CN204656748U - 一种用于筛网沉降离心机的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于筛网沉降离心机的控制系统，包括：主控模块、模拟量输入模块、温度模块、模拟量输出模块和人机界面；其中，主控模块与模拟量输入模块、温度模块、模拟量输出模块和人机界面分别电连接；模拟量输入模块接收筛网沉降离心机的扭矩信号、主电机电流信号以及流量计的电信号；温度模块接收筛网沉降离心机的温度传感器的电信号；模拟量输出模块与筛网沉降离心机的主电机、油泵电机、入料阀门、旁路阀门、稀释阀门、冲洗阀门和冷却水阀门分别电连接。利用本实用新型能够实现对筛网沉降离心机的就地实时监测和控制。

Description

一种用于筛网沉降离心机的控制系统

技术领域

本实用新型涉及自动化控制技术领域，具体涉及一种用于筛网沉降离心机的控制系统。

背景技术

筛网沉降离心机主要用于选煤厂细颗粒煤泥脱水工序，具有产品水分低、泥化适应性强、入料粒度范围广、产品均质性好、排料方式连续等优点。筛网沉降离心机自身电气系统涉及到很多控制对象和保护信号，有一整套运行工艺要求，现场需控制的电气设备主要有：主电机、油泵电机、入料阀、旁路阀、冲洗阀、卸料阀、主轴承润滑流量表、辅轴承润滑流量表、齿轮箱润滑流量表、润滑油冷却水表、所有轴承和齿轮箱温度表、振动开关、剪切销限位开关和数字式扭矩显示器等。可见，筛网沉降离心机具有控制单元多、保护信号多、控制流程复杂等特点。当前，对筛网沉降离心机的控制采用嵌入的方式，将各保护开关及仪表信号从离心机设备控制箱中引出，集成到选煤厂PLC大集控系统中，通过大集控系统实现设备的启停和保护控制，例如采用美国罗克韦尔公司ControlLogix系列PLC控制器，上位机采用该公司的RSVIEW32实现监测和控制。现场设备的各个元件开关状态、流量状态、各类保护开关信息、扭矩参数等都在远程集控室的上位机实现监控，现场工人只能进行简单的启停操作，对设备运行不可控。

虽然现有控制方案可以基本满足筛网沉降离心机设备正常运转，但是，由于集控人员远离设备，信号传输距离长，且现场工人大多为巡检制，一旦设备出现紧急故障停车，经常不能及时发现问题并采取措施，有可能造成设备损害，存在安全隐患。另外，由于信号传输距离长，存在信号衰减和电气谐波干扰，导致信号传输稳定性差，最终影响大集控系统对设备的误判。因此，目前筛网沉降离心机设备不能独立运行，需依靠大集控系统进行监视控制，需现场巡视人员和远程集控室操作人员保持联系实时了解设备运行状态，人力成本高。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提出一种用于筛网沉降离心机的控制系统，使筛网沉降离心机的控制从选煤厂集控系统相对独立出来，实现就地实时监测和控制。

本实用新型提供一种用于筛网沉降离心机的控制系统，包括：主控模块、模拟量输入模块、温度模块、模拟量输出模块和人机界面；其中，主控模块与模拟量输入模块、温度模块、模拟量输出模块和人机界面分别电连接；模拟量输入模块接收筛网沉降离心机的扭矩信号、主电机电流信号以及流量计的电信号；温度模块接收筛网沉降离心机的温度传感器的电信号；模拟量输出模块与筛网沉降离心机的主电机、油泵电机、入料阀门、旁路阀门、稀释阀门、冲洗阀门和冷却水阀门分别电连接。

优选地，该控制系统进一步包括：与主控模块电连接的数字量输入模块，用于接收筛网沉降离心机主电机的保护信号。

优选地，其中所述模拟量输入模块还接收筛网沉降离心机的振动传感器和剪销限位开关的开关量信号。

优选地，其中所述流量计包括以下设备中的至少一种：现场冷却水流量表、主轴齿轮端油量表、主轴驱动端油量表、副轴叶轮端油量表、副轴剪销端油量表、轴齿轮箱油量表。

优选地，其中所述温度传感器包括以下设备中的至少一种：主电机定子温度传感器、主电机前轴温度传感器、主电机后轴温度传感器、现场齿轮箱温度传感器、主轴驱动端温度传感器、主轴齿轮箱端温度传感器、副轴温度传感器。

优选地，其中所述主控模块、模拟量输入模块、温度模块、模拟量输出模块和人机界面布置在控制柜内，在控制柜柜门上设置有操作按钮，操作按钮与主控模块电连接。

优选地，其中控制柜内部划分为五个隔室，第一隔室用于布置所述主控模块、模拟量输入模块、温度模块和模拟量输出模块；第二隔室用于布置人机界面；第三隔室用于布置隔离继电器；第四隔室用于布置接线端子；第五隔室用于布置不间断供电电源UPS。

优选地，其中入料阀门、旁路阀门、稀释阀门、冲洗阀门和冷却水阀门均为电控气动阀门，通过柜门操作按钮或人机界面进行控制。

优选地，其中所述主控模块采用1766-L32BWA控制器。

优选地，其中所述模拟量输入模块采用1762-IF4模块，所述温度模块采用1762-IR4模块，所述模拟量输出模块采用1762-OF4模块，所述数字量输入模块采用1762-IQ8模块。

本实用新型的有益效果：本实用新型对原有远程设备控制系统进行合理优化，通过集成PLC控制器及相关扩展模块、人机界面及若干电气元件于一体，整合了筛网沉降离心机内部复杂的工艺控制功能，简化了离心机设备的使用难度，实现了对设备的就地实时监测和控制，提高了生产效率，有效保证设备安全，且本实用新型结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，可加快筛网沉降离心机设备在选煤厂的应用，具有较高的市场推广价值。

附图说明

图1是本实用新型实施例用于筛网沉降离心机的控制系统结构框图。

图2是本实用新型实施例的控制系统的接线图。

图3是本实用新型实施例的控制柜布局示意图。

图4是本实用新型实施例的控制柜柜门上控制按钮的示意图。

图5是本实用新型实施例的控制器1766-L32BWA的接线图。

图6是本实用新型实施例的筛网沉降离心机附带接线箱中接线端子示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施例，对本实用新型的技术方案进行详细描述。

图1示出了本实用新型实施例的用于筛网沉降离心机的控制系统的结构框图，其包括：主控模块、模拟量输入模块、温度模块、模拟量输出模块和人机界面；其中，

主控模块与模拟量输入模块、温度模块、模拟量输出模块和人机界面分别电连接；

模拟量输入模块接收筛网沉降离心机的扭矩信号、主电机电流信号以及多个流量计的电信号；

温度模块接收筛网沉降离心机的多个温度传感器的电信号；

模拟量输出模块与筛网沉降离心机的主电机、油泵电机、入料阀门、旁路阀门、稀释阀门、冲洗阀门和冷却水阀门分别电连接。

利用上述控制系统，可实时动态调节筛网沉降离心机的入料阀门，如果物料浓度和成分发生变化使扭矩变大，超过设定值，则扭矩信号传递到主控模块，主控模块按照预定算法控制减小入料阀门的开度，使扭矩维持在设定值附近；反之亦然，保证筛网沉降离心机系统稳定运行。

此外，考虑到筛网沉降离心机的主电机为高压电机，高压电机控制中保护信号较多，因此本实用新型的控制系统还设置有数字量输入模块，与主控模块相连，其可为系统信号输入预留一定裕量。

在实际应用中，主控模块可采用PLC MICROLOGIX控制器1766-L32BWA，模拟量输入模块可采用1762-IF4模块，温度模块可采用1762-IR4模块，模拟量输出模块可采用1762-OF4模块，数字量输入模块可采用1762-IQ8模块。各个模块通过硬接线与现场电气元件连接，且通过扩展接线与主控模块连接。人机界面通过RJ45接口以工业以太网通讯协议与主控模块连接。

图2示出了本实用新型的用于筛网沉降离心机的控制系统的接线图。具体来看，模拟量输入模块与筛网沉降离心机的下述流量计电连接：现场冷却水流量表、主轴齿轮端油量表、主轴驱动端油量表、副轴叶轮端油量表、副轴剪销端油量表和轴齿轮箱油量表。

温度模块与筛网沉降离心机的下述温度传感器电连接：主电机定子温度传感器、主电机前轴温度传感器、主电机后轴温度传感器、现场齿轮箱温度传感器、主轴驱动端温度传感器、主轴齿轮箱端温度传感器和副轴温度传感器。

本实用新型的筛网沉降离心机控制系统的工作原理如下：整个控制系统的核心元件为主控模块，把现场的主要电气信号传递到扩展输入模块中，扩展输入模块通过基板总线把现场信息传递到主控模块内。通过主控模块实现对各个电气元件的有序控制，包括主电机、油泵电机、阀门等电气设备，其程序核心部分为闭环自动控制。当今的闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性，反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。具体到本实用新型，扭矩(反馈)、设定值(比较)和入料阀门(执行)为此系统的核心三要素。由于现场入料的不可控，包括入料浓度、成分和大小。如果物料浓度和成分发生变化使扭矩变大，扭矩信号传递到控制器内，主控模块通过程序中的预设的PID算法，控制减小入料阀门的开度，使扭矩维持在设定值附近，反之亦然。其它电气信号都是围绕这个核心，当其它信号发生异常时，例如：主电机电流过大、温度传感器温度高、流量传感器流量偏小、熔塞开关动作、剪切销开关动作、振动传感器振动过大、转载皮带停止等症状发生时，主控模块按照预定程序做出相应动作，包括启停主电机和油泵电机、打开或闭合旁路阀门、冲洗阀门、稀释阀门、冷却水阀门开关等，相应调整入料阀的开度。

在实际应用中，将本实用新型控制系统的所有元部件布置在控制柜内，在柜门设置操作按钮，方便人员现场操控。图3示出了本实用新型的控制柜布局，控制柜内部自上到下划分为五个隔室，第一隔室主要布置控制器1766-L32BWA及各个扩展模块，其中包括三个1762-IF4模块、一个1762-OF模块、一个1762-IQ8模块和两个1762-IR4模块；第二隔室主要布置人机界面HMI触摸屏，如2711P-T10C408型10英寸触摸屏；第三隔室布置隔离继电器；第四隔室布置接线端子；第五隔室布置不间断供电电源UPS。本实用新型的控制柜布局紧凑有序，便于生产及维护。

同时，在控制柜柜门上设置若干控制按钮，如图4所示，柜门上的按钮信号、状态及保护信号输入到主控模块，在解锁状态下可以自由控制筛网沉降离心机的主电机、油泵电机的启停及各阀门的开关。

图5示出了本实用新型实施例采用的控制器1766-L32BWA的接线图。筛网沉降离心机的高压主电机柜通过硬接线把主电机相关信号传输到控制柜内的1766-L32BWA，主电机相关信号有：合闸信号、启动就绪信号、柜控/远控切换信号、运行信号、故障信号和电机电流信号等。操作人员通过柜门按钮或触摸屏启动或停止高压主电机。并且，可令所有高压主电机状态信息通过触摸屏动态显示，在触摸屏上查阅存储的电机历史故障信息和参数趋势图，高压主电机运行和故障信号可通过柜门指示灯指示。

如图5，筛网沉降离心机的油泵电机的控制回路集成在控制柜内1766-L32BWA，操作人员通过柜门按钮或触摸屏启动或停止油泵电机，可在触摸屏上查阅油泵电机的状态信息和历史故障信息。此外，现场入料阀门、旁路阀门、稀释阀门、冲洗阀门等均为电控气动阀，可通过柜门按钮或触摸屏画面上按钮进行控制。

图6示出了筛网沉降离心机的附带接线箱中接线端子示意图，现场冷却水流量表、主轴齿轮端油量表、主轴驱动端油量表、副轴叶轮端油量表、副轴剪销端油量表、轴齿轮箱油量表和扭矩信号均是模拟量4-20ma，如图6接入筛网沉降离心机附带接线箱中，通过接线把这些模拟量信号从接线箱就近接入本实用新型控制柜中。并且，现场齿轮箱温度传感器、主轴驱动端温度传感器、主轴齿轮箱端温度传感器和副轴温度传感器均为RTD热阻信号，如图6接入附带接线箱中，通过接线引入本实用新型控制柜中。

可选地，振动传感器和剪销限位开关为开关量信号，如图6接入附带接线箱中，通过接线引入本实用新型控制柜中。

以下简要描述基于本实用新型实施例的控制系统的筛网沉降离心机作业流程：

启车：A.启动转载胶带机。B.打开冷却水阀门，启动油泵电机，运行2-3分钟后启动主电机。C.启动主电机后，延时3分钟，主电机转速达到运行值后，使得主电机冷却。D.缓缓打开入料阀门，并且关闭旁路阀门。

运行过程中：扭矩稳定在65％的范围内工作，±2％之内不进行PID调节。如果扭矩继续增大，启动PID调节。PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。其输入e(t)与输出u(t)的关系为：

u(t)＝kp(e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt)

其中，kp为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数，输入函数e(t)为扭矩大小，输出函数u(t)为入料阀门开度。减小入料阀门开度，如果扭矩维持在65％±2％范围内，将入料阀门的开度维持不变；否则，入料阀门继续关小，直到扭矩维持在65％±2％范围内；反之亦然。如果出现扭矩大于70％，发出报警。如果扭矩大于80％，或主电机电流大于额定电流时，启动系统停车程序。

停车：A.关闭入料阀门。B.打开旁路阀门。C.开启入料管上稀释水阀门约3分钟。D.停止主电机。E.继续保持稀释水阀门再开启12分钟，12分钟后关闭。F.主电机停止后，在保持稀释水阀门开启7分钟后，开启冲水阀门，5分钟后关闭该阀门。G.关闭油泵电机。H.关闭冷却水阀门。

设备运行过程中，如发现转载胶带机停止、扭矩过高、主电机温度过高(定子、前轴和后轴)、主电机电流过大、现场齿轮箱温度过高、主轴驱动端温度过高、主轴齿轮箱端温度过高、副轴温度过高、耦合器熔塞融化、振动过大、主电机故障和油泵故障等任一故障时，控制系统将自动启动停车程序。

本新型智能控制柜开创了电气自动化在筛网沉降式离心机控制领域的先河。通过把具有保护复杂的筛网沉降式离心机集成在现场控制柜内，可以实时、可靠、高效地对设备进行控制和保护。由于筛网沉降式离心机涉及的电气元器件较多，例如：扭矩、温度、振动、电流、流量等，通过把这些保护或监视信息集成在现场智能控制箱内，通过智能柜上的触摸屏控制和监视设备。筛网沉降式离心机正常运行时，现场巡视人员都可以直观、及时、准确地了解当前设备的工作状态，也可以通过触摸屏查阅设备的历史信息和历史趋势信息。在检修或调试过程中，当把柜门上的转换开关转换到解锁位置时，检修人员可以通过柜门上按钮或触摸屏对筛网沉降式离心机各个电机、阀门、扭矩、测温元件进行单独调试或更换。为了让操作人员能够及时、准确、可靠地了解整个筛网沉降式离心机，我们把设备的所有的电气资料放置在智能柜的文件盒内，以便于现场人员查阅。为了避免现场突然停电造成的设备控制失控，智能柜内专门配备了大容量UPS提供保障。筛网沉降式离心机正常运行时，突然动力线停电，主电机和油泵电机惯性停车；此时控制器关闭入料阀门和打开旁路阀门，冲洗阀门和稀释阀门也会同时打开并保持10分钟，以免造成料堆积在筛网内，为下次正常起车提供保障。总之，通过本智能控制器，可是实现对筛网沉降式离心机的及时、准确、可靠监控，最大限度地发挥筛网沉降式离心机的特点和优势。

本实用新型采用MicroLogix微型PLC及触摸屏监控技术，把筛网沉降离心机现场各类电气保护开关、仪表、阀门等信号和控制微机整合在现场智能控制柜内，把设备的远程控制画面移植到现场控制柜上，使筛网沉降离心机的控制系统从选煤厂集控系统相对独立出来，可实现对设备的独立控制和调试，设备运行不在依赖大集控系统，保证设备运行的稳定性和可靠性。现场操作人员可醒目、直观、实时的对设备进行监测和控制，可以通过触摸屏实时了解设备的各种信息，以及通过触摸屏和柜门按钮灵活操作设备，设备一些重要参数实时显示在触摸屏上，如：扭矩、阀门、温度、流量、电流等。一旦设备出现异常情况，保护信号和相关参数会动态显示于触摸屏上，进行设备状态预警，以便采取措施进行干预。操作人员可从触摸屏查阅相关历史记录和重要参数趋势图，例如：扭矩、主电机电流、温度、振动和流量等，以检查设备的历史工况，若有如温度、扭矩、流量等信号异常趋势情况，系统可预警，以便筛检，可预先排除即将发生的故障。除了触摸屏操控外，现场控制箱柜门上有各种操作按钮，现场操作员在不打开柜门的情况下，可以对相关阀门和电机进行单独操作，确保了柜内卫生和操作便利。而且由于现场各个保护信号可以直接进入控制箱，大大缩短了信号的传输距离，提高了信号传输的准确性和抗干扰性，而且也相对降低了维护工作强度和故障处理时间。为便于系统联网，该控制柜预留有与大集控系统的远程数据接口，可将设备运行工况信息实时传递至主控室，可实现集控和就地的多重控制。总之，通过对设备的控制系统的优化，节省了大集控系统工程实施的工作量和设备调试时间，同时操控便利，便于后期维护。

本实用新型的MICROLOGIX控制器及扩展模块组态灵活，也可以使用其他的控制器实现，比如西门子S200系列PLC、三菱FX系列、欧姆龙CP1系列、施耐德TWIDO系列、松下FP-X系列、ABB的AC500系列和台达DVP系列等代替，它们都具有易扩展及组态灵活的特点。触摸屏也可以使用西门子的SIMATIC系列、三菱GT系列、欧姆龙NT系列、施耐德HMISTU系列、松下GT系列、ABB公司CP600系列和台达DOP系列代替，都具有图像清晰美观、反应速度快和性能稳定等特点。

以上，结合具体实施例对本实用新型的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本实用新型的思想。本领域技术人员在本实用新型具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于筛网沉降离心机的控制系统，其特征在于，包括：主控模块、模拟量输入模块、温度模块、模拟量输出模块和人机界面；其中，

主控模块与模拟量输入模块、温度模块、模拟量输出模块和人机界面分别电连接；

模拟量输入模块接收筛网沉降离心机的扭矩信号、主电机电流信号以及流量计的电信号；

温度模块接收筛网沉降离心机的温度传感器的电信号；

模拟量输出模块与筛网沉降离心机的主电机、油泵电机、入料阀门、旁路阀门、稀释阀门、冲洗阀门和冷却水阀门分别电连接。

2.如权利要求1所述的用于筛网沉降离心机的控制系统，其特征在于，进一步包括：与主控模块电连接的数字量输入模块，用于接收筛网沉降离心机主电机的保护信号。

3.如权利要求1所述的用于筛网沉降离心机的控制系统，其特征在于，其中所述模拟量输入模块还接收筛网沉降离心机的振动传感器和剪销限位开关的开关量信号。

4.如权利要求1所述的用于筛网沉降离心机的控制系统，其特征在于，其中所述流量计包括以下设备中的至少一种：现场冷却水流量表、主轴齿轮端油量表、主轴驱动端油量表、副轴叶轮端油量表、副轴剪销端油量表、轴齿轮箱油量表。

5.如权利要求1所述的用于筛网沉降离心机的控制系统，其特征在于，其中所述温度传感器包括以下设备中的至少一种：主电机定子温度传感器、主电机前轴温度传感器、主电机后轴温度传感器、现场齿轮箱温度传感器、主轴驱动端温度传感器、主轴齿轮箱端温度传感器、副轴温度传感器。

6.如权利要求1-5中任一项所述的用于筛网沉降离心机的控制系统，其特征在于，其中所述主控模块、模拟量输入模块、温度模块、模 拟量输出模块和人机界面布置在控制柜内，在控制柜柜门上设置有操作按钮，操作按钮与主控模块电连接。

7.如权利要求6所述的用于筛网沉降离心机的控制系统，其特征在于，其中控制柜内部划分为五个隔室，第一隔室用于布置所述主控模块、模拟量输入模块、温度模块和模拟量输出模块；第二隔室用于布置人机界面；第三隔室用于布置隔离继电器；第四隔室用于布置接线端子；第五隔室用于布置不间断供电电源UPS。

8.如权利要求1所述的用于筛网沉降离心机的控制系统，其特征在于，其中入料阀门、旁路阀门、稀释阀门、冲洗阀门和冷却水阀门均为电控气动阀门，通过柜门操作按钮或人机界面进行控制。

9.如权利要求2所述的用于筛网沉降离心机的控制系统，其特征在于，其中所述主控模块采用1766-L32BWA控制器。

10.如权利要求9所述的用于筛网沉降离心机的控制系统，其特征在于，其中所述模拟量输入模块采用1762-IF4模块，所述温度模块采用1762-IR4模块，所述模拟量输出模块采用1762-OF4模块，所述数字量输入模块采用1762-IQ8模块。