西门子授权代理商|一级代理商

　　1 引言

　　近年来，随着我国自动化技术的提高，工厂自动化也上了一个新台阶。可编程逻辑控制器(PLC)作为一个从八十年代发展起来的新兴的工业控制器，是自动控制、计算机和通讯技术相结合的产物，是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。PLC以其体积小、功能齐全，价格低廉，可靠性高等方面具有独特的优点，在各个领域获得了广泛应用。

　　洪门水电厂是一个投产30多年老电厂，原有的自动化设备无法满足安全生产的需要。溢洪道是水电厂Zui重要的水工建筑物之一，因此对于该建筑物日常运行维护特别重要，消力池排水廊道自动抽水系统的更新改造正是为了满足这要求。考虑到水工建筑物自然环境因素，根据可靠性第一，选用性价比较高的产品的原则，我们重点对AB、GE、三菱、OMRON(欧姆龙)、MODICON(莫迪康)、SIEMENS(西门子)等公司的PLC系列产品进行了综合的比较、选择，Zui后选用了三菱公司的产品，这是因为三菱公司产品除具有上述优点外，还具有维护方便及操作简单直观易掌握的特点。PLC采用三菱 FX2N-48MR+2A/D+2D/A,主要负责水位的数据采集，控制潜水泵的启动/停止等。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责参数显示和修改参数以及显示详细的故障信息等。

　　2 系统结构

　　洪门水电厂溢洪道消力池排水廊道排水系统主要由三部分组成。①一级堰廊道自动排水系统;②二级堰廊道自动排水系统;③人机对话系统。其中主控制系统安装在二级堰廊道它由水位变送器、液位开关、可编程控制器、接触器、控制开关等构成。除具有现地控制功能外，还具有通过远方的液晶触摸显示器完成水位检测、实时显示、传感器整定、实时控制、保护等功能。一级堰

　　廊道只安装了水位变送器和接触器等水泵起动设备。液晶触摸屏也就是人机对话系统安装在溢洪道维护人员的办公地点，离主控中心有100米左右。

　　3 各部分工作元器件特性

　　3.1 PLC

　　PLC(FX2N-48MR)是整个控制系统的核心控制部件，其丰富齐备的控制运算指令、优越的性能、现场编程调试的方便已使其成为深受现场技术人员欢迎的控制设备。主要性能指标为：24点输入/24点继电器输出，内置8000步RAM可使用存储盒，运算速度为1.52цs～数100цs/步(应用指令);其输出接点的Zui大负载为80VA或100KW，输出接点的寿命为20VA/300万次，35VA/100万次，80VA/20万次。

　　3.2 2A/D及2D/A

　　FX2N-2A/D转换模块用于接收水位变送器输出的4～20 mA电流信号，并将其变为PLC程序可用的十进制数。(即将模拟量转换成数值量)

　　FX2N-2D/A转换模块用于将PLC运算得到的控制量数值转换为-10V～+10V电压信号，通过RS485或RS422接口连接将电流模拟量信号输入到远方监控系统。

　　3.3液位变送器和液位开关

　　液位变送器采用高精度、高可靠性美国麦克产品，型号为MPM426W

　　液位开关 采用台湾凡宜LTB产品，当水位达到设定值时，给可编程一个动作信号。

　　3.4 触摸屏

　　作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境。用户可以自由地组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息。随着工业设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，无法提高效率。但使用人机界面，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动。使用触摸屏，还可以使机器配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本，也相对提高整套设备的附加价值。本系统选用三菱公司的GOT930触摸屏，它和三菱PLC有很好的通用性，能在线监视并修改程序，不必很麻烦的重复插拔接口。

　　4 本装置系统实现的主要功能

　　4.1具有三种运行方式:自动、手动和退出，采用操作把手手动切换。

　　4.2在“自动”运动方式下，根据液位开关(或液位变送器)提供的液位信号启动和停止潜水泵;在“手动”运行方式下，可以直接通过手动操作把手起动/停止潜水泵。在“退出”运行方式下，自动和手动操作均不起作用。

　　4.3自动定时切换各潜水泵间的主用/备用状态，也可以人为进行切换各泵间的主用/备用状态。

　　4.4采用发光二极管指示装置的运行状态和系统故障。

　　4.5采用液晶显示屏来进行参数显示(如：水位等)和修改参数(如：水泵启动和停止水位整定值、水泵切换时间参数、)以及显示详细的故障信息。

　　4.6具有故障报警功能，报警信息包括：电源故障、水泵故障、变送器故障、水位过高、水位过低、PLC故障等。

　　4.7具有自检功能和较强的容错能力。

　　4.8控制电源采用交直流两路输入的UPS电源。

　　4.9具有通信联网功能，将报警信号和模拟量信号等传送到远方计算机监控系统。

　　5 软件设计

　　根据溢洪道消力池排水廊道排水系统控制的要求，利用三菱公司PLC丰富的指令编制控制程序，并结合现场调试及优化控制程序的原则，本控制系统主要有以下几个控制程序模块。

　　5.1 二级堰廊道自动排水控制过程

　　5.1.1当两台水泵处于“自动”状态时，若液位开关达到“水位高”位置时，主用水泵起动;若液位开关达到“水位过高”或“水位很高”位置时，备用水泵也起动，并且同时发出“水位过高”告警信号。

　　5.1.2当液位开关低于“水位低”位置时，所有运行的水泵都停止工作;若“水位过低”时，除水泵停止运行外，还发“水位过低” 告警信号。

　　5.1.3当PLC发出某台水泵的运行指示后2秒内该台水泵的磁力起动器未动作，则该台水泵主/备用状态改变至备用状态，并同时发出告警信号。

　　5.1.4二级池水泵自动运行流程图见附录一所示。

　　二级池水泵自动运行流程图

　　5.2一级池水泵自动工作过程：

　　当水泵处于“自动”状态时，若一级池集水井水位达到“水位高”位置时，一级池水泵起动;若水位达到“水位过高”时，水泵起动并同时发出告警信号;若水位达到“水位低”位置时，一级池水泵停止。若水位达到“水位过低”位置时，一级池水泵停止并同时发出告警信号。

　　一级池水泵自动运行流程图

 　　5.3 人机界面设计

　　在人机界面中，设计了16幅画面，包括状态信息，故障信息，参数设置，修改密码，系统维护等。状态信息包括一、二级堰廊道水位显示以及二级堰廊道1#潜水泵、2#潜水泵、一级堰廊道水泵的工作状态;故障信息显示水泵、电源、热继、水位超限等设备或信号的故障时间;参数修改包括压水位的整定值设置，水位的输入、输出值整定设置以及主/备。触摸屏的画面如图所示：

　　6结束语

　　洪门水电厂溢洪道消力池排水廊道自动抽水系统是在总结可编程技术在该厂机组调速器压油罐油压和油位自动控制系统的基础上，自主设计安装、调戏而成功的一个项目。溢洪道消力池排水廊道自动抽水系统获得当年该厂“合理化建议”一等奖。。本系统从2003年改造至今正常运行两年，没有发现大问题，本系统设计合理、先进，运行安全、可靠，维护方便，操作简便直观，。其次，由于PLC功能齐全，可靠耐用，指令简洁，其触摸屏与PLC有很好的通用性，可通过触摸屏监视并修改、优化程序，锻炼了该厂职工队伍，使电气维护人员基本掌握了PLC的原理及自动控制系统的软、硬件设计及制作的技术，提高了职工的技术水平。而且，为洪门水电厂设备自动化改造及维护节省了不少资金。

　§1前言

　　煤矿胶带机集控系统运行安全可靠与否直接影响矿井的经济效益。为提高系统的可靠性和安全性，实施集中监控，实现系统的综合保护和集中监控，是十分必要的。

　　唐山开诚电器有限责任公司生产的智能皮带机集中控制与监测系统是应用于矿山皮带运输自动化的高科技产品，本系统是以《煤矿安全规程》为依据，总结矿山运输过程中所出现的事故，本着安全性高、实用性强、具有先进性的特点而研制开发的新一代综合控制系统。

　　集控系统与调度电话系统、工业电视系统一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个系统的遥测、遥信、遥控。该系统可实现提高生产效率、降低事故率，减少故障处理时间、减少现场操作人员、提高经济效益。

　　§2集控系统的描述

　　目前，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。

　　在全球工业计算机控制领域，围绕开放式过程控制系统、开放式过程控制软件、开放式数据通信协议，已经发生巨大变革。随着PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC过程控制系统正在逐步得到发展。对于控制软件来讲，是PLC控制器的核心，向工业用户提供开放式的编程组态工具软件。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业自动化控制。

　　本系统采用全分布式控制结构。由井下控制站和综合操作台构成。综合操作中心位于地面中央控制室。系统采用日本菱电公司的AnS和FX系列PLC，控制主站与控制分站之间采用菱电开放的网络总线结构CC-bbbb,控制分站与传感器之间采用距阵结构联接，控制主站与综合操作台的监控上位机之间通过CC-bbbb总线网络联接。控制分站负责现场设备的数据采集和控制，通过监控，可对整个系统的设备进行监视和集中控制。

　　本系统是以菱电AnS和FX系列PLC作为主控元件，具有防潮、抗干扰能力强，现场易编程、易扩展，基本免维护，并能够实现软件控制化，自动检测系统故障等功能。系统采用多台PLC组成数据传输网络，达到不同的规模控制。完成一个系统内多条皮带全过程的监控、监测、连同地面指挥管理中心站，构成一个完善的监控系统。

　　§3网络系统

　　考虑到煤矿的现场情况和控制距离,在地面控制中心设置控制主站,采用三菱的大中型PLC-AnS系列,网络选用开放的CC-bbbb总线,在控制距离大于1200米的两个控制站间要加中继器,在皮带机头设置控制设备分站。控制设备分站负责现场的信号采集与现场的实时控制。

　　系统为实时监控网络结构，具备有完善的生产监控管理功能，对皮带运输主要环节及相关的辅助环节的生产过程进行实时数据采集、传输、处理、显示、记录打印，对井下运输皮带系统进行远程集中监控，同时配合工业电视系统进行安全图像监视，以确保人员及设备的安全。

　　监控网络实施后，操作员可在中控室终端上监视控制运输皮带生产过程，完成对运输皮带生产及相关环节的“遥测、遥信和遥控”，实现矿井运输皮带生产系统的综合自动化。

　　1.实时运行参数监测。各监控系统实时采集生产工况参数，可以采用图形、报表的形式显示系统的实时工况及目前产量、仓储等。

　　2.实时过程控制。分析采集的参数，各系统自动完成过程控制，或由操作员操作控制。

　　3.历史数据查询。以上生产实时监测数据均可存贮于生产实时数据历史数据库中，可实现历史回显、历史趋势分析，及直方图、饼图等进行综合分析。

　　4.设备故障及模拟量超限报警。当设备故障或模拟量超限时，生产监测及管理网络同步显示故障设备名称，并可实现语音报警、实时打印故障功能。服务器将该故障信息存入故障信息数据库，供以后统计分析。

　　5.优化生产计划。在网络服务器中建立了综合历史数据库，定时将生产、经营等数据存入数据库中，制作计划、生产完成情况的趋势分析图表，为今后的生产计划提供参考;根据外运下达计划和设备实际状态、仓储煤量，合理安排生产计划、设备维修计划，以Zui大限度地减少对生产的影响。

　　§4操作员工作站

　　根据监控子系统功能，在监控中心设置工作站,运输系统监控工作站它们的功能有：

　　1.根据操作人员不同，设定不同的使用权限，各司其职;

　　2.提供交互式全中文界面的操作平台，各子系统设备运行状态及参数直观动态显示;

　　3.根据工艺流程及联锁关系实现各子系统的自动/手动/就地控制;

　　4.实时设定各种运行、生产工艺参数;

　　5.实时监视各子系统设备的运行参数及状态，同时将各参数数据贮存在硬盘上，将必要的数据上传至数据服务器;

　　6.实时监视各子系统传感器的当前状态及参数;

　　7.对各个设备及必要传感器的故障状态实时报警，报警方式为声光报警。并且打印实时报警，同时将报警数据贮存入数据服务器，便于统一管理，以便对报警信息进行事故分析;

　　8.随时查询、打印实时趋势以及任意时间段的历史趋势;

　　9.随时查询、打印任意时段历史数据报表。

　　§5 工程师站

　　工程师站除具有操作员工作站的一切功能外，还具有如下功能。

　　1.根据工艺的调整在线修改控制器程序，以适应新工艺的需要;

　　2.将监控系统中有关数据进行转换，进入全矿的信息管理系统中;

　　3.设置彩色打印机，打印实时的彩色画面及彩色的趋势图;

　　4.当某个子系统的操作员工作站发生故障时，可以马上通过设定操作人员权限，将工程师站转换成为该子系统的操作员工作站。

　　§6皮带运输监控系统

　　本系统由运输皮带机、给煤机等基本设备组成，利用控制设备、通讯模块、打滑、堆料、超温、烟雾、纵撕、灭尘、速度、跑偏、煤位等保护,达到皮带机集中控制与监测系统的要求。

　　系统采用多台PLC组成数据传输网络，达到不同的规模控制。完成系统内皮带，给煤机的全工作过程的监控、监测、连同地面中控室，构成一个完善的监控系统。

　　1)实现胶带机运输系统集中监控，实时监控设备状态和运行参数，并显示数据曲线，对重要信息在硬盘记录;

　　2)控制方式分集控自动/集控手动/就地，三种方式可转换。正常生产时，使用集控自动方式，设备按工艺要求的顺序和流程由中央控制台自动启停;集控手动时，可在中央控制台操作各设备，无闭锁和联动关系;就地时，在现场操作;

　　3)启动设备前由集控台发预告信号，预告30秒后，若现场均满足集控自动启动条件，设备按顺序自动启动。现场可用停车钮停止启动过程;

　　4)现场信号箱设起/停车按钮，现场可随时停车。若设备由集控启动，控制系统接到现场停车停号后，可作急停处理，实施故障停车操作;

　　5)按“技术规定”胶带运输机装设拉线开关、跑偏保护、低速保护等，这些信号均接入集控系统，参加设备的紧急停车和闭锁停车;

　　6)对设备故障和工艺参数的异常实时报警，并进行声光提示。一般故障只报警，现场非正常停车或严重故障时，故障设备及其上游设备紧急停车，下游设备顺煤流延时闭锁停车。