专利名称：基于现场总线的煤矿乳化液泵站分布式自动控制保护系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及基于现场总线的煤矿分布式煤矿乳化液泵站自动控制保护系统。
背景技术：
目前，煤矿采煤工作面乳化液泵站的控制普遍采用的是单台或者两台泵的单独控制。操作人员需要完成泵站的启停操作、乳化液泵曲轴箱温度检测、乳化液的配制、乳化液箱水位控制等操作过程。由于操作人员劳动强度大及操作人员操作水平的不同，容易造成乳化液泵吸空、乳化液配比不合理、烧坏乳化液泵曲轴箱等故障。
发明内容
为了克服现有煤矿采煤工作面乳化液泵站单台人工控制的缺点，本实用新型提供一套基于现场总线的分布式煤矿乳化液泵站自动控制保护系统，该系统可满足多个采煤工作面乳化液泵站或者是单作业面多台乳化液泵的监控和保护要求，而且对采煤工作面乳化液泵站的安全运行提供可靠保障。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到一套基于现场总线的煤矿乳化液泵站分布式自动控制保护系统，以设置在防爆控制箱内的可编程控制器(PLC)作为主控器，变频器、压力传感器、温度传感器、液位传感器、电磁阀、触摸屏通过电缆连接总线(本说明中以PROFIBUS-PA为例，其他总线与之类似)，再通过链接器(DP/PA)连接到可编程控制器，其特征是可编程控制器(PLC)与若干个泵站相连，泵站由若干台乳化液泵构成，并采用上位工控机监控的乳化液泵站分布式自动控制保护系统，乳化液泵与变频器、调速电机相接，乳化液泵曲轴箱内设有温度传感器、压力传感器与液位传感器，乳化液泵的乳化液箱设有液位传感器，且防爆控制箱设有触摸屏(HMI)。
其中本系统采用本安的PROFIBUS-PA总线，通过上位工控计算机或者触摸屏实现对单个泵站和多个泵站的自动控制。
且每个泵站由两台乳化液泵组成，其中一台为正常工作泵，一台为备用泵，压力传感器安装在乳化液泵站高压出口处。当出口压力小于正常工作压力时，采用变频调速技术增加出口压力，当出口压力高于上限时，自动减小泵出口压力，一台泵出现故障时备用泵自动启动。
温度传感器、压力传感器、液位传感器安装在乳化液曲轴箱处，乳化液泵曲轴箱温度出现异常或者乳化液泵曲轴箱润滑油出现异常时自动停止乳化液泵的工作并发出声光报警。
乳化液箱内设有液位传感器，可根据时机要求自动进行乳化液配置和补充，并在其中设有极限最低水位，当工作面停水时，可在发生乳化液泵吸空前停止乳化液泵的工作。
在乳化液泵站自动控制箱上设有触摸屏(HMI)，可以显示泵站工作参数和控制泵站起停，并设有手动控制按钮，以便在自动控制失效时对泵站进行手动操作。
整个乳化液泵站的控制由装在防爆控制箱中的可编程控制器(PLC)完成，可编程控制器(PLC)控制多个泵站系统的多台(以两台为例)乳化液泵，PLC通过PROFIBUS-DP通讯模块与DP/PA链接器相连接，链接器的另一端连接控制箱外本安的PROFIBUS-PA总线。与PLC相连接的上位工控机实现监控功能，使用组态软件对所有设备组态，实现流程显示、运行参数显示、报警、报表生成、打印等功能。连接在总线上的HMI人机界面实现现场控制操作和状态参数的显示，乳化液泵的启停由操作员在现场通过HMI发出指令。亦可通过工控机来实现对井下泵站的操作。电动机采用变频调速技术，以减小对电网的冲击和节省电能，变频器连接在PROFIBUS-PA总线上，由PLC进行控制。温度传感器固定在乳化液泵曲轴箱上通过电缆连接到远程I/O模块上，当乳化液泵曲轴箱出现温度超限时自动停止该泵的工作。润滑油压力传感器安装在泵乳化液泵曲轴箱壁上通过电缆连接到总线上，当润滑油压力下降超过压力下限时自动停止该泵的工作。润滑油液位传感器安装在泵乳化液泵曲轴箱内，通过电缆连接到总线上，当润滑油液位下降超过下限时，发出报警提示添加滑油。工作面信号供电出现中断时，自动控制乳化液泵站停止工作，以保证工作人员安全。
乳化液箱中安装有液位传感器，通过电缆连接到PROFIBUS-PA总线上，高压水进口电磁阀连接到远程I/O接口上，水和油通过喷射泵配置乳化液，实现对乳化液箱水位的检测，及配置乳化液和及时向乳化液箱中补充乳化液，防止乳化液泵吸空。
连接在总线上的远程I/O模块用于连接接触器线圈，热电阻、蜂鸣器、报警灯。
本实用新型有益的效果是，可以实现多个采煤工作面乳化液泵站的全自动监控控制，保障采煤工作面乳化液泵站的安全高效运转。
图1是本实用新型系统框图。
图2是本实用新型主回路控制图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步的说明。
整个系统分为主机控制和乳化液箱控制两部分主机控制的控制分为自动、手动和检修状态。自动状态下2台泵的控制完全由PLC进行控制，各个状态间的转换由上位工控机实现，自动状态下泵站系统由PLC自动控制，手动状态下由操作员通过相应的按钮控制控制泵站，检修状态下泵站不能启动。
泵的拖动电机采用变频器实现变频调速，以减小对电网的冲击和节省电能。
根据泵站功能，单个乳化液泵站有一台泵始终处于正常工作状态，一台泵作为系统的备用泵，在有泵发生故障时投入运行，保证系统正常工作。多个乳化液泵站通过总线实现分布式控制，在单台设备出现故障时不影响其他设备正常工作。
在自动工作状态下，操作员通过点击现场的触摸屏或者操作上位工控机启动单个泵站，点击启动按钮1#泵启动，间隔一定时间，泵进入稳定运行状态为工作面输送乳化液。当工作面用液量增大，压力传感器检测到系统口压力减小时，通过变频调速，增加乳化液的输送量。当工作面用液量减小，系统压力升高超出正常工作范围时，减小乳化液输送量。2#泵为备用泵，当1#泵出现故障时，PLC控制2#泵自动启动保证系统正常工作。
另外为了保证单个泵站中2台泵的使用寿命及减小检修量，控制系统在每次启动泵站时在3台泵中轮换启动。如泵站第一次启动时，1#泵首先启动，2#泵为备用泵。在泵站停止运行后再次启动时，控制系统会选择2#泵首先启动，1#泵为备用泵。
对单台泵的保护主要是对泵冷却润滑油油温、油位、油压的检测，若温度传感器检测到泵的温度升高到一定值，系统将发出声光报警，并提示检修；当温度继续升高，达到极限时，PLC会停止泵站工作，以保证泵本身不产生机械损伤。同样的，对冷却润滑油的油位和油压的检测，在低限时发出声光报警，提示进行检修，在高限时停止泵站工作，保护设备。
乳化液箱的控制，乳化液箱中的液位设置3个阈值，分别为高位、低位和低极限位。当液位传感器检测到乳化液箱液位低于低位值时，PLC控制电磁阀打开，高压水经过喷射配比泵与油混合，配制乳化液，补充到乳化液箱。当乳液位上升到高位值时，PLC电磁阀关闭，停止配液。在配液或管路部分出现故障，不能正常补充乳化液时，如果乳化液箱液位低于低极限值时，自动停止泵站工作，保护泵的设备安全。
图1为本实用新型系统框图主控制器为可编程控制器(如西门子S7-200型)，上位计算机采用工控计算机，人机界面HMI为触摸屏西门子TP270，均通过总线和PLC通讯。西门子-SIMOVERTMASTERDRIVES G型变频器用于泵的变频调速，每台泵采用单独的变频器，通过电缆连接到PROFIBUS-PA总线上。安装在泵高压出口的压力变送器西门子SITRANS PDS IIIPA型通过电缆与PROFIBUS-PA总线连接，用于检测系统出口压力，供PLC判断使用泵的台数。
安装在泵体上的温度传感器Pt100热电阻，西门子SITRANS P型压力变送器，西门子SITRANS LC 300液位传感器通过PROFIBUS通讯卡总线连接，用于检测泵体冷却润滑油的状况，以保护设备。
安装在乳化液箱上的西门子SITRANS LR 300液位传感器，通过电缆与PROFIBUS-PA总线连接，用于检测乳化液箱的液位，供PLC决定何时开始配液补液。
图2为本实用新型主回路控制图泵站启动时，在触摸屏上按下“开始”按钮，经PLC延时后，输出一个的脉冲启动信号给变频器，变频器被允许启动，1#泵的主接触器KM1吸合，进入正常工作状态，当工作面用液量增大，压力传感器检测到系统口压力减小时，通过变频调速升高电机转速，增加乳化液的输送量。当工作面用液量减小，系统压力升高超出正常工作范围时，通过变频调速降低电机转速减小乳化液输送量。
泵站停止时，在触摸屏上按下“停止”按钮，经PLC延时后，输出一个500ms的脉冲信号给变频器，主接触器KM1释放，完成停车过程。
权利要求1.一套基于现场总线的煤矿乳化液泵站分布式自动控制保护系统，以设置在防爆控制箱内的可编程控制器作为主控器，变频器、压力传感器、温度传感器、液位传感器、电磁阀、触摸屏通过电缆连接总线，再通过链接器连接到可编程控制器，其特征是可编程控制器与若干个泵站相连，泵站由若干台乳化液泵构成，并采用上位工控机监控的乳化液泵站分布式自动控制保护系统，乳化液泵与变频器、调速电机相接，乳化液泵曲轴箱内设有温度传感器、压力传感器与液位传感器，乳化液泵的乳化液箱内设有液位传感器，且防爆控制箱设有触摸屏。
2.根据权利要求1所述的基于现场总线的煤矿乳化液泵站分布式自动控制保护系统，其特征是它采用现场总线作为通讯手段，通过上位工控计算机或者触摸屏实现对单个泵站和多个泵站的自动控制。
3.根据权利要求1所述的基于现场总线的煤矿乳化液泵站分布式自动控制保护系统，其特征是每个泵站由两台乳化液泵组成，其中一台为正常工作泵，一台为备用泵，压力传感器安装在乳化液泵站高压出口处。
4.根据权利要求1所述的基于现场总线的煤矿乳化液泵站分布式自动控制保护系统，其特征是在乳化液泵站自动控制箱上设有触摸屏，可以显示泵站工作参数和控制泵站起停，并设有手动控制按钮，以便在自动控制失效时对泵站进行手动操作。
专利摘要本实用新型涉及基于现场总线的煤矿分布式煤矿乳化液泵站自动控制保护系统，它以设置在防爆控制箱内的可编程控制器作为主控器，变频器、压力传感器、温度传感器、液位传感器、电磁阀、触摸屏通过电缆连接总线，再通过链接器连接到可编程控制器，其特征是可编程控制器与若干个泵站相连，泵站由若干台乳化液泵构成，并采用上位工控机监控的乳化液泵站分布式自动控制保护系统，乳化液泵与变频器、调速电机相接，乳化液泵曲轴箱内设有温度传感器、压力传感器与液位传感器，乳化液泵的乳化液箱内设有液位传感器，且防爆控制箱设有触摸屏。本实用新型可以实现多个采煤工作面乳化液泵站的全自动监控控制，保障采煤工作面乳化液泵站的安全高效运转。
文档编号E21B44/00GK2906709SQ20062006969
公开日2007年5月30日 申请日期2006年2月28日 优先权日2006年2月28日
发明者张广明, 唐桂忠, 朱炜 申请人:南京工业大学