基于PLC和HMI地下电缆敷设研究_李根.pdf

/2023.05基于 PLC 和 HMI 地下电缆敷设研究李根刘永江许兆帅(国网安徽省电力有限公司芜湖供电公司)摘要:地下电缆敷设是电力及通信传输线路相比于架空电缆敷设的另一种选择。由于它比架空电缆敷设有一些优点，所以近年来变得非常流行。这种类型的电缆敷设主要是在发达国家，因为它比架空电缆敷设更昂贵。地下电缆敷设在没有土地的情况下更为合适，同时也增加了美观性。本文利用可编程控制器(PLC)实现手动操作的电缆牵引绞车机器的自动化可编程序控制器。绞车机在地下电缆敷设中很有用。该项目的主要目的是用通过触摸屏(HMI)操作的电气控制器取代所有的机械功能。其思想是机器应该在并联和串联电路之间根据压力感应自动切换，而不是手动操作电磁阀。传统节流发动机的方法是使用杠杆和线，如今被线性驱动器取代。使用的人机界面将显示被缠绕的绳子的速度、长度和张力。采用梯形逻辑对 PLC 进行编程。关键词:地下电缆;电气控制;PLC;HMI0引言工业自动化成为制造业的全球趋势，随着日本和欧洲工业在生产方面的成功，越来越多的公司转向自动化。自动化具有使机器变得智能的能力，至少达到程序员所希望的智能程度。要使一台机器自动化，需要某种类型的大脑，在目前的情况下就是 PLC。在PLC 的帮助下，一台机器可以在不受人为干扰的情况下进行操作。乔纳森C拉尔斯顿开发并实施了一种长壁自动化技术，以实现更高水平的地下煤矿开采。为了提高系统安全性和生产率，Janne 致力于冗余液压施工起重机自动化的高性能非线性运动/力控制器设计。对液压挖掘机的混合共享控制进行了研究。自动控制可能会比人更有效地执行一些准重复的建设任务。这种二分法引起了人们对共享控制(SC)的兴趣，它综合了机械的自主控制和手动控制的优点。对于非结构化环境，一个特别有趣的 SC 案例称为混合共享控制(BSC)，其中来自人类操作者和自治控制器的加权输入被不断地组合起来执行任务 1-2。本文提出的敷设方法主要的特点是:操作系统免费安全，效率高，响应时间短和劳动数量少。自动化最重要的优点是准确性、时间短和错误少。这种完全自动化的绞车机器是同类机器中的第一台。1拉缆绞车机有国外学者研究了某小型企业容积式液压作动器生产的工程准备自动化问题。Selwin 已经实现了基于PLC-HMI 自动化的级联模糊 PID，用于水电抽水蓄能电站的高效能量管理和实时性能存储。在太阳能发电系统自动化中使用 PLC 控制策略来优化碳足印。在工业 4.0 的背景下开发了一种基于 PLC 的工业 4.0 自动化制造系统现场级操作策略的可配置部分订单规划方法。另有国外学者描述了一个自动化方案使用层次控制和分布的操作信息使用 PLC。Laura 介绍了一个案例研究，开发一个分布式工厂自动化1-3 系统模型升级与分散控制部署在一个网络的六个可编程自动化控制器无线通信3-5。经统计在过去的几十年里是中东地区领先的电缆敷设设备制造商和供应商公司。电缆敷设设备包括滚筒、绞车机、电缆滚筒拖车和更多的电缆敷设配件，如图 1 所示。图 1电缆敷设设备示意图28电气技术与经济/技术与应用2023.05/在井下电缆敷设过程中，滚筒、拖车和绞车机是最重要的设备。使用卷扬机牵引电缆时，为了避免电缆受到损坏，采用了滚筒。也就是说，它可以作为引导和保护电缆的解决方案。电缆滚筒拖车用于电缆滚筒从仓库到现场的便捷运输。拉缆绞车机是一种地下电缆敷设设备，主要用于通信电缆和电力电缆的地下敷设。如图 2 所示，解释了使用滚筒、拖车和绞车机铺设电缆的过程。图 2地下电缆敷设工艺简易布置绞车机是由电机或热机驱动的液压机械。包括机械连接，水力连接，平行线表示动力传输。发动机是液压系统的主要动力源，发动机与液压单元泵耦合。发动机中产生的机械动力转移到泵中并转化为液压动力。水泵的液压动力转移到马达上，转动连接到马达上的绞盘和转鼓。如图 3 所示，详细解释了金属绳如何连接绞盘、水平缠绕机构和卷筒。金属绳索进入绞盘，绞盘上的伤口从绞盘上出现，进入水平缠绕机构，然后进入卷筒。鼓是用来储存绳子的。绞盘用于拉紧绳索，水平卷绕机构引导绳索从绞盘到卷筒。图 3金属绳索连接示意图缆索牵引绞车主要有拉入和拉出两种作业方式。在拉入操作中，绳子被拉入系统。绞盘和转鼓顺时针方向旋转。绳子被拉进机器里。在拉出操作中，绳子被拉出机器。卡普斯坦和德伦在逆时针方向中旋转。绳子被推出机器。所用到的手动操作机器的液压回路。这是一个闭环电路。虚箱内部电路为双向变量闭环泵。一个 4/3NC 方向控制阀用于改变泵流量的方向，一个流量控制阀用于控制泵的先导压力。泵的排量与先导压力成正比。三个固定的双向电动机具有相同的容量，一个用于鼓和两个用于压顶。比方说，连接在鼓上的电机叫鼓电机，连接在绞盘上的电机叫绞盘电机。绞盘电机之间设置有两个 4/2 方向控制阀，以便将绞盘电机并联或串联。第一电机的输入与第二电机的输入并联，第一电机的输出与第二电机的输出并联。在串联连接中，一个电机的输入端与另一个电机的输出端相连。研究和开发绞车自动化的主要驱动力是提高绞车的安全性、生产率和效率。2绞盘自动化在即将实现自动化的新液压回路中，所有手动操作的阀门都将被电控电磁阀取代。采用 4/3 电动比例阀代替 4/3 手动控制阀。4/2 手动操作的方向控制阀被 4/2 电动控制阀所取代。用来调节发动机转速的油门杆被一个直线驱动器所取代。所有控制均采用 PLC和人机界面控制。利用人机界面，可以实现机器的开关、拉入、拉出、串并联等功能。利用传感器的信息，PLC 计算被拉绳子的速度、长度和张力均显示在人机界面屏幕上。为了使机器自动化，PLC 被编程成这样一种方式，即机器在串联和并联之间切换，以此38电气技术与经济/技术与应用/2023.05感知系统中的压力。自动化是使用以下组件完成的。2.1PLC 及 HMI 执行数字计算机的设计要求很高，可以在恶劣的环境条件下，如极端炎热或寒冷的温度，尘土飞扬和潮湿的条件和强烈的混响可靠地执行。PLC 的功能已经扩展到包括顺序继电控制、运动控制、过程控制和网络化。一些现代 PLC 的处理能力、存储、数据处理和通信技能的潜力大致相当于台式计算机。在目前的绞车自动化项目中，PLC 的编程语言是梯形逻辑。PLC与数字和模拟输入和输出一起工作。工业世界中的人机界面是人与机器之间进行交流的手段。人机界面(HMI)的最新发展在于灵活性和开放性。人机界面的主要目的是实现机器的简单控制并能够显示过程信息。2.2称重及接近传感器称重传感器是一种传感器，当受到外力作用时，传感器会产生电信号。最常用的称重传感器是应变片。当压力施加在电池上时，它会使应变片变形。这种应变是以电阻的变化来测量的。称重传感器一般由四个惠斯登桥结构的应变计组成。由于传感器发出的电信号为毫伏，因此必须放大传感器的输出。放大后的输出必须按比例缩放以计算施加在称重传感器上的力。载荷传感器中有四根电线，分别为红色、黑色、白色和绿色，分别连接载荷传感器放大器的激励+、激励 、信号+和信号 。放大器的输出为20mA，由 12V 直流电源供电。接近传感器的关键功能是在不与物体接触的情况下探测物体的存在。与更精密的传感器相比，接近传感器具有成本更低、能耗更低的优点，但也存在精度不高的缺点。电感式接近传感器用于检测金属的存在。因为它是一个数字传感器，它只有两个状态-开/关。我们系统中的接近传感器是用来计算机器的卷绕速度依次计算绳子的长度。这个传感器连接到 PLC 的数字 I/O。传感器的+24 VDC 输入到 PLC 的+24VDC 和电源的+VE，传感器的输出到 PLC 的输入。接近传感器与可编程序控制器如图 4 所示。图 4连接到 PLC 的接近传感器2.3设备布局BCM 软件参数化设备布置模块功能强大，能够满足工厂电气设备布置设计的需要。可以创建参数化设备和非参数化设备，向设备添加自定义属性，并在报表中输出这些属性。在安排机柜等设备时，可以立即修改尺寸参数，以确定插入点和接线点信息。支吊架布置模块可以参数化支吊架，并沿着桥梁中心线分批排列。如果选择多层多行的网桥，软件可以灵活地实现矩阵布局。该软件对各类设备进行分类计数，实现从三维造型到工程量计算的全过程设计。3逻辑实现可编程序控制器是工业电脑，这种数字计算机的设计，可以在恶劣的环境条件下，如极端炎热或寒冷的温度，尘土飞扬和潮湿的条件和强烈的混响可靠地执行。PLC 的功能已经扩展到包括顺序继电控制、运动控制、过程控制和网络化。一些现代 PLC 的处理能力、存储、数据处理和通信技能的潜力大致相当于台式计算机。在目前的绞车自动化项目中，PLC 的编程语言4-5 是梯形逻辑。PLC 与数字和模拟输入和输出一起工作。如图 5 所示，当机器启动时，瞬时速度是用接近传感器计算出来的。由于速度是已知的，瞬时长度计算也可以同时进行。下一步是由用户来决定机器是应该卷入绳子还是卷出。输入通过人机界面给出。根据选择的螺线管是激活和机器拉在所需的方向。当机器48电气技术与经济/技术与应用2023.05/卷起时，计算被拉进或拉出的绳子的总长度。在进行缠绕时，如果钢丝绳长度减小到 0 米，则停止缠绕操作。如果机器正在绕出，绳子总长度不应超过1000 米。如果它做的绕组操作停止。这种逻辑是为自动电缆牵引功能的机器。图 5绞车机械自动化过程另一种逻辑同时运行。当机器启动时，PLC 检查机器是处于 2.5t 模式还是 5t 模式，并相应地执行对应电路。这里 2.5t 是串联连接，5t 是并联连接。如果机器处于 2.5t 模式，则使用压力传感器检测压力并由 PLC 检查。如果压力超过 250Pa，空压开关。当空挡接通时，拉入和拉出都被关闭。同样，当机器处于 5t 模式时，压力由传感器检测并由 PLC 检查。如果压力低于 120Pa，空压开关 2s。当绞车机的自动化完成后，决定提前一步进行控制。应该远程访问该机器。PLC 被连接到一个路由器和一个网络服务器创建的控制机器。远程访问机器的目的不仅仅是为了简化控制，而且是为了观察生成的数据并了解站点上正在发生的事情。4结束语当绞车机的自动化完成后，决定提前一步进行控制。应该远程访问该机器。远程访问机器的目的不仅仅是为了简化控制，而且是为了观察生成的数据并了解站点上正在发生的事情。参考文献 1张光，王胜 使用可编程序控制器的包装和物料处理自 动 化 J 大 数 据 分 析，2021，11(8):17-21 2焦帅，张惠 利用 PLC/PC 实现直接还原装置的自动化 J 高电压技术，2017，10(9):21-22 3杨立荣 采用无线和分布式自动化的制造系统升级 J 今日自动化，2017，7(19):34-37 4韩胜，王旌 基于同时检测高频、超高频和局部放电信号的电力变压器在线声发射监测系统 J 大数据分析，2020，12(9):17-28 5梁涛 一种用于多实例多标签图像分类的深度多模态 J 物联网分析，2018，10(8):11-21(收稿日期:2023-03-21)58电气技术与经济/技术与应用