Конвейерным транспортом 6 page

Рис. 9.7. Структурная схема компьютерной системы

автоматизации шахтной компрессорной станции

На схеме приняты следующие обозначения:

УК – управляющий компьютер;

ПЛК _i – i -й программируемый логический контроллер;

КА _i – i -й компрессорный агрегат; i = 1, 2,…, m – текущий номер КА и ПЛК;

ПМУ – панель местного управления КА;

Д – датчики теплотехнических параметров и состояний элементов КА;

ДМ – датчик мощности N, потребляемой электроприводами работающих компрессоров станции;

ДД – датчик давления P сжатого воздуха;

_i – производительность i -го КА;

– вектор контролируемых теплотехнических параметров и состояния одного КА;

– вектор управляющих воздействий на рабочий и исполнительные приводы одного КА;

– вектор контролируемых параметров и состояний вспомогательных агрегатов станции;

– вектор управляющих воздействий на приводы и узлы вспомогательных агрегатов станции.

При этом управляющий компьютер выполняет следующие функции:

· Формирование и задание команд ПУСК/СТОП контроллерам компрессорных агрегатов;

· Стабилизация давления сжатого воздуха в пневмосистеме, измеряемого датчиком давления ДД в коллекторе станции путем изменения, в соответствии с результатом измерения давления, производительности и количества работающих компрессорных агрегатов;

· Автоматический вывод компрессорных агрегатов из рабочего состояния в резерв и ввод их в работу из резерва при отказе работающих КА, а также для поддержания заданного давления в пневмосети;

· Автоматическое управление включением/отключением вспомогательных агрегатов компрессорной станции (системы охлаждения, системы смазки КА и др.);

· Непрерывное вычисление показателя экономичности работы компрессоров, представляющего собой удельные энергозатраты станции на производство 1 м³ сжатого воздуха:

, кВт·ч/м³,

где N – мощность, потребляемая из сети электродвигателями работающих компрессоров и измеряемая датчиком ДМ в системе электропитания; – расход сжатого воздуха, измеряемый датчиком ДР на выходе из коллектора компрессорной станции.

Оперативный персонал или УК, используя показатель удельных энергозатрат, при наличии средств регулирования
в пневмосети могут поддерживать оптимальное давление сжатого воздуха у потребителя;

· Визуализация состояния и параметров работы компрессорной станции.

Пуск/останов компрессорных агрегатов станции осуществляется по кольцевой схеме в соответствии с номерами, присвоенными компрессорным агрегатам при предварительной конфигурации системы управления.

Программируемые логические контроллеры выполняют функции локальных управляющих устройств, обеспечивая автоматическое управление, контроль и защиту отдельных компрессорных агрегатов.

На рис. 9.8 представлена система автоматизации компрессорного агрегата, выполненная на базе ПЛК.

На схеме приняты следующие обозначения:

К – поршневой компрессор с электродвигателем М;

ХМ, ХВ – холодильники соответственно масла и сжатого воздуха;

МН – пусковой маслонасос;

ФВ – фильтр воздуха на входе в компрессор;

В – воздухосборник;

ЗОВ, ЗВ – задвижки соответственно охлаждающей воды
и сжатого воздуха;

РК, ОК – электромагнитный разгрузочный клапан и обратный клапан пускоразгрузочного механизма компрессора;

КП – электромагнитный клапан продувки конденсата из воздухосборника;

ПОВ, ПВ – реверсивные пускатели, управляющие электродвигателями задвижек ЗОВ, ЗВ;

ПМН – нереверсивный пускатель электродвигателя маслонасоса;

СУЭД – система автоматического управления электродвигателем компрессора, обеспечивающая его пуск/останов и регулирование частоты вращения. Состав элементов СУЭД определяется видом электропривода компрессора;

ПЛК – программируемый логический контроллер (управляющее устройство компрессорного агрегата);

КУ – кнопки ПУСК/СТОП для формирования оператором команд на включение/отключение компрессорного агрегата при местном управлении (например, при отказе управляющего компьютера, наладке и т.п.);

L _ов, L _в – перемещения задвижек ЗОВ и ЗВ, контролируемые концевыми выключателями;

L – уровень воды в рабочей зоне холодильника ХВ;

P _ов, _ов – давление и расход охлаждающей воды;

P _вф – перепад давления на фильтре ФВ;

Т _пк, Т _м, Т _в1, Т _в2, Т _д – температура соответственно подшипников компрессора, масла, сжатого воздуха, на входе и выходе холодильника ХВ, статора электродвигателя М;

Р _в, Р _вс – давление сжатого воздуха на выходе компрессора
и в воздухосборнике;

_в – расход сжатого воздуха в пневмосети;

n – частота вращения электродвигателя компрессора;

– вектор контролируемых параметров и состояния компрессорного агрегата, подаваемых на входы ПЛК от соответствующих датчиков;

– вектор управляющих воздействий на рабочий и исполнительные приводы КА, формируемых ПЛК в соответствии с алгоритмом управления;

– вектор контролируемых параметров и состояний системы СУЭД, формируемый датчиками электропривода компрессора.

Алгоритм управления компрессорным агрегатом представлен на рис. 9.9.

Параметрами настройки алгоритма управления являются:

t _мз – допустимое время на запуск системы смазки компрессора;

Р _мз – заданное давление масла в системе смазки;

t _овз – допустимое время на открывание задвижки охлаждающей воды;

t _пз – допустимое время пуска двигателя компрессора после его включения;

L _овз, L _вз – заданные положения задвижек ЗОВ и ЗВ (значение полного хода задвижек);

N _з – заданная частота вращения вала двигателя компрессора (устанавливается либо оператором, либо управляющим компьютером в зависимости от требуемой производительности компрессора);

t _прз – заданное время на прогрев компрессора при работе без нагрузки;

t _заг – заданное время на закрывание разгрузочного клапана (время плавной загрузки компрессора);

P _вз – заданное давление сжатого воздуха на выходе компрессора;

t _звз – допустимое время на открывание задвижки воздуха;

P _з – заданное давление воздуха в воздухосборнике в рабочем режиме;

Р _вса – предаварийное значение давления воздуха в воздухо-сборнике;

T_ia – предаварийное значение температуры подшипников компрессора (Т _пка) и масла в картере (Т _ма), температуры сжатого воздуха на входе (Т _в1а) и выходе (Т _в2а) компрессора, температура статора двигателя (Т _да) компрессора, где i = ПК, М, В1, В2, Д;

L_a – предаварийный уровень воды в рабочей зоне холодильника воздуха;

P _ма – минимальное допустимое давление в системе смазки компрессора;

_ова – минимальное допустимое значение потока воды
в системе охлаждения компрессорного агрегата;

P _вфа – максимальное допустимое значение перепада давления на воздушном фильтре;

t _рц – заданное время цикла продувки конденсата в воздухосборнике.

Рис. 9.9. Алгоритм управления компрессорным агрегатом

Рис. 9.9. Продолжение

Рис. 9.9. Окончание

Система автоматизации компрессорного агрегата функционирует следующим образом. При запуске программы управления задают начальные условия, после чего появляется возможность перевести контроллер в тестовый режим для проверки исправности функционирования как контроллера, так и элементов индикации и сигнализации. Далее контроллер переходит в режим ожидания команды на включение компрессорного агрегата. Если выбран автоматический режим, то команда на запуск КА поступает от управляющего компьютера (УК) станции. Если контроллер находится в режиме местного управления, он ожидает нажатия кнопки ПУСК.

При поступлении команды на включение контроллер начинает отрабатывать алгоритм запуска КА. Перед началом нормальной работы компрессора на пневмосеть необходимо включить системы его смазки и охлаждения, запустить электродвигатель и прогреть компрессор в режиме холостого хода, затем загрузить компрессор и подключить его к воздухосборнику (коллектору станции). Для этого контроллер включает маслонасос, контролируя в течение заданного времени t _мз достижение заданного давления масла Р _мз, включает привод задвижки ЗОВ на открывание, контролируя в течение времени t _овз ее положение L _овз, запускает систему управления электродвигателем СУЭД, контролируя время пуска t _пз и достижение заданной частоты вращения n _з, электродвигателем компрессора, контролирует время прогрева t компрессора, включает привод разгрузочного клапана на закрывание для загрузки компрессора, контролируя процесс закрывания клапана по времени t _заг и давлению воздуха Р _вз на выходе компрессора и, наконец, включает привод задвижки ЗВ на открывание для подключения компрессора к пневмосети, контролируя время ее открывания и положение. Если в процессе запуска не выполняется любое из вышеуказанных условий, пуск компрессорного агрегата прекращается, соответствующий исполнительный механизм возвращается в исходное состояние и включается сигнализация причины прекращения запуска КА.

В нормальном режиме работы компрессор должен обеспечивать заданную производительность для поддержания давления сжатого воздуха на заданном уровне Р _з. Заданная управляющим компьютером производительность компрессора обеспечивается замкнутой системой СУЭД путем стабилизации частоты вращения электродвигателя на заданном уровне, т.е. обеспечением
n = n _з.

При работе компрессора в режиме поддержания заданной производительности, ПЛК контролирует теплотехнические и технологические параметры работы и состояния элементов КА и при достижении ими критических значений осуществляет аварийное отключение КА: отключает электродвигатели компрессора и маслонасоса, открывает разгрузочный клапан, включает задвижки ЗОВ и ЗВ на закрывание, включает аварийную сигнализацию
с расшифровкой причины срабатывания соответствующей защиты: а) от недопустимого повышения давления сжатого воздуха;
б) перегрева подшипников, масла, сжатого воздуха, статора электродвигателя; в) появления воды в рабочей зоне холодильника;
г) недопустимого снижения давления масла и расхода охлаждающей воды; д) засорения воздушного фильтра. Повторный запуск КА возможен только после устранения аварийной ситуации.

В процессе работы КА контроллер периодически, через заданное время t _рц, включает клапан КП для удаления конденсата из воздухосборника в течение времени t _пр.

В нормальном режиме работы КА контроллер ожидает команду на отключение в автоматическом режиме – от УК, в местном – от оператора (нажатие кнопки СТОП). Получив такую команду, контроллер формирует сигнал управления отключением КА, осуществляя разгрузку компрессора, отключение его электродвигателя и маслонасоса, включение задвижек ЗОВ и ЗВ на закрывание.

После оперативного останова КА контроллер снова переходит в режим ожидания команды ПУСК от УК или оператора.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анашкин, А. С. Техническое и программное обеспечение распределенных систем управления: учеб. пособие для вузов /
А. С. Анашкин, Э. Д. Кадыров, В. Г. Харазов. – СПб., 2004. –
368 с.

2. АСУ ТП цеха углеприема обогатительной фабрики «Сибирь» / В. Волков [и др.] // Современные технологии автоматизации. – 2000. – № 3. – С. 26–35.

3. Конюх, В. Л. Компьютерная автоматизация производства: учеб. пособие: в 2 ч.; ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2003. – 222 с.

4. Каширских, В. Г. Автоматизация технологических процессов: учеб. пособие / В. Г. Каширских, А. Е. Медведев; КузГТУ. – Кемерово, 1998. – 131 с.

5. Каширских, В. Г. Принципы автоматизированного управления одноковшовым карьерным экскаватором и функциональное диагностирование электроприводов на основе компьютерных технологий / В. Г. Каширских, А. Е. Медведев // Вестн. КузГТУ. – 2005. – № 1. – С. 75–81.

6. Корытин, А. М. Автоматизация типовых технологических процессов и установок: учеб. для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 432 с.

7. Ломакин, М. С. Автоматическое управление технологическими процессами карьеров: учеб. для вузов. – М.: Недра, 1978. – 280 с.

8. Медведев, А. Е. Компьютерная система управления конвейерной линией // Вестн. КузГТУ. – 2005. –№ 6. – С. 51–56.

9. Медведев, А. Е. Микропроцессорная система автоматизации карьерного бурового станка // Вестн. КузГТУ. – 2006. –
№ 6. – С. 15–23.

10. Медведев, А. Е. Принципы построения компьютерной системы автоматизации шахтной компрессорной станции // Вестн. КузГТУ. – 2007. – № 3. – С. 34–35.

11. Медведев, А. Е. Микропроцессорная система автоматизации компрессорного агрегата // Вестн. КузГТУ. – 2007. – № 3. – С. 29–34.

12. Нечаев, Г. К. Автоматизация технологических процессов на предприятиях строительной индустрии: учеб. пособие для вузов. – Киев: Выща шк., 1979. – 280 с.

13. Шувалов, В. В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: учеб. для техникумов /
В. В. Шувалов, С. А. Огаджанов, В. А. Голубятников. – М.: Химия, 1991. – 480 с.

14. Шемелин, В. К. Проектирование систем управления
в машиностроении: учеб. для вузов. – М.: Станкин, 1998. –
254 с.