针对一些大型自动化控制系统使用。因此,在煤矿电气自动化系统使用中要根据煤矿自身的情况选择适合的编程方法,以此保障系统的编程能够更加迅速高效。

2对系统构架的优化

2.1对硬件的优化设计

对于硬件的优化设计在整个控制系统中具有十分重要的作用,也直接关系到控制系统是否能够稳定的运行,对硬件进行科学合理的设计优化可以有效地提高设备运行的稳定性和安全性,在实际工作中对于硬件优化具有十分重要的作用,对于不同的煤矿在使用的时候也存在很多的差异,对其自动化控制系统的要求也就不同,在对硬件激励性能够分析的时候也要全面了解,我们也就要更好地选择系统的使用性,保证煤矿电路的抗干扰性。

2.1.1优化输入电路设计

在对输入电路的设计进行优化的过程中,要首先对PLC供电电源的电压范围进行仔细的考虑,一般都在85V至240V之间,同时对于电压的分析具有较宽的幅度,但是我们在实际的作业过程中会面临很多的困难,同时再加上我国现今供电自身存在的问题,所以必须在供电系统中安装电源净化器,对干扰进行有效的处理。在安装了净化电源设备之后,系统在运行过程中也能够更具安全和稳定保障,很多都是运用的滤液器以及隔离器等设备,保证输出电路更好的优化,也是保证系统运行正常的必要条件,同时我们在工作中如果出现一些不当的操作,系统运行过程中经常都会出现短路的现象,这也就会导致PLC芯片造成严重的损坏,导致系统不能正常运行。因此我们在输入电路进行优化的时候要保证系统中安装设备的合格,更好地解决短路故障造成的损坏。

2.1.2优化输出电路设计

对于电路输出的优化设计,这也就需要我们更好地结合煤矿的实际生产要求,对煤矿设备中每一种指示灯进行选择和调节,还要更好地选择电路输出的方式,这也就可以更好地保证输出过程中的效率,还能有效地提高系统运转的速率。在对电路输出的时候尽可能地简化采用继电保护装置作为输出的基本方式,在对继电保护装置本身也就具有较好的抗干扰和保护电路的能力,但是在对相应的设备进行分析之后,对于PLC设备电路输出过程带有的电磁线圈,这也就会导致PLC芯片造成严重的损坏,为了能够有效地避免这种情况,在设备工作中都会采用续流二极管联到电路盘中,在电炉盘并联了续流二极管之后能够很好的吸收浪涌电流,最大限度的保护了PLC芯片。

2.2对软件设计的优化

对于整个系统的运行核心就是系统自身所运用的软件,系统软件在进行优化的时候,我们主要目的就是提高系统运行效率,软件优化要和硬件同步进行,优化软件的过程也就是将软件设备通过处理之后保证系统运行的有效性,将其转化为控制图形,在这种情况主要就是对目前PLC系统面临的问题进行分析,更好地通过优化软件解决相应的问题,我们在分析问题的时候,首先就要根据软件的结构和作用进行分析,在设计的时候根据相应的规模进行,通过有效地优化软件提高实际工作中的效率,也能更好地保证生产效率。

3结束语

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【关键词】PLC;水泵;自动化控制

1 八一煤矿井下主排水系统概述

八一煤电化公司井下水泵的开停及选择切换均由人工完成,系统不能根据水位或其它参数自动开停水泵,仅能实现就地的简单操作,大量的实时数据不能由地面调度人员及时监测和管理,系统运行状态以及出现故障时不能及时发现并处理,给统一调配、事故处理造成不便,而且每个泵房均设置专人专岗进行操作,这将严重影响井下主排水泵房的管理水平和经济效益的提高,生产效率低,为实现矿并排水系统的集中控制和管理,八一煤矿对中央泵房进行自动化改造。

八一矿井原是一座全水力化采煤矿井,1958年建井,1963年投产,1970年经过改扩建建成生产能力75万吨的矿井,于1992年底注销生产能力,2007年政策性破产重组改名为八一煤电化公司。矿井井下涌水量较大,中央泵房设计安装了6台MD500-57×9主排水泵,配套电动机1050kW,3趟排水管路,三个水仓。正常涌水时,2台工作,2台备用,2台检修。

2 设计目标及要求

系统应满足水泵机组起停、故障诊断和数据处理上完全自动化;达到节约能源和人力资源的功能,并能长时间连续稳定地工作。

鉴于PLC的先进性和可靠性,对中央泵房的6台主排水泵及其附属的抽真空系统与管道电动阀门(注:原为手动阀门)等装置实施了PLC自动控制及运行参数自动检测,动态显示,并将数据传送到地面生产调度中心,进行实时监测及报警显示。系统通过检测水仓水位和其它参数,控制水泵轮流工作与适时启动备用泵,合理调度6台水泵运行。系统通过触摸屏以图形、图像、数据、文字等方式,直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、电机温度、轴承温度、3趟排水管流量等参数,并通过通讯模块与综合监测监控主机实现数据交换。该系统具有运行可靠、操作方便、自动化程度高等特点,并可节省水泵的运行费用。

3 系统设计方案

3.1 系统组成

八一煤矿中央泵房井下主排水泵自动化控制系统,整个自动控制系统由数据自动采集、自动轮换工作、自动控制、动态显示及故障记录报警和通讯接口等5个部分组成。

3.2 自动控制

系统控制设计选用了日本三菱公司FX2N-64型PLC为控制主机。该无人信守系统以水仓水位作为水泵的起停的基本条件,在此条件满足的前提下,然后再根据均匀磨损的原则、电价避峰填谷的原则实现水泵的起停。该原理为:首先设定四个水位限值:H1、H2、H3、H4(H:实时水位H1:超限水位 H2:报警水位H3:启动水位 H4停机水位),当水位达到报警水位时,首先对电网的负荷进行监测,若处于用电谷段或平段时,可以立即启动;若处于用电峰段,则暂缓启动。当水位继续上升至超限水位时,则不论电网负荷如何,必须立即启动水泵。若水位继续上升到超限水位时,则表明一台水泵的排水量已不足以排除矿井出水,以矿井的最大排水能力来排除矿井涌水。不论投入几台水泵,水位必须下降到低限水位方可停泵。即当PLC读取的水仓水位值为H4时,表示水仓水位低于低限水位,水泵机组将不投入运行;水位值≥H3,并且时间为电价谷段或者平段时间,一台水泵机组投入运行,如果为峰段时间,则等待水位上涨到H2时再投入一台水泵机组运行。当一台机组处于运行状态时水位仍然上涨到H1,则继续投入一台机组运行,如果水位仍然上涨,则陆续投入所有水泵。机组运行至水位下降到H4时,水泵机组限出运行。

3.3 系统功能及特点

3.3.1 PLC控制程序采用模块化结构,系统可按程序模块分段调试,分段运行。该程序结构具有清晰、简捷、易懂,便于模拟调试,运行速度快等特点。

3.3.2 系统根据水位和压力控制原则,自动实现水泵的轮换工作,延长了水泵的使用寿命。

3.3.3 系统可根据投入运行泵组的位置,自动选择启动就近的真空泵,若在程序设定的时间内达不到真空度,便自动启动备用真空泵。

3.3.4 系统根据电网负荷和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段,以“避峰 填谷”原则确定开、停水泵时间,从而合理地利用电网信息,提高矿井的电网运行质量。

3.3.5 PLC自动检测水位信号,计算单位时间内不同水位段水位的上升速率,从而判断矿井的涌水量,自动投入和退出水泵运行台数,合理地调度水泵运行。

3.3.6 在触摸屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况,实时显示水位、流量、压力、温度、电流、电压等参数,超限报警,故障画面自动弹出,故障点自动闪烁。具有故障记录, 历史数据查询等功能。

3.3.7 系统具有通讯接口功能,PLC可同时与触摸屏及地面监测监控主机通讯,传送数据,交换信息,实现遥测遥控功能。

3.3.8 系统保护功能有以下几种:

超温保护:水泵长期运行,当轴承温度或定子温度超出允许值时,通过温度保护装置及PLC 实现超限报警。

流量保护:当水泵启动后或正常运行时,如流量达不到正常值,通过流量保护装置使本台水泵停车,自动转换为启动另一台水泵。

电动机故障:利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障,并参与控制。

电动闸阀故障:由电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相等故障,并参与水泵的联锁控制。

3.3.9 系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。自动时,由PLC检测水位、压力及有关信号,自动完成各泵组运行,不需人工参与;半自动工作方式时,由工作人员选择某台或几台泵组投入,PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作;手动检修方式为故障检修和手动试车时使用,当某台水泵及其附属设备发生故障时,该泵组将自动退出运行,不影响其它泵组正常运行。PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮,设备检修时,可防止其他人员误操作,以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。

4 结束语

该自动化系统完成了各种信号的采集,系统保护完备,工作流程准确,减轻工人的负担。实现无人值守,提高了泵房的安全挂、可靠性,同时节约了大量地电能,提升了泵房的现代化管理水平。

【参考文献】

[1]何山.可编程序设计范例大全[M].同济大学出版社,2010.

[2]莫正康.半导体变流技术[M].冶金工业出版社,2009.

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    关键词:选矿工艺 单回路控制 组态 PLC

    中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)03-0004-02

    1、概述

    在选矿过程中,随着计算机技术的应用、控制理论的发展及检测手段的完善,为了能及时有效地控制生产过程参数的变化,保证产品的质量和产量,提高回收率,因此提高选矿自动化水平已被提上日程[1-2]。

    FCS(Fieldbus Control System现场总线控制系统)是用现场总线网络将现场各个控制器和仪表设备互联,构成现场总线控制系统,同时控制功能可降低安装成本和维修费用。FCS是一种开放的、具有互操作性的、分散的分布式控制系统,现在广泛应用于选矿自动化控制系统中,并取得了较好的效果。

    2、某选矿厂自动控制系统设计

    2.1 选矿厂自动控制系统架构

    根据某选矿厂的工艺流程要求,初步拟定该选矿厂的控制系统由5个控制站,与一个中央控制室组成环网。控制层提供了生产工艺数据和设备信息采集、过程数据控制处理与实时控制等功能,主要由PAC站与HMI组成。该选矿厂的自动化控制系统架构见图1所示。

    各站内部采用PROFIBUS-DP现场工业总线的方式进行数据通讯;各站与中央控制室之间,采用以太网的方式进行数据传输及存储[3]。5个控制站分别是:(1)粗碎、中碎及干选控制站;(2)高压辊磨机流程控制站;(3)1#系列筛分预选及磨选控制站;(4)2#系列筛分预选及磨选控制站;(5)浓缩、环水及尾矿控制站。

    这5个站都采用GE 可编程控制器PACSystems Rx3i,作为站控制器组成站控制系统。每个控制站设计选择使用一台PACSystems Rx3i系列CPU控制器、以及由PACSystems Rx3i系列相应的功能模块等组成一个过程控制I/O站处理系统,负责对相应的生产流程进行生产过程的处理控制。为了连接和维护的方便,5套HMI(内置以太网口)与控制站之间通过工业以太网方式进行连接。

    选矿厂控制系统的信息层主要提供了现场生产过程的模拟显示、操作指令下达、报警显示、数据存储、历史记录、报表分析及WEB等功能。信息层主要由操作员分站、操作员总站、工程师站、历史服务器、WEB服务器、WEB客户端、以太网交换机和网络打印机,以及相关的软件等组成。

    2.2 选矿厂自动控制系统软件设计

    该系统所用的软件主要有:操作系统软件WindowsXP SP2、PLC控制应用软件Machine Edition、组态监控软件iFix、历史数据库软件iHistorian、WEB软件Portal。

    信息层的计算机操作系统主要配备Windows XP Service Pack 2。它对个人用户来说:具有可靠的附件安全检查,提供更多的网络安全保护,确保了网页浏览更安全。系统组态采用iFix软件,由于iFix系列软件的C/S架构,系统选用2套iFix增强型的无限点开发版软件作为工程师冗余站。此软件通过专业驱动和下位的PLC连接,实现和PLC的数据的交互。同时,选用6套iClient软件作为此系统的操作员站,用来实现对系统的监控,其中5套是分别对应于各控制站,另外1套是整个系统的总监控[4]。

    系统中的数据管理选用GE公司的iHistorian软件来实现历史数据的压缩归档存储。iHistorian数据库通过iFix采集器和下位的iFix软件连接,从iFix软件的数据库中获取数据。同时,它可以通过其它采集器以及接口和别的系统连接。系统中的WEB功能由GE公司的Portal软件来实现,Portal是一个专业的可视化的数据分析报表生成和web的软件。系统中涉及到的三个GE Fanuc软件直接可以实现无缝连接。

    同时,iFix软件支持的COM/DCOM、DDE、OPC、ActiveX等接口和技术能实现与其他系统或软件的连接,iHistorian支持的OPC、OLE DB等技术支持与其他数据库的互连,并且iHistorian的SDK完全开放,可以通过后台开发实现与其他诸多系统和软件的连接。

    2.3 选矿过程主要控制方法

    选矿过程控制主要有前馈控制、反馈控制和以反馈控制为主,辅以前馈控制的综合控制三种。前馈控制是干涉因素未进入过程以前,先检测出其有关参数,利用事先研究的关系式,判明其对生产过程的影响,按要求予以校正。反馈控制是先测出被控变量参数,反馈到控制器与给定值进行比较,然后根据比较结果,调节被控变量直至与给定值接近。但在选矿过程中由于矿量、浓度、粒度、品位等参数复杂多变,很难求出精确的关系式,设计不宜大量采用前馈控制。但由于选矿过程的滞后时间较长,如果只采用反馈控制系统,也难以收到良好效果。因此,设计通常采用以反馈控制为主,并辅以前馈控制的综合控制方式,如磨矿回路中的给矿量、浓度和粒度控制;浮选回路中的给药量、品位和液位控制等[5]。

    该选矿厂工艺流程主要包括:碎矿工艺流程控制、高压辊磨流程控制、筛分预选及磨选控制、一段磨矿的工艺控制、二段磨矿的工艺控制、尾矿浓缩及尾矿输送控制。其主要控制方式以单回路闭环控制方式为主,以图2磨矿浓度、泵池液位、分级粒度控制回路为例介绍选矿自动化控制实现。

    控制系统通过对浓缩机底流浓度的检测,分析现时的排矿浓度与工艺设定的浓度是否有偏差,如分析结果有偏差,控制系统将会根据偏差决策:进行调整或者不调、进行调大或者调小底流的放矿阀,用以改变浓密机底流的排矿量,从而控制调整浓密机内的积矿量,达到控制底流排矿浓度的目的。

    3、系统设计特点

    系统采用基于现场总线控制的配电模式(即以Profibus-DP 现场总线的方式连接电控设备),使控制系统通过PLC对软启动器、变频器、电机保护器等智能设备进行检测和控制。从而实现对流程设备进行多变量的监控,提高数据的采集精度和控制精度,并实现完全意义上的远程监控。

    使用FCS技术将现场智能设备通过总线的方式连接起来,即是实现了更高意义的配电自动化和过程自动化,其特点如下:

    (1)由于控制系统与现场设备是通过总线进行数字化的传输,因而减少了以往模拟信号的转换环节,提高了数据的采集精度和控制精度。采用总线方式,使标准化的智能设备可以方便互连,组态和互换,提高了互操作性和交互性。

    (2)利用FCS现场总线控制系统和总线通讯,来控制和检测加有智能功能的流程设备。由此,实现对流程设备进行多参数的状态监控,解决以往自动化系统对设备监控参数少,对设备掌控不够的问题,从而实现自动化系统对流程设备完全意义上的远程监控。

    (3)总线方式具有结构性好,FCS可以把智能技术分散现场各点,依靠现场智能设备实现基本控制功能。

    (4)通过现场总线可以连接所有智能设备,大大减少了控制电缆的数量和施工调试的费用,也减少了日常维护量,有利于实现该选矿厂的减人增效的目标要求。

    4、结语

    基于FCS的选矿自动化控制系统设计能实现以下功能:

    (1)对选矿厂实行集中操作控制即:通过自动化控制系统对生产流程实现全流程的自动启/停控制;对生产流程及设备运行状态进行实时自动监控,从而保证流程在线运行设备安全。

    (2)对生产流程中重要的工艺参数如:矿仓料位、矿浆池液位、蓄水及环水池液位、破碎机、高压辊磨机、球磨机给矿量、各给水环节的给水量等进行实时检测和显示。对磨选生产过程进行自动化调整控制,控制和稳定两段磨矿处理量、旋流器的溢流粒度,为选矿厂进行全过程的工艺控制,提升各项工艺选别指标。在稳定选矿厂各项生产工艺指标的基础上,提高选矿厂的生产处理效率,使选矿厂的生产处理效率提高5%-10%,进入国内类似选矿厂的领先水平。

    (3)通过控制系统网络,将选厂生产信息向上级相关部门实时传送和,在提高矿业公司选矿厂生产自动化水平的同时、提高矿业公司现代化企业的管理水平。

    (4)对该选矿厂的工业电视监控系统将采用先进的、基于C/S结构的数字视频监控系统。主厂房控制室为中心监控室,配置三套服务器即:CMS中心管理服务器、SMT流媒体服务器、NVR网络视频存储服务器及NCT网络配置工具。实现对选矿厂视频监控系统的配置、管理、网络存储及视频等功能。

    通过对该选矿厂生产过程的自动化控制设计,使该选矿厂的自动化装备水平达到国际先进和国内领先水平,生产效率和指标达到国内选矿厂生的先进水平。

    参考文献

    [1] 葛之辉,曾云南,赵保坤.选矿过程自动检测与自动化综述[J].中国矿山工程,2006,35(6):37-42.

    [2] 张晓兰,郭飞华.自动化系统在选矿作业的应用与实践[J].采矿技术,2009.9(1):107-108.

    [3] 王立,于玲.基于Profibus-DP总线控制的机电一体化系统[J].电力自动化设备,2009.29(6):127-129.

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关键词:电气自动化控制系统;设计;应用;分析

随着社会经济的迅速发展和科学技术的不断提升,电气自动化技术表现出强劲的发展势头,在国防、交通、能源、化工、机床、港口、冶金等各个领域得到了广泛的应用。电气自动化控制系统作为电气自动化技术运用的集中体现,在提高系统运行稳定性、生产效率、经济效益方面性能突出,且正在朝着信息化、开放、分散的方向发展。因此,就电气自动化控制系统的设计及应用进行探讨就显得十分必要,对于电气自动化控制系统的应用优化与进一步发展具有积极的现实意义。

一、电气自动化控制系统的设计

一般情况下,将电气自动化控制系统分为以下三种设计形式:远程监控、集中监控及现场总线监控。其在具体设计中,根据特性,设计的思路也存在区别。

首先,远程监控系统的设计思路。在使用方面,远程监控系统表现出一定局限性,主要表现在以下方面:通常只对小型电气系统适用,于全场电气自动化系统中并不适宜。究其原因,是因为电气部分存在相对较大的通讯量,而通常现场总线通讯量则偏低,这就使得远程监控难以满足相关要求。此外,远程监控系统具有可靠性高、灵活性强、节约电缆、节省安装费等特性,在实际设计中,在考虑其适用条件的同时,也应将其优势统筹其中,从而达到设计优化的目的。

其次,集中监控系统的设计思路。集中监控系统设计的最主要特点是在一个处理机中集中了系统各个功能,虽然实现了操作、处理、显示的集中进行,但却使处理器背负繁重任务,大大影响其自身运行速度。保证运行可靠性是集中监控系统设计的关键,但在日趋复杂、庞大的自动化系统现实下,单纯依靠元器件的无限制提高,来提升系统可靠性,满足新的需求几乎是难以实现的。这就要求我们在完成元器件可靠性合理提升的同时,还应把握系统设计,来从根本上保障系统的稳定运行。此外,在集中监控系统的实际设计中,也应综合考虑其优点,即运维便利,对控制站防护的压球不高,系统设计较易实现。

最后,现场总线监控系统的设计思路。现场总线监控系统的设计具有针对性,间隔不同其所发挥的功能亦存在差异,即要求依据实际的运行情况和间隔具体功功能来设计现场。相比于远程监控,现场总线监控在具备其优点的基础上,还大大减少了对端子柜、模拟量变送器及隔离设备的使用,且智能设备的安装可就地进行,减少了电缆使用数量,实现了成本的节约。同时,对于现场总线监控系统的设计,应保持其各装置功能的独立性,依靠网络来进行装置间的灵活连接,从而促进该监控系统可靠性和工作效率的大幅度提升。可以说,现场总线控制系统依靠合理的设计表现出诸多特性,是电气自动化控制系统今后发展的大方向。

二、电气自动化控制系统的应用

电气自动化控制系统的应用十分广泛,涉及各个领域,本文以电厂发电应用为例,来对电气自动化控制系统的实际应用进行说明。

(一)数据操作系统应用

计算机处理系统的基础为计算机,其组成通常包括输入、输出及处理三个部分。该系统在电厂中的应用主要涵盖了参数的输入与显示、报表打印、性能计算、计录事故序列、异常报警等,即通过系统的数据操作来实现对电厂电气部分的有效控制。由于变压器内部组成成分不同,所以各个地方遇到故障时所产生的气体含量的百分比也是不尽相同的,所以,在运用色谱分析的方法时,我们可以对反应产生的气体进行分析,根据气体的含量,从而推断出故障的发生位置。比如,在变压器内部,有的材料在反应之后产生的一氧化碳这种气体较多,假设这种地方遇到了故障,我们就可以采用色谱分析法,这时会发现所检验的气体中一氧化碳的含量明显增加,这时候,我们就可以推断出是这个地方发生了故障。这种检测方法跟以往相比,在效率上有着明显的提高,因此,被越来越广泛的应用。在常规情况下,运用电气试验的方法可以相当准确的判断出变压器内部所存在的故障。但是,在某些情况下,例如变压器内部遇到局部放电,短路等故障时,运用电气试验法来检测故障就显得比较困难,这时,我们需要将电气试验法和色谱分析法结合起来,以到达更加便捷的目的。例如,在变压器遇到了局部放电的状况,这时候,我们可以先用色谱分析法进行气体检测,从而大致推断出故障的位置以及故障的类型,然后,在这些数据的基础上,我们可以有目的性的设计电气试验的方案,然后就可以迅速的找到故障的类型。将这两种方法相结合,跟以往的试验方法相比,显得非常便捷,这种方法减少了相当多的电气试验,极大地提高了检测变压器故障的效率。

(二)汽机旁路系统应用

汽机旁路系统的应用是为回收工质,保护再热器,解决锅炉最低负荷与汽轮机空载流量不一致情况为初衷的。该系统由高(低)压旁路压力调节系统与高(低)压旁路温度调节系统共同组成,并安装截止阀于各个旁路,电气自动控制系统的作用就体现在对这些旁路阀门执行器的控制上,依据系统的速度大小和运行力矩来对阀门开度进行确定,进而在电液执行器与电动执行器的选择上作出衡量。

(三)电液调节系统应用

液压控制系统是电液调节系统的前身,随着科学技术的不断发展,电液转换器、电气元件及设备的可靠性稳步增强,汽机配套设备同电调系统间实现较好协调,进而发展成为电液调节系统,能够对调节级后压力、电功率、转速等进行控制。该系统的应用以盘车为开端,来控制汽轮发电机组,先后经冲转、升速、并网、加符合等,直至完成正常的发电。电液调节系统主要作用于电网系统一次跳频,通过调度电网来对负荷进行改变。这样的电气自动化控制系统应用,不但为机组运行的安全性提供了保障,还确保了机组的长寿命、经济性运行。

(四)协调控制系统应用

锅炉、汽轮机为电厂中两大关键设备,对这两项设备的控制方式同锅炉蓄存能力的有效利用密切相关。通通常情况下,电厂内会应用协调控制系统,来作为机、炉的主控制系统,通过该系统的应用,来平衡输入和输出间的质量与能量。

(五)机械参数监控系统应用

随着汽轮发电机组容量与相应仪表数量的日益增长,为避免事故的发生,需要在的汽机运行与启停中运用大量仪器仪表来对各项机械参数进行有效监控。而同时,此类参数也在持续的增多,膨胀量、振动、转速、偏心度、位移需属于监测量的范畴。而将电气自动化控制系统应用于汽轮发电机组当中,便可实现对这些参数的准确、及时记录,同时对于机组连锁保护系统亦能够起到监视保护作用,促进了系统整体安全性的提升。

结语

电气自动化控制系统对于各领域自动化水平的整体提升发挥着十分重要的作用,参考上述内容,结合实际应用环境,来实现科学、合理的电气自动化控制系统设计与应用,从而使其发挥应有的管理效用。随着科学技术的不断发展和实践经验的沉淀积累,我们有理由相信,电气自动化控制系统的前景十分广阔。

参考文献

[1]王槟.电气自动化控制系统分析[J].科技创新导报.2011(26)

[2]刘玮.电气自动化控制系统的应用研究[J].中国房地产业.2011(10)

[3]宫汉峰[].电气自动化控制系统的工艺设计[J].科技与企业.2012(3)

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【关键词】电气自动化;设计;措施

1.电气自动化的现状

电气自动化系统信息化。信息技术在纵向和横向上向电气自动化进行渗透,纵向上,信息技术从管理层面对业务数据处理进行渗透,利用信息技术可以有效存取财务等管理数据,对生产过程动态监控,实时掌握生产信息并确保信息的全面、完整和准确;横向上,信息技术对设备、系统等进行渗透,微电子等技术的应用使控制系统、PLC等设备界线从定义明确逐渐变得模糊,而软件结构、组态环境、通讯能力等的作用日益凸显,网络、多媒体等技术得到了广泛应用。

电气自动化系统使用、维护与检修简易化。WindowsNT等已经成为实施电气自动化控制平台、规范以及语言的标准,基于Windows的人机界面成为了电气自动化的主流,并且基于Windows的控制系统有着灵活、易于集成等优势,也得到了广泛的应用。采用Windows操作平台使得电气自动化系统的使用、维护和检修更加简单、方便。

实现分布式控制应用。电气自动化系统通过串行电缆连接中央控制室、PLC、现场,将工业计算机、PLC的CPU、远程I/O站、智能仪表、低压断路器、变频器、马达启动器等连接,将现场设备的信息收集到中央控制器。分布式控制应用通过数字式分支结构的串行连接自动化系统与相关智能设备的双向传输通讯总线,将PLC、现场设备与相应的I/O设备连接起来,使输入输出模块发挥现场检查和执行的作用。

电气自动化控制系统的发展现状

1.1电气自动化工程DCS系统。DCS,即分布式控制系统,它是(TotalDistrbutedMicropro-cessorContralSystem)的缩写,是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统,它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的,具有实时性、可靠性和扩充性等优良特点,在生产、生活自动控制领域得到广泛运用。但随着DCS逐渐的运用,我们也越来越感受到分布式控制系统所存在的缺点。比如受DCS系统模拟混合体系所限制,其仍然采用的是模拟的传统型仪表,因此,大大地降低了系统的可靠性能,维修起来也显得比较困难;分布式控制系统的生产厂家之间缺乏一种统一的标准,降低了维修的互换性;此外,就是价格非常的昂贵。因此,在现代科技革命之下,必须进行技术上的创新。

1.2集中监控方式下的自动控制系统。集中控制下的自动控制系统有一个缺点,就是处理速度非常的缓慢,因为其控制方式是要把所有的功能都集中在一个处理器中,这也导致了整机运行速度的缓慢。另一个方面,把系统的所有设备都放入监控之中,就会导致监控数量过于庞大,主机空间的不断下降,从而大大的增加了电缆的数量,造成了费用的增加,同样因为过长的传输距离降低了控制系统的可靠性能。因为集中进行监控的联锁与隔离器件中的闭锁使用的都是硬接线,因此导致设备很难进行功能扩容操作。另外,因为系统接线的反复,增加了故障查找工作的困难度,也会增加由此而产生的错误指令,使得整个电气自动化工程控制系统可靠性降低。

1.3信息集成化的电气自动化控制系统。电气自动化控制系统所包含的主要信息技术主要体现在如下的方面:①管理层面上纵深方向的延伸。企业当中的人力资源、财务核算等数据信息的存取需要使用特定的浏览器进行操作,而且对于生产过程中的动态形式画面能够进行有效的监督控制,对于企业生产活动当中的第一手信息资料能够进行及时的掌握。②信息技术会在电气自动化设施、系统和机器中进行横向的扩展比较。而且随着微电子技术的不断投入应用,对于原来明确规定的设备也慢慢的变得模糊了,而结构软件、通讯的能力和统一,运用在组态环境之下逐渐的显得越来越重要。

2.电气控制对象的特点和要求

电气控制量与热工控制量相比在控制要求及运行过程中有着很多不同点,电气的主要特点表现为:电气控制系统相对热机设备而言控制信息采集量小、对象少,操作频率低,但强调快速性、准确性;电气设备保护自动装置要求可靠性高,动作速度快;同时对抗干扰要求较高;电气控制系统(ECS)主要以数据采集系统和顺序控制为主,联锁保护较多。因此,机组的电气系统纳入DCS控制,要求控制系统具有很高的可靠性。除了能实现正常起停和运行操作外,尤其要求能够实现实时显示异常运行和事故状态下的各种数据和状态,并提供相应的操作指导和应急处理措施,保证电气系统自动控制在最安全合理的工况下工作。

3.电气自动化控制系统的设计思想

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关键词:电气自动化;控制系统;设计思想;系统功能

中图分类号:F407.6 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2011) 07-0000-01

Modern Electrical Automation Control System Design

Zhou Xuan

(Tangshan Iron and Steel Iron Plant,Jiaohua Equipment Management Section,Tangshan063000,China)

Abstract:The article describes the function of electrical integrated automation system,discusses the current control system electrical design automation(in power plants as an example),look to the future development of electric automation control system trend.Raising the level of the intelligent design makes on-site equipment to accurately grasp the situation of possible development of communication technology was a large-capacity data transmission provides a platform.In industrial automation,pc-based control system for its flexibility and ease of integration features are being more accepted.

Keywords:Electrical automation;Control system;Design;System function

一、电气综合自动化系统的功能

根据单元机组的运行和电气控制的特点,应将发电机一变压器组和厂用电源等电气系统的控制都纳入ECS监控。其基本功能为:

1.发变组出口220kV/500kV断路器、隔离开关的控制及操作。

2.发变组保护、厂高变保护、励磁变压器保护控制。

3.发电机励磁系统。包括启励、灭磁操作,控制方式切换,增磁、减磁操作,PSS(电力系统稳定器)的投退。

4.220kV/500kV开关自动同期并网及手动同期并网。

5.6kV高压厂用电源监视、操作、厂用电压快切装置的状态监视、投退、手动启动等。

6.380V低压厂用电源监视、操作、低压备自投装置控制。

7.高压启/备变压器控制和操作(2台机共用)。

8.柴油发电机组和保安电源控制和操作。

9.直流系统和LPS系统的监视。

对于发变组保护等主保护和安全自动装置,因其设备已经很成熟而且要求全部在DCS中实现其功能尚有一定难度,可能增加相当大的费用,故可以保留。但是它们与DCS间要口求接,控制采用硬接线,利用通讯方式传输自动装置信息,并可以通过DCS进行事故追忆。

二、电气自动化控制系统的设计思想

(一)集中监控方式。这种监控方式优点是运行维护方便,控制站的防护要求不高,系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理,处理器的任务相当繁重,处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控,伴随着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、电缆数量增加,投资加大,长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时,隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线,由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位,造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂,查线不方便,大大增加了维护量,还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。

(二)远程监控方式。远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、节约材料、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线(如Lonworks总线,CAN总线等)的通讯速度不是很高,而电厂电气部分通讯量相对又比较大,所有这种方式适合于小系统监控,而不适应于全厂的电气自动化系统的构建。

(三)现场总线监控方式。目前,对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中,且已经积累了丰富的运行经验,智能化电气设备也有了较快的发展,这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控方式使系统设计更加有针对性,对于不同的间隔可以有不同的功能,这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外,还可以减少大量的隔离设备、端子柜、I/0卡件、模拟量变送器等,而且智能设备就地安装,与监控系统通过通信线连接,可以节省大量控制电缆,节约很多投资和安装维护工作量,从而降低成本。另外,各装置的功能相对独立,装置之间仅通过网络连接,网络组态灵活,使整个系统的可靠性大大提高,任一装置故障仅影响相应的元件,不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。

三、探讨电气自动化控制系统的发展趋势

OPC(OIJE for Process Control)技术的出现,IEC61131的颁布,以及Microsoft的Windows平台的广泛应用,使得未来的电气技术的结合,计算机日益发挥着不可替代的作用。IEC61131已成为了一个国际化的标准,正被各大控制系统厂商广泛采纳。

Pc客户机/服务器体系结构、以太网和Internet技术引发了电气自动化的一次又一次革命。正是市场的需求驱动着自动化和IT平台的融和,电子商务的普及将加速着这一过程。Internet/Intranet技术和多媒体技术在自动化领域有着广泛的应用前景。企业的管理层利用标准的浏览器可以存取企业的财务、人事等管理数据,也可以对当前生产过程的动态画面进行监控,在第一时间了解最全面和准确的生产信息。虚拟现实技术和视频处理技术的应用,将对未来的自动化产品,如人机界面和设备维护系统的设计产生直接的影响。相对应的软件结构、通讯能力及易于使用和统一的组态环境变得重要了。软件的重要性在不断提高。这种趋势正从单一的设备转向集成的系统。

参考文献:

[1]贺家李,沈从炬.电力系统继电保护原理[J].北京:中国电力出版社,1994

[2]范辉,陆学谦.电气监控系统纳入DCS的几点体会[J].电力自动化设备,2001,21(3):52-54

[3]薛葵.发电厂电气监控系统[J].电力系统装备,2002(1):72-73

篇10

(1)工业过程自动化新一代主控系统及其综合自动化的开发和产业化,主要包括集散控制系统(DCS),现场总线控制系统(FCS)和以工业计算机为基础的开放式控制系统等。重点支持若干具有工业过程综合自动化系统产业化能力和开发能力的企业,发展具有市场竞争力的产品,同时适当支持建设工业自动化的工程化验证环境与开发能力。

(2)先进控制与优化软件开发与产业化,主要包括先进控制技术,过程优化技术,实时监控软件平台,信息集成软件平台,系统集成技术等,专项将重点支持上述具有特色和市场价值的系列软件的产业化。

(3)智能仪表,执行器与变送器,成套专用控制装置和成套专用优化系统的开发与产业化。

就第(1)点而言,特别强调了“工业过程自动化”新一代主控系统及其综合自动化的开发与产业化。其“综合自动化”就是要打破传统的计算机、PLC、DCS的分工界限,构成有机组成的三电一体化的综合自动化系统。事实证明这种预计是正确的,促成这种转变的动力是科学技术的发展,是计算机技术、网络技术、数据库技术、显示技术及多媒体技术的发展,而这种发展并没有停止,并涵盖着更多更广泛的内容,如语音技术、有线和无线通信技术,Web信息服务技术等。所以,当今“综合自动化”的内涵有着更深刻、更广泛的含义,甚至可以包容我们工作生活的各个方面。

一、生产过程自动化系统和生产管理系统的融合

在ISO的六层功能模型中,把从检测、执行、驱动到一级的控制和管理共分成六层功能。构成这种多层功能结构的出发点,是按经营、生产管理、控制功能的划分,而不是按控制和管理计算机系统硬件结构来划分的。只不过过去由于当初计算机技术和网络技术的限制,以及计算机系统设计人员理解的不充分,长期以来,把计算机系统按六层功能模型相对应的分成六级计算机系统的多层次结构。

随着计算机技术和网络技术的发展,越来越暴露这种多层次计算机系统在数据采集,管理,数据和知识的共享,硬软件资源共享,数据通信,软件开发等等中的各种弊端,特别是在设备控制,过程控制,生产控制之间。以至很早就有人提出管控一体化,或者控制系统就是管理系统的观点。美国西屋过程控制的WDPF Ovation系统就是基于这种观点开发的,可以预计今后更多的工业过程自动化系统将会朝着这个方面发展。

二、软PLC和软DCS

由于计算机技术,特别是芯片技术的快速发展,按照摩尔定律微处理芯的速度性能每18个月将提高一倍。因此,当Initel pentium处理器问世后不久,pentium2.3以及主频为1.4GHz的pentium 4处理器就相继提供给市场,当广大用户还未来得及使用Penfium 4处理器时,Intel和HP两家公司就联合推出了64位的ltanium微处理器,自动化系统设备制造商和集成商难以跟上硬件技术的发展,往往出现自动化系统设备制造商和集成商的自动化系统设备的更新,发展,滞后干计算机技术的发展。

另一方面,当前的各种PLC和DCS的开发工具软件都是和制造商的硬件系统设备捆绑在一起的,即某一制造商的PLC或DCS的开发工具软件,只能在该制造商提供的硬件上使用。对于使用多种PLC和DCS的用户就要熟悉和掌握多种PLC和DCS的软件和硬件,使用户要投入大量人力和财力,当更换新的第三方的PLC和DCS时,就得重新进行人员培训,造成人力资源极大的浪费。同时也使具有高技术含量的开发工具软件的销售受硬件设备销售的制约。

在开发式工业计算机系统日渐成熟的今天,有的PLC和DCS制造商,为了充分发挥其在PLC和DCS开发工具软件上的优势和技术储备及潜力,最大限度的保护用户在软件人才和资源的投资提高其在市场上的竞争力,提出来了“软PLC”和“软DCS”的设想的开始实现。其目的是使其开发的PLC和DCS的软件工具与系统硬件设备分离,可以装载在各种开发式工业计算机系统的硬软件平台上,不仅方便了用户,而且也解除了硬件设备对制造商软件销售和发展的制约。选种变化不仅符合我国以开发式工业控制计算机系统为工业过程自动化新一代主控系统,开发实时监控软件平台和信息集成软件平台等重大专项实施方案所支持的工业过程自动化的开发和产业化的方向,也将会带来工业过程自动化用户从设计,使用维护的变化,这不得不引起我们注意,特别是PLc和DCS开发和制造业的注意。

三、生产过程控制和管理软件的融合

在上述发展趋势的推动下,集过程自动化和信息管理的集成化软件也应运而生,软件集成的功能也日益丰富和增强。Wonderware公司的套装化软件Factory Suite2000就是满足这种要求开发和集成的。它是从操作员开始,以一个从下到上的层次结构为生产管理系统提供信息,与ERP、EAM等相结合的,从下到上的生产制造和管理信息系统MMI(Manufacturing Management Informationsystem),从而根本上改变开发应用程序传统的观念和方法。

FactorySuite 2000包括如下的核心软件:

InTouch:过程图形化软件

InT0uch:资源管理和wIP(work inProcess)跟踪软件

lndustrlal SQL Server~关系型数据库

lnControl:基于PC机的过程控制软件

lnBatch:矛性批处理管理系统

I/O Server和OPC程序库:具有750多个I/O驱动程序和OPC客户程序,连接各种OLC,DCS,RTS,现场总线,回路控制器,测量设备,条码阅读机等设备。

FsctorySuite Web Seryer:集成的Intemet/Intraanet服务器软件,通过国际互联网和企业内部网收集数据,监视,浏览画面和应用程序。

SCADAlram:一个基于Windows的通信软件,用来连接工业自动化软件,提供实时智能报警通知,数据采集,并可通过各种通信装置远程控制。SCADAIram智能地将报警变信息成语音,通过扬声器。内部通信系统,广播和电话等等有线和无线通信方式传送到指定的电话,还可以发送字母一数字文E-mail到指定的BP机或手机中,并由电话或手机进行各种参数的远程设定和控制。

其中,lnConrtol就是基于Windows NT的实时控制软件,可在任何一个支持WindowsNT操作系统的硬件平台上使用,包括:面板/式工业工作站,SMP服务器和开放式工业计算机,用软件实现了生产过程自动化控制器的功能。这充分说明了,

可以把开发生产过程自动化控制功能的工具软件和硬件始终捆绑在一起,这就不仅给自动化系统软件开发商一个更大的发展空间,也给用户选择硬件的灵活性。