CN105549498A

CN105549498A - 现场智能控制箱

Info

Publication number: CN105549498A
Application number: CN201610113855.4A
Authority: CN
Inventors: 殷宪文; 赵伟; 冯永; 苏怀东; 单勇; 刘娟; 黄猛; 杨丽; 徐欣; 孙伟; 朱国英; 王涛
Original assignee: GAOZHUANG COAL INDUSTRY Co Ltd OF ZAOZHUANG MINING GROUP
Current assignee: GAOZHUANG COAL INDUSTRY Co Ltd OF ZAOZHUANG MINING GROUP
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2016-05-04

Abstract

一种现场智能控制箱，包括箱体，箱体的正面安装有工业平板电脑、机械点动按钮和急停按钮，机械点动按钮与工业平板电脑控制相连，箱体的反面固定安装有导轨和光纤熔接盒，导轨上固定安装有空气断路器、开关电源、工业交换机和线路连接用的端子排，空气断路器与电源相连，开关电源的输入端与空气断路器通过线路相连，开关电源的输出端与工业交换机和工业平板电脑通过线路相连，工业平板电脑的网络通讯接口与工业交换机的通讯接口相连，工业交换机的通讯光口与光纤熔接盒相连、并进入工厂工业以太环网、经环网与PLC完成通讯连接。

Description

现场智能控制箱

技术领域

本发明涉及一种电气控制箱，尤其涉及一种现场智能控制箱。

背景技术

随着通讯技术和微处理器技术在现场工业的广泛应用、智能配电装置的不断成熟，工业生产过程自动化控制水平得到了进一步提高，人们对于生产过程的掌握和控制要求更加精细化。然而，作为生产过程中的现场基层控制设备，现场操作控制箱和操作台仍采用硬接线方式完成控制信号的传递，借助电子式仪表、机械仪表和指示灯进行测量显示，借助机械按钮进行操控，这种传统控制模式已经慢慢的不能满足现场更为复杂多样的生产工艺要求，也越来越跟不上先近自动化控制高速发展的节奏。其主要存在的缺点有：1、每个回路都需要大量的控制线路敷设来完成较为复杂的控制要求，这样造成桥架、控制电缆及人工等敷设成本较高；2、机械按钮存在机械磨损，控制线路转接点多，造成故障率高、生产控制系统不稳定，且故障的排除工作需要有经验的维修人员来完成。3、指示灯、电子式仪表、机械仪表显示功能单一，需要安装空间，特别是仪表占用箱体面板空间较大，造成控制箱箱体尺寸增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生产过程控制、结构简单、价格低廉、运行稳定的现场智能控制箱。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种现场智能控制箱，包括箱体，其特征是，箱体的正面安装有工业平板电脑、机械点动按钮和急停按钮，机械点动按钮与工业平板电脑控制相连，箱体的反面固定安装有导轨和光纤熔接盒，导轨上固定安装有空气断路器、开关电源、工业交换机和线路连接用的端子排，空气断路器与电源相连，开关电源的输入端与空气断路器通过线路相连，开关电源的输出端与工业交换机和工业平板电脑通过线路相连，工业平板电脑的网络通讯接口与工业交换机的通讯接口相连，工业交换机的通讯光口与光纤熔接盒相连、并进入工厂工业以太环网、经环网与PLC完成通讯连接。

根据所述的现场智能控制箱，其特征是，所述箱体的尺寸为450mm*300mm*270mm。

本发明可代替传统控制箱和操作台上的电流表、二次计量仪表及信号指示灯，通过组态画面形象的向操作人员显示设备运行状态及详细全面的运行参数，可通过触摸控制代替传统控制箱和操作台通过机械按钮完成生产设备的启停控制。本发明通过TCP/IP网络及组态节点对话实现现场智能控制箱及调度集控上位机之间的通讯对话，代替传统控制箱和操作台通过硬接线及机械电铃来完成岗位之间的单一信号传递。

该智能控制箱体积小、安装简单、防护等级高（IP65）、线路敷设成本低，特别针对控制方式多样、保护功能复杂的设备控制，可有效降低生产现场控制桥架、控制线路的敷设，减少线路压接点，提高控制稳定性。

附图说明

图1是本发明的正面结构示意图；

图2是本发明的反面结构示意图；

图3是本发明中工业平板电脑的软件菜单流程图。

附图中：

1、箱体；2、工业平板电脑；3、机械点动按钮；4、急停按钮；5、空气断路器；6、开关电源；7、工业交换机；8、端子排；9、导轨；10、光纤熔接盒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述：

一种现场智能控制箱，如图1和图2所示，包括箱体1，箱体1的正面安装有工业平板电脑2、机械点动按钮3和急停按钮4，机械点动按钮3与工业平板电脑2控制相连，箱体1的反面固定安装有导轨9和光纤熔接盒10，导轨9上固定安装有空气断路器5、开关电源6、工业交换机7和线路连接用的端子排8，空气断路器5与电源相连，开关电源6的输入端与空气断路器通过线路相连，开关电源6的输出端与工业交换机7和工业平板电脑2通过线路相连，工业平板电脑2的网络通讯接口与工业交换机7的通讯接口相连，工业交换机7的通讯光口与光纤熔接盒10相连、并进入工厂工业以太环网、经环网与PLC完成通讯连接。所述箱体1的尺寸为450mm*300mm*270mm。

本发明结合现有的PLC技术、智能配电保护装置、底层传感设备的数据采集，通过总线通讯模式，借助于工业平板电脑技术完成生产系统运行过程中数据在生产岗点的集中显示，实现复杂多样的生产控制要求。

本发明包括防护等级为IP65的箱体、空气断路器、开关电源、工业交换机、光钎熔接盒、急停按钮、控制按钮、线路连接用端子排和固定用导轨，箱体尺寸为450mm（宽）*300mm（高）*270mm（深），工业平板电脑、急停按钮、控制按钮安装在箱体面板位置，空气断路器、开关电源、工业交换机、光钎熔接盒、端子排固定在导轨上。

电源经线路连接空气断路器，空气断路器连接开关电源输入，开关电源输出连接工业交换机及经控制按钮连接工业平板电脑（为其提供电源），工业平板电脑网络通讯接口连接工业交换机的通讯接口，工业交换机通讯光口连接光纤熔接盒并进入工厂工业以太环网、经环网与PLC完成通讯连接。

配电柜内，回路开关/分合闸状态、接触器吸合/释放状态、设备故障等配电回路状态信号经硬接线进入集控PLC，PLC通讯接入工业以太网，工业平板电脑通讯接入工业以太网，配电柜内配电回路状态、设备控制位信息由PLC完成采集，经设计的组态画面在工业平板电脑上显示，操作人员视觉接受；设备运行时的电流、电压及警报、故障类型等运行信息经电动机启动管理器通讯至PLC，经工业以太网在工业平板电脑上显示。

本发明的安装只需要敷设通讯线、电源线及急停按钮控制线，不需要敷设其他控制电缆即可完成设备控制及信息显示。当工业平板电脑与PLC的通讯距离小于150米时，可直接通过超5类以上的网线进行通讯连接，无需在智能控制箱内配置光纤熔接盒和工业交换机；当工业平板电脑与PLC的通讯距离大于150米时，智能控制箱才需配置光纤熔接盒和工业交换机。

当设备或生产系统出现故障时，可通过组态软件上的急停按钮完成设备或生产系统的立即停止，可也通过智能控制箱上配置的机械急停按钮强制终止PLC输出电源；当设备处于非正常生产运行时，可由调度管理人员通过上位机节点对话，将设备的控制方式由集中控制方式转为智能控制箱就地控制方式；操作人员可通过智能控制箱的节点通讯功能完成与其他岗位的“打点”通讯，代替传统的机械电铃“打点”控制方式。

通过智能控制箱上配置的机械按钮可实现工业平板电脑的开关控制，确保设备不工作时关闭工业平板电脑；智能控制箱内录入设备检查、维护、保养说明，为现场设备维护提供指导。

本发明箱体内除为工业平板电脑提供供电电源外，不含任何主回路配电元件及强电电源，提高智能控制箱使用安全性；本发明设计采用工业以太网通讯方式，由于通讯距离足够，箱体内不含控制PLC，便于系统组网。

本发明基于PLC控制技术、TCP/IP通讯技术及工业平板电脑技术，代替传统机械按钮式就地控制箱和操作台，用于工业生产设备就地控制及相关运行参数检测显示，本发明可有效避免传统控制箱和操作台在安装使用过程中存在的限制，可在现场复杂的生产环境中稳定运行。

本发明中的主要元件技术参数如下：

1、控制箱箱体：

为确保控制箱适应恶劣的工业生产环境，箱体选用聚碳酸酯材质，并在安装配置元件时，对其开孔处进行密封处理，确保智能控制箱安装箱体具有全绝缘、高达IP65防护等级、耐腐蚀、机械强度高和耐热等优点。

同时为提高控制箱自身安全性，控制箱箱体内仅提供工业平板电脑、工业交换机电源及实现按钮急停控制的控制电源，不引入其他生产设备负荷电源，确保产品本身的安全性。

2、工业平板电脑：

工业平板电脑是本发明的核心元件，平板电脑的配置高低、性能的好坏直接影响智能控制箱在生产过程控制中的使用效果及使用寿命。本发明采用一套以嵌入式低功耗CPU为核心(主频1.2GHz)的高性能嵌入式一体化人机界面。该平板电脑采用了10.4英寸高亮度TFT真彩液晶屏、电阻式触摸屏以及具有电磁屏蔽性好、美观坚固的铝合金结构。同时平板电脑还预装微软嵌入式实时多任务操作系统WinCE(中文版)，其主要技术参数如下：

产品特性

液晶屏：10.4"TFT真彩液晶屏，分辨率(800×600)

CPU主板：嵌入式低功耗CPU主板，主频1.6GHz双核

内存：DDR32GB

存储设备：16GB固态硬盘(upto64GB)

接口：3×RS-232，1×RS-232/485(默认)，2×USB2.0，2×GigaLAN，1×VGA

触摸屏规格

类型：四线电阻式

敲击寿命：250克力度，>10⁶次

笔划寿命：250克力度，>10⁵次

控制：触摸延迟时间<10ms，半正弦波

应用环境（宽温型）

工作温度：-20℃～70℃

工作湿度：5%～90%50℃

储存温度：-30℃～80℃

储存湿度：8%～90%40℃

振动：10～57Hz位移幅值0.075mm

57～150Hz峰值加速度9.8m/s2

冲击：峰值加速度150m/s2

冲击脉冲宽度：10ms，半正弦波

LCD规格

显示类型：10.4"TFT真彩液晶屏

分辨率：800×600

亮度：300cd/m2

工作温度：-20℃～70℃

LCD寿命：50,000小时

背光寿命：30,000小时

产品规格

结构：全封闭金属结构

外型颜色：氟碳漆平光磨砂黑色面板，氟碳漆平光银灰色外壳

安装：嵌入式

电源：9～30VDC（宽电源）

总体尺寸：279×225×48mm

机柜开孔：262×208mm

净重：2.5Kg

3、开关电源：

输入电压范围：170-264VAC，47-63HZ

直流电压可调范围：20VDC*10%

过载保护：105%~150%关断电流、自动恢复

启动、上升、保持时间：

耐压性：输入与外壳1.5KVAC，输出与外壳0.5KVAC历时一分钟

工作环境：-10℃～+60℃，20%～90%RH

功能菜单设计：

点击智能控制箱面板上安装的电动机械按钮，工业平板电脑开机，等待大约1分钟进入显示主界面，主界面的右下端有“重启”、“关机”按键，用于关闭或者重启平板电脑，主界面左下端“操作指导”按键可进入操作说明界面。点击主界面中间位置的按键，进入“设备控制”界面，在“设备控制”界面的上方有“设备信息”、“岗点对话”、“流程显示”、“管理员”4个菜单（参见图3）。

1、“设备控制”菜单：

“设备控制”菜单是现场操作人员需要经常使用的操作项，此菜单主要用于设备在就地位时的启停控制，以及需要操作人员了解的主要影响设备启停控制的变量显示，有设备分合闸、设备正常/故障、设备集控/就地、油压等故障状态及设备运行时的电流值。当设备需要就地启动时，操作人员发现出现以上状态而导致设备无法就地控制，可联系调度室进行操作处理。如：操作人员向调度申请将控制位切换至就地，进行就地启动控制试车。

2、“岗点对话”菜单：

“岗点对话”功能菜单是用于代替原有传统控制箱/操作控制台上的“打点”功能，当现场人员需要就地启动某台设备，为确保上下级关联设备岗点的人员安全，需要操作人员进行信息发送确认设备是否可以启动，当岗点回馈的信息可以启动时，操作人员方可启动设备。如果回馈不可以，需要操作人员进行等待，直到准许启动设备方可进行启动控制操作。

3、“流程显示”菜单：

“流程显示”菜单主要用于监测显示该岗点所在生产系统其他设备或上下级设备运行状况，以及系统运行过程中的物料、压力、阀门开度等参数的实时显示，用于现场操作人员及时了解系统运行状况，并及时做好本岗点设备运行参数控制调整。

4、“设备信息”菜单：

“设备信息”菜单主要用于设备在日常操作、维护及故障判定处理的辅助指导，通过其所含的“设备信息介绍”、“使用维护指导”、“故障处理指导”三个子菜单，便于现场工作人员了解正确的操作方法、设备日常维护注意事项、设备故障排查指导及设备完好标准。

5、“管理员”菜单：

“管理员”菜单是需要管理员权限密码方可进入，它是将智能控制箱作为一个进入集控系统内部的窗口，用于管理员查询智能控制箱本身是否运行正常，针对智能控制箱软件及其通讯系统是否正常。

（1）查询综保故障的详细信息及相关时间记录，为设备故障排查处理提供方向；

（2）智能控制箱与集控主站通讯自检；

（3）智能控制箱与电动机启动管理器通讯自检；

（4）智能控制箱软件故障复位；

（5）调用查询其他岗点工作是否正常；

（6）智能控制箱组态、驱动软件自检。

本发明的使用效果分析如下：

一、成本优势

1、价格低于传统控制箱

现场智能控制箱其主要组成部分有箱体、工业平板电脑、工业交换机、开关电源及其他电源配件，因采用工业平板电脑控制，较传统控制箱或操作台安装空间小，硬件成本低。

2、安装敷设成本低

高庄煤矿选煤厂原有传统控制箱，如果满足其设备控制要求且实现岗位“打点”功能，每个回路需选用12芯控制电缆（KVV-12*1.5）。如果按240米进行计算两个四回路控制箱需要敷设线路成本为8*240米*20元=3.84万元，选用200*100的桥架，其桥架敷设成本为1.7万元。而采用现场智能控制箱仅需要向较近的环网交换机敷设一根超五类以上的网线和一根两芯电源线，就算需要敷设小型桥架，其成本也不会超过一万元。仅安装材料费就可节省4.5万元。

3、维护保养简单

现场智能控制箱选用的箱体为聚碳酸酯材质，其防护等级可达到IP65，选用的工业级触摸屏可以应付其在潮湿、粉尘性工业环境下长时间工作。硬件出现问题只需要更换，软件出现问题只需要进行程序还原。而传统控制箱如果需要实现较为复杂的控制，其接线较为繁琐，设备故障率高，需要有经验的维修人员进行处理。

二、功能优势

借助于IFIX上位机组态软件灵活的监控功能和强大的过程数据库，智能操作站不仅仅实现现场控制和简单的设备启停检测，而通过智能操作站的触摸屏可实现设备运行状况详细的运行参数显示，通过操作站之间的协同通讯，提高岗位之间的协调生产能力，进一步强化集控调度管理，减少因控制问题造成的不正常停车或系统空载等待运行，提高生产系统运行效率；同时通过现场操作站内置的设备维修保养资料库可为现场维护人员提供工作指导。

三、安全性

1、采用账户权限管理，一般操作人员无权进行软件性修改。

2、本产品箱体内除为工业平板电脑提供供电电源外，不含任何主回路配电元件及强电电源，提高智能控制箱使用安全性。

3、调度授权机制，确保现场设备启停都需要在软件上经过调度管理人员同意，进一步规范设备操作行为。

Claims

1.一种现场智能控制箱，包括箱体（1），其特征是，箱体（1）的正面安装有工业平板电脑（2）、机械点动按钮（3）和急停按钮（4），机械点动按钮（3）与工业平板电脑（2）控制相连，箱体（1）的反面固定安装有导轨（9）和光纤熔接盒（10），导轨（9）上固定安装有空气断路器（5）、开关电源（6）、工业交换机（7）和线路连接用的端子排（8），空气断路器（5）与电源相连，开关电源（6）的输入端与空气断路器通过线路相连，开关电源（6）的输出端与工业交换机（7）和工业平板电脑（2）通过线路相连，工业平板电脑（2）的网络通讯接口与工业交换机（7）的通讯接口相连，工业交换机（7）的通讯光口与光纤熔接盒（10）相连、并进入工厂工业以太环网、经环网与PLC完成通讯连接。

2.根据权利要求1所述的现场智能控制箱，其特征是，所述箱体（1）的尺寸为450mm*300mm*270mm。