基于本安工业控制机的排水控制系统设计.pdf

参考文献： 1 编 写 组机 械 设 计 手册 M 下 册 第二 版 化学出版社，1 9 8 2 2 宋学义 袖珍液压气动手册 机械工业 出版 社， 1 9 9 4 8 Ac a dem i c 3 王懋瑶 液压系统故障的判断与排除方 社，1 9 8 2 法 天津科学技术出版社，1 9 8 5 6 何存兴 液压元件 机械工业出版社 4 宋鸿尧， 丁忠尧 液压阀设计与计算 机 1 9 8 2 械 工业 出版社 ， 1 9 9 4 8 5 贾培起 液压传动 天津科学技术出版 6 3 8 6 0 7四川省华蓥山煤业股份有限公司李子垭煤矿 四川 广安 一 李华生 摘要 ： 煤矿排水系统控制过程复杂 ， 耗能高 ， 设备磨损严重 ， 针对这种睛况本文章介绍一种基于本安工业控制机的控制系统。该系统以本安型控 制机为基础 ， 沿线采用C A N总线、传感器、驱动器 ， 结合 V C + +和上位机组态软件 ， 实现排水系统的自动控制以及无人值守 实际使用情况 表明 ， 该系统稳定可靠 ， 可满足煤矿安全生产的需求。 0 l 言 根据矿井涌水量和相关规定，煤 矿井下一 般建设两个相互连通 的水仓交替使用。泵房 内 至少安装三 台以上大功率 电机和离心水泵，其 分别作为工作泵、备用泵和检修泵，同时敷设 两条 以上总 出水管路 以各轮换使用。水泵启动 前泵体内的上引水通常采用射流泵或真空泵抽 真空吸引的方式来完成 。 为达到主排水系统安全可靠运行，系统实 现 自动化控制是很有必要 的。本文介绍一种本 安Z _ , lk 控制机 ，可以和相关控制器、传感器组 成水泵控制 系统，该系统通过控制主机和沿线 的智能节点，可以实现水泵的 自动控制、远程 控制以及无人值守，有效提高煤矿生产效率。 l控制机原理 本安工业控制机的主要组成部分包括：内 部主板、 L C D 液晶屏、 按钮、 送话器、 外部接口等， 控 制机有两路 4 8 5接 口， 一路 C A N接 口和 两路 以太 网接 口，控制机系统硬件平台采用 I n t e l 公司生产的基于 A R M内核的处理器，操作系统 选用受到业 内J 泛好评的W i n d o w s C E n e t 平台。 A R M处理 器具有 体积小、功耗低、性 能高 等特点 ， 在工业控制、无线通信、消费类 电子 产品等领域得到 了广泛应用。该控制机 C P U选 用 I n t e l X S c a l e P X A 2 7 0 微处理器。P X A 2 7 0 芯 片 是一 款 集成 了 3 2位 X S c a l e处理 器 核、 多 通信信道、I c D控制器、增 强型存储控制器和 P C M C A C F 控制器以及通用 1 0口的高度集成的 应用处理器。控制机电气原理图如图 1 所示。 2系统总体结构 用本安工业控制机搭建的水泵控制系统主 要由以F设备组成1 台本安型工业控制计算机、 多台多功 能控制驱动器、多台智能 i o接 口及 各种传感器、地面监控计算机等 结构如 图 2 所示 。 该系统 中，配置 1台本安型工业控制计算 机， 完成控制现场各传感器信息的采集与处理 ， 每 台泵组旁边配置 1台多功能控制驱动器、整 个泵房配置若干台智能 i o 接口及各种传感器， 组成排水监控系统。 每台泵附近配置 1台多功能控制驱动 器， 完成整台泵电动 闸阀、水泵 电机、射流泵 电动 球阀的控制 以及采集被控设备 的运行状态 、采 集模拟信号 ( 正压、负压、水位、流量 等)， 当采集 电流型模拟量信号时需要配置电流转频 率模块。 i I 啉 一 一 一i i I j N A,I 荆 ! ， 一 ： L ： l_ 一 ! _ - _ j j j l1l - I n： n H n 冬 j 1托 滞1 卡 1 电 i g j 上位帆 以太嘲 工业控制 计算机 一 一一 一一 、 一 事琦能 驱 动 罨 强用I 口 多 璃糖职 器 连用l 傩口 一 一 一 一 j 一 电 劝 球 一 l 电 巍 、 电 压电 动 球 栩 电 鞠 k电 电动阿栩 I 重、匝力 电 靖魄 阀 1l 唾 、匪力 水蔡电机 1 l 0 日 鼍 虞承 幕电 机 n l I I 麈 州 水系统 结构 降 l 每台泵配置 1 台负压传感器监测真 空度、 1台正压传感器监测 出水压力 ，并配置一台管道 液位传感器 ，判断泵体满水情况。 泵房水仓配置若干台水位传感器 ( 每个水 仓配置一个，原 则上不少于 2台)，连续监测 水仓水位变化， 作为自动起停水泵的关键参数。 泵房配置若干 台流量传感器，实时监测每 台泵的出水流量。 整个泵房配置若干 台通用 o接 u，接入 每台泵的模拟量参数 ( 电机温度等 )。 控制系统 以矿用本安型工 眦控制 算机为 核心。采用 C A N总线传输、E V C编 程方式、多 C P U 并行处理技术、多重抗干扰技术、模块化 结 构和高防护等级 没计，配以多功能驱动器、 通用数据采集接 口、各种传感器保护装置 以及 与驱动装置相应 的控制 设备构成适用于水泵系 统的高可靠性监控。可以实现就地手动、自动 、 无人值守控制控制功能， 还可以通过数据传输 ， 与上位机组网，实现地面集控功能。 3系统控制方式 基 于本安型工业控制机的水泵控制系统有 4种控制方式：手动、就地 自动、无人值守和远 程控制。 手动：泵组的电动球阀、电动 闸阀、水泵 电机等设备的启动，由多功能驱动器面板上的 控制旋钮 开出，在工业控制计算机面板上可以 观察当前设备的运行状态， 达到设备榆修 目的。 就地自动：泵组 的电动球 阀、电动 闸阀、 水泵电机等设 备的启动，由本安工、 I 控制计算 机面板上的一键启动按钮开 出，各个设备安既 定流程顺序启动，同时在工业控制计算机面板 上可以观察当前设备的启动状态 以及运行状态。 当任一启泵条件不具备，本安工业控制计算机 将发出声音及文字报警，并采取相应的预警措 施。 无人值守：系统根据水仓的高低水位实现 泵组的起停。高水位启运行泵组、超 高水位房 备用泵组、低水位 自动停泵。 远程控制：泵组的启停 由地面一 【 ： 控机完成。 4系统软件设计 4 1控制机程序设计 本 系统 选用 M i c r o s o f t E m b e d d e d V i s u a C + +作为应用软件开发工具。为保证控制的实时 性，软件中的通讯和控制模块拟采用基 r C 0 M 中国机械 Ma c h in e C h in a I I i i Ac a dem i c 学术 的组件服 务技术，该技术能有效保证数据传输 的高速和f q 靠性， C O M 可以做到完全与语言无关， 在不妨碍老客户的情况 F 被升级，可以透 明地 在网络 i 被最新分配位鼹。从用广 - 界面来看 ， 为保证 图形一定的美感和 消耗系统过 多的资 源 ， 软 ： 的 形模块拟采用图形交叉隐现技术， 该技术能有效的降低资源 消耗并保持相对的图 形效 果 。 4 2上位机软件 上位机软件采用 组态软件，通过 M o d b u s 协议 与上位机进行通讯，主要实现以下功能： ( 1 )实时品示、监测水位数据； ( 2 )=盘 ； 时屁示水泵运行状态； ( 3 ) 瞄测各个设备信息，如果有异常进行 报警： ( 4 )对井 F 设备进行控制，控制水泵和闸 阀的开停： tk 控制机的水泵控制系统各传感器、 执行器、拄制器等全部挂接在总线 I 二 ，既满足 了控制的灵活性要求又极大的减少 了各种线缆 的敷设，将来 系统进行升级和扩展非常方便。 系统 自带 多路接 口， 可 以 多种 通 讯协 议 并 行通 讯，联删方便快捷，可通过工业以太环网、光 缆 以及 电缆 f 位机通 讯，通过 ： 位机可与信 息化平台其享数据。 该系统 目前 已经在安徽、河南等多处煤矿 投入使用，取得 了良好 的效果，对煤矿实现安 全生产和节能减排具有重要的意义。 参考文献： 1 陈予春 ， 刘向昕 井下中央泵房水泵 自动化控制 系统的研究与应用 J 工矿 自动 化 ， 2 0 0 7 ( 2 ) 2 R a n d y A b e r n e t h y C O M技 术内幕 M 清华大学出版社 ， 1 9 9 9 3 徐 春 艳 ，华 钢 等 基 于 M C G S 组 态 软 件 的煤矿 监 控 系统 的研 究 J ， 矿 自动 化 2 0 0 5 ( 5 ) 4 李世煌 水泵设计教程 M 机械工业 出版社 ， 1 9 9 0 5 阳宪惠 现场总线技术及应用 蜘清 华大学出版社 ， 1 9 9 9 作者简介： 李华生 ( 1 9 8 4)，男，重庆丰都，本科， 四川省华蓥L I I 煤业股份有限公司李予垭煤矿信 息中心主任，主要从事信息化 自动化技术管理 工 作。 基于绿色设计的机械设计制造应用分析 2 7 6 8 2 6山东省日照市日照港机工程有限公司 山东 日照 一 李宜铭 2 7 6 8 2 6日照港股份有限公司第一港务分公司 山东 臼照 一 申桢 2 7 6 8 2 6日照港达船舶重工有限公司 山东 目照 一 周学良 摘 要 ： 本文提出在机械设计与制造的过程中引入 ” 绿色理念” ， 加强对自身生存的环境的保护 ， 并从绿色理念的内涵入手 ， 对绿色理念在机械设 计中的重要性进行分析 ， 同时以除尘机的设计为例 ， 对其进行实际的设计探讨 ， 以此将绿色理念进行推广。 机械设汁 1 与制造作为我 国重要的支柱性的 行业，对我 同阔民经济 的发展起着非常重要的 作用。同时环境污染的加剧，使得 人们开始将 绿色理念引入到机械产舶中，从而改善和保护 环境。对此本文对绿色理念的应用进 行了深入 的探讨 1 绿 色 设 汁 t 内涵 机械设计作为任何机械生产的首要步骤， 其设计的高低将赢接决定机械产品的功能特性。 而机械设计当中其最为重要的则是对产品进行 计算和分析，从而使得产 在材料、大小、结 构和功能方砸都满足用户 的需求。将绿色的理 念引入到机械 产品的设计 当中，其首要的是考 虑产品埘环境的污染，其后才考虑产品的性能、 成本和使用的质量。而绿色设计其主要坚持的 原则就是可持续的发展，使得产品可循环、反 复的应用，以此减轻产品对环境的污染。因此， 绿色设汁的技术主要 以无污染、呵回收为依据 其约束条件是绿色产品的设计要求 其主要内 容是减少卅 境污染，降低能源消耗，使产品及 其零部件能够回收 以及循环利用，提高机械的 使用周期，总体可 以概括 为蜃新利用、循环、 减少三 个设计理念。 1 6 2 Ma c h in e C h in a中国机械 决 策阶 段 设汁与制造 阶段 使用和维护阶段 再利用阶段 上 一 上 l 报 可 再 利 用 零 部 件IJ 电 原 零 零 零 使 废 用 除 材 害 ll 部 部 糍 调 用 技 与 户 耋 一 - 尘 料 一 件 件 一 件 机 和 一 术 _- 可 回 收 利 用 材 料 卜 _ _ 需 器 筹 生 包 运 装 改 担 l 求 策 设 集 装 输 配 试 维 造 收 计 护 利 用 _ - 抛弃 物处 理 I L 。一 L。 一 一 千 下 L 。 一 。 。 。一 r - 一 -一 手 一 1 t T ， 1 T 1 绿色数据， 知识库 二 环 境 库 二 ) ( 二 二 资 源 库 二 ) ( 二 能 源 库二 = ) 二 经 济 佳 二 二 =) 大气环境 材料资源 可 再生能源 材料 费用 水环境 信息资源 不能再生能i 繇 能源费用 土壤 人力资源 尤污染能源 设备费用 同体废物排放 设备资源 稀有能源 员工工资 噪声 同收处理费用 放射性 图 1除尘器开发模式设计 2 引入绿色理念的重要性分析 随着我 陶对环境开发 的H益深入，资源 的 枯竭、环境的污染使越来越多的自然灾害开始 在威胁人类的生存。因此 ，低碳经济、低碳生 活、绿色生活等成为当前探索现代经济发展的 新模式和新概念 经济发展的很大一个组成部 分是机械设计，它与人们的生产和生活紧密联 系，同时不断发展提高了我 国科学技术的水平， 为人们带来 了快节奏 的生活。假在带来正面影 响的同时，也为人们的生活带来 诸多的环境 问题。而要想解 决这 一污染问题，就必须提高 对绿色设计理念的重视，将绿色理念运用到机