西门子模块6GK7343-1EX30-0XE0功能参数

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1　前言

煤矿胶带机系统运行与否直接影响矿井的经济效益。为提高系统的性和性，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《煤矿规程》为依据，总结矿山运输过程中所出现的事故，本着性高、实用性强、具有性的特点而研制开发的新一代综合控制系统。

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　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，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。综合操作位于地面控制室。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图像监视，以确保人员及设备的。

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.　　设备故障及模拟量限报警。当设备故障或模拟量，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、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） 控制方式分自动/手动/就地，三种方式可转换。正常生产时，使用自动方式，设备按工艺要求的顺序和流程由控制台自动启停；手动时，可在控制台操作各设备，无闭锁和联动关系；就地时，在现场操作；

3） 启动设备前由台发预告信号，预告30秒后，若现场均满足自动启动条件，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。

6.1　　系统的主要功能

1. 每台设备机头旁均设有就地操作控制箱，上有工作方式转换开关及就地起停钮；

2. 所有胶带机上的给煤点均设置堆煤保护和纵向撕裂保护，以防止胶带机事故的扩大化；

3. 所有胶带机均设有两跑偏开关，每隔约50米设置一对跑偏开关，一级跑偏用于故障报警，二级跑偏用于故障停车；

4. 所有胶带运输机，均设拉线开关，用于紧急情况下的停车，急停拉线开关的安装间距均确定按50米进行配置，并可扩展下皮带的跑偏保护，以保证设备和人身；

5. 扩音电话采用新型的选拨电话系统，安装间距确定按200米进行配置；

6. 水平胶带机的拉紧装置为液压调节方式，开诚提供一套胶带机的松带检测传感器，由PLC控制完成胶带机的张力自动调节功能；

7. 在皮带机头设置堆煤传感器，防止皮带的堆煤事故的发生；

8. 在皮带机设置皮带速度传感器，以皮带的速及打滑事故的发生；

9. 在皮带巷道设置烟雾传感器，以检测皮带巷道的烟雾浓度防止火灾事故的发生；

10.　在皮带机的主滚筒设置温度传感器，随时检测滚筒的温度，并配备自动撒水装置，在滚筒温时实现自动撒水并对主滚筒进行降温；

11.　胶带运输机每隔约100米设起动预置，设备启动前发出预警信号，提示有关人员应立即远离设备；

12.电机的电流实时监测功能可发现一些机械设备的潜在故障隐患；运行中对电机的电流进行实时监测分析，当发生电流限或突变时报警，严重时停机。

13.实现对给煤机与皮带的闭锁，实现与以前皮带的闭锁功能，具有自动、手动、检修等控制方式；

14.在软件与硬件上开发了的矩阵控制功能，节省主电缆的开支；

15.自控系统在性能上具有良好的抗湿热性、抗干扰性，在结构上满足在井下条件能够检修或换元器件，根据煤矿井下的现场环境，控制箱采用不锈钢结构，其他采用防腐措施；

16.可根据胶带机系统的故障性质，进行紧急停机、顺序停机或发出报警声光信号；

17.在集中操作台上能集中显示胶带机的工作状态、故障类型、故障地点；

18.隔爆软启动器或隔爆变频器纳控；

19.多种操作方式。控制方式有：集中联动、集中手动、就地联动、就地手动、禁起等方式，使系统操作灵活、。在集中方式，所有设备由室操作员通过上位机操作；

20.多种流程选择。在联动方式下，可根据工艺选择运输流程，　胶带启动按顺煤流方向，并根据胶带速度、长度延时开车，以减少运行时间；重载启动时，按逆煤流方向启动；系统停止或无煤时延时自动停车；

21.完善的信息处理功能，报警信息、运行参数、操作记录等信息自动形成标准格式的数据库文件，并在硬盘长期保存，供信息系统调用；

22.实现系统集中监控，生产数据微机化管理

1)界面直观友好，操作简便，功能齐全。有形象逼真的动态画面和全中文显示，还具有实时报警监视、确认机制和数据记录功能。对操作员素质无特殊要求，培训简单；

2)对报警信息和重要运行参数在硬盘记录，数据表格和曲线可随时调出；

3)生产数据存入计算机硬盘，可由管理信息系统按需调用。

6.2　　可实现自动化控制系统与生产管理系统数据共享

计算机管理工作站设信息管理系统，决策者通过管理工作站可根据各自权限远程访问监控上位机，得到现场生产数据报表、设备管理信息和生产统计分析。

6.3　　具有故障自诊断功能

1. 网络故障自诊断。当网络由于发生断线、干扰等传输问题时，　网络会自动侦测到，并发出报警；

2. PLC故障自诊断。PLC的扫描器和适配器发生故障时，系统会通过网络的通讯情况判断故障，并发出报警；PLC的I/O模块发生故障时，CPU会通过I/O模块的状态位侦测到故障及故障内容，系统会发出报警；

3. 传感器和信号线故障诊断。模拟量的传感器或信号线发生断线故障时，PLC通过测量值判断故障并发出报警。

6.4　　维护方便

1. I/O模块采用可拆卸端子排，出现故障时，室发出声光报警，可在几分钟之内即可换完毕；

2. 系统扩展方便，增加新设备或上后期工程，可以方便地加入节点，并可通过网络在线修改程序；

3. 系统具有自诊断功能，能及时报告故障时间、位置、类型等信息，便于维护。

6.5　　系统的特点

本系统具有以下几方面特点：

1. 选用的控制器，系统的实时性好，性高，数据处理速度快；

2. 采用全分布式控制结构，系统具有较高的性。当地面部分出现控制故障时，井下部分仍可实现运行；

3. 通讯网络速度快，距离远，性高；

4. 界面直观友好，操作简便，功能齐全。人机界面不仅具有形象逼真的动态画面和全中文显示，还具有实时报警监视、确认机制和数据记录功能；

5. 减少布线成本，由于采用远距离通讯网络，使布线加方便，并大大减少电缆用量；

6. 维护方便，运行。系统扩展方便，可随时增加节点，并可通过网络由中控室在线修　改程序。控制器和网络高，维护工作量小；

7. 总结各矿胶带运输系统的经验教训，特别采取了增加设备性的措施，如选用的控制器和网络产品。

介绍了变频调速技术节能分析，阐述了小区变频恒压供水系统基本构成和控制参数选择、变频器运行参数设置的要点，并就小区变频恒压供水系统的优点进行了分析。 

一、 概述

交流电机变频调速技术是一项业已广泛应用的节能技术。由于电子技术的飞速发展，变频器的性能有了大提高，它可以实现控制设备软启软停，不仅可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，确保系统、稳定、长周期运行。 

长期以来区域的供水系统都是由**管网经过二次加压和水塔或天面水池来满足用户对供水压力的要求。在小区供水系统中加压泵通常是用不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化情况来选配，并确定水泵的运行方式。由于小区用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池“二次污染”的问题。变频调速技术在给水泵站上应用，成功地解决了能耗和污染的两大难题。 

二、 变频节能理论

１、交流电机变频调速原理 

交流电机转速特性：n=60f（1-s）/p，其中n 为电机转速，f为交流电频率，s 为转差率，p为对数。 

电机选定之后s 、p则为定值，电机转速n和交流电频率f 成正比，使用变频器来改变交流电频率，即可实现对电机变频无级调速。 

２、根据离心泵的负载工作原理可知： 

流量与转速成正比：Ｑ∝Ｎ
转矩与转速的平方成正比：Ｔ∝Ｎ２ 
功率与转速的三次方成正比：Ｐ∝Ｎ３ 
而且变频调速自身的能量损耗低，在各种转速下变频器输入功率几乎等于电机轴功率，由此可知在使用变频调速技术供水时，系统中流量变化与功率的关系： 
Ｐ变＝Ｎ３Ｐ额＝Ｑ３Ｐ额 
采用出口阀控制流量的方式，电机在工频运行时，系统中流量变化与功率的关系：Ｐ阀＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ额 
其中，Ｐ为功率 
Ｎ为转速 
Ｑ为流量 

例如设定当前流量为水泵额定流量的６０％，则采用变频调速时Ｐ变＝Ｑ３Ｐ额＝０.２１６Ｐ额，而采用阀门控制时Ｐ阀＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ额＝０.７６Ｐ额，节电＝（Ｐ阀-Ｐ变）／Ｐ阀＊１００％＝７１.６％。 

流量% 100 90 80 70 60 50 
节电率% 0 22.5 41.8 61.5 71.6 82.1 

由此可见从理论计算结果可以看到节能效果非常显著，而且在实际运行中小区变频恒压供水技术比传统的加压供水系统还有自动控制恒压、等明显优势。 

而且新型的小区变频恒压供水系统能自动地控制一至多台主泵和一台休眠泵的运行。在管网用水量减少到单台主泵流量的约1/6-1/8时，系统自动停止主泵，启动小功率的休眠泵工作，保证系统小流量供水，解决小流量甚至零流量供水时大量电能的浪费问题，从运行控制上进一步节能。 

三、 变频恒压供水系统及控制参数选择 

1、变频恒压供水系统组成

小区变频恒压供水系统通常是由水池、离心泵（主泵+休眠泵）、压力传感器、PID调节器、变频器（主泵+休眠泵）、管网组成（如图1）。工作流程是利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4-20mA或0-10V）反馈PID调节器，PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。 

2、变频恒压供水系统的参数选取

（1）、合理选取压力控制参数，实现系统低能耗恒压供水。这个目的的实现关键就在于压力控制参数的选取，通常管网压力控制点的选择有两个：一个就是管网不利点压力恒压控制，另一个就是泵出口压力恒压控制。两者如何选择，我们来简单分析一下。 

管网不利点压力恒定时，管网用水量由QMAX减少到Q1，水泵降低转速，与用水管路特性曲线A（不变）相交于点C，水泵特性曲线下移，管网不利点压力H0。而泵出口压力恒压控制时，则Ha不变，用水量由QMAX减少到Q1与Ha交于B点，用水管路特性曲线A上移并通过B点，管网不利点压力变为Hb，Hb - H0的扬程差即为能量浪费，所以选择管网不利点的小水头为压力控制参数，形成闭环压力自控系统，使得水泵的转速与PID调节器设定压力相匹配，可以达到大节能效果，而且实现了恒压供水的目的。 

（2）、变频器在投入运行后的调试是保证系统达到运行状态的必要手段。变频器根据负载的转动惯量的大小，在启动和停止电机时所需的时间不相同，设定时间过短会导致变频器在加速时过电流、在减速时过电压保护；设定时间过长会导致变频器在调速运行时使系统变得调节缓慢，反应迟滞，应变能力差，系统易处在短期不稳定状态中。 

为了变频器不跳闸保护，现场使用当中的许多变频器加减速时间的设置过长，它所带来的问题很被设备外表的正常而，但是变频器达不到运行状态。所以现场使用时要根据所驱动的负载性质不同，测试出负载的允许短加减速时间，进行设定。对于水泵电机，加减速时间的选择在0.2-20秒之间。 

四、 变频恒压供水系统的优点

相对与传统的加压供水方式，变频恒压供水系统的优点的体现在以下几个方面： 

１、节能

变频恒压供水系统的显著优点就是节约电能，节能量通常在10-40%。从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大。 

２、恒压供水

变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期热水器不能正常使用的情况。 

３、卫生

系统实行闭环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。 

４、自动运行、管理简便

新型的小区变频恒压供水系统具备了过流、过压、欠压、欠相、短路保护、瞬时停电保护、过载、失速保护、低液位保护、主泵定时轮换控制、密码设定等功能，功能完善，全自动控制，自动运行，泵房不设岗位，只需派人定期检查、保养。

５、延长设备寿命、保护电网稳定

使用变频器后，机泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了机泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主泵运行，保证各泵磨损均匀且不锈死，延长了机泵使用寿命。变频器的无级调速运行，实现了机泵软启动，避免了电机开停时的大电流对电机线圈和电网的冲击，了水泵的水锤效应。 

６、占地少、投资回收期短

新型的小区变频恒压供水系统采用水池上直接安装立式泵，控制间只要安放一到两个控制柜，体积很小，整个系统占地就非常小，可以节省投资。另外不用水塔或天面水池、控制间不设专人管理、设备故障率低等方面都实现了进一步减少投资，运行管理费低的特点，再加上变频供水的节能优点，都决定了小区变频恒压供水系统的投资回收期短，一般约1年