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1、硕士论文ABS TRACTAs 户 为 P l e take 刃 。 0 e a tt en五 ontothe sa fe tyin脚ed u c ti o n and s a v in g tbe 卯 w er， m 创 re皿d们 。 0 邝 。 】 ds u perVl si on 由 气缸和活塞组成 压缩容积， 活塞在气缸内做往复运动， 使气体完成向气缸内 进气、 压缩、 排气等过程。第2 童 空压机站智能监控系统的总体方案设计硕士论文2空压机站智能 监控系统的 总体方案设 计2. 1系统的 设计指标及要求应现场空压机站工作人员的要求， 设计出的该套空压机站智能监控系统需满足如下要求:
2、(l ) 选择耐腐蚀、 耐高温、高抗震、 寿命长的 温度、 压力 传感器。(2 ) 对风包温度， 轴瓦 温度， 一 级气缸温度， 缸体 温度， 出 水管 温 度， 二 级温度 6 处温度检测点， 对风包压力，二级排气压力， 一级排气压力， 缸体压力， 进水管压 力，总水管压力6 处压力检测点进行实时监视.(3 )当 各检测点处的实时温度值、实时压力值 超过预设的 报警值时，声光报警; 超过预设的停机值时， 关闭空压机， 并防止自 启动( 即下次启动时必须重新按下启动按钮，防止故障期间的频繁启动) 。具体报警参数、停机参数如表2 . 1 . 1 所示。表2 . 1 1各检测点报警、停机参数表压力
3、风包压力二级排气压力一级排气压力缸体压力( 油压)进水管压力总水管压力报替值0 . 爪 P a0 . 飞P a0 . 2 3 M P a簇0 1 柳a续00 1 洲 P a落0 . 1 3 M P a停机值无0 。 7 5 M P a0 ， 2 5 M P a蕊0 . 0 9 MPa续00 1 柳a无温风包温度轴瓦温度 ( 电机温度)一级气缸温度缸体温度 油温)出水管温度二级温度条 自 险 矛么，1 6 0 6 2 1 的 6 0 801 6 0 度， 民愁 1 且停机值无6 5 无无无无(4 ) 每隔半小时记录一次所有检测点的数据以 数据存档; 记录各检测点报警、 停 机的时间和故障排除情况
4、。(5 )系统的各检测点的报警值、 动作值以及一些系 统内 部参数可以 随时修改。( 6) 能够定位哪一个传感器处发生故降，辅助修理人员排除传感器故障。(7 ) 系统可远程维护，软件升级。根据现场的实际 情况， 作者在参考了 一定文献的基 础上建议给该系统增加一些新的功能设计:(l ) 在原先空压机软启动的基础上增加变频控制。( 2)优化系统内部的数据传输方式， 增加n 旧 五 b u s ， P 旧 6 刀 改等通信，以便于系统的网络化扩展。(3 ) 增加简单的群控功能。南京理工大学硕士学位论文矿山空压机站智能监控系统的设计与实现但由 于现场空压机站工作人员对该系统要求的设计工期较紧， 希望
5、能够尽快地交 付使用， 并在一期工程的财政预算上资金有限，不能够提供变频控制和 R 旧 五 b us、 P 旧 6 刀 改通信的条件， 故而在一期工程设计中， 仅完成基本功能的设计，以 满足现场迫切的需求。 如一期工程试运行顺利， 则可在二期工程时 将群控功能和变频控制等优 化设计加上， 使系统更完善， 更可靠。 在论文的第六章中， 作者将对系统的 这些扩展和优化问题进行一定的讨论。2 2系 统总体 方案的 设计 2 么1 集中 式方案与 分布 式方案的比 较在空压机站智能监控系统的总体方案上， 普遍采用的是两种设计方案: 集中式与分布式。它们的比较关系如表2. 2. L I所示。表 2. 2
6、. 1 . 1集中式和分布式监控系统的比较集中式监控系统分布式监控系统管理集中管理和控制集中管理， 分散控制资源所有资 源为主 机所有各子系统资 源相对独立， 互不干扰， 并可以 资源共享通信通信信息量小数据通信盆大，需联网设备性价比大、中型系统对主机要求高，小系统 要求低开 放系 统， 可从多个层面和第三方产品互相 连接，实现较高的性价比技术要求低高， 需 要解决系统软、 硬件特殊问 题和系统 的 调度和优化灵活性系统布线多，无效开 销大，缺乏扩展 性松祸合的多 处理机系统，可实现硬件积木 化， 软件模 块化设计. 扩展性好可靠性可靠性低， 危险 过度集中系统结构、 冗余技术、自 诊断功能和
7、高性能 元件保证高 可靠性从上表不难看出， 集中式监控系统将所有功能、 所有操作集中于一台计算机， 这 必然大大增加计算机发生故障时对整个系统造成的危害 性。 所有实时信息、 闭 环控制、 历史数据和处理功能 集于一身， 一旦出现问题， 造成的后果都是全局性的。 显然， 集 中式这种结构对计算机本身的 要求极高， 它不仅必须有足 够的处理能力和极高的可靠 性， 还必需保证功能的实现和系统的安全。 集中式系统的 好处是系统的整体性、 协调 性好， 由 于是集中的 方式， 所有现场状态集中 在一台 计算 机中处理。 因 此中央计算机 可以根据全面情况进行控制和判断， 在控制方式、 控制时 机的选择
8、上可以进行统一的7第2 章 空压机站智能监控系统的总体方案设计硕士论文调度和安排。 但是， 随着计算机应用的不断深入，系统功能越来越复杂， 系统规模也越来越庞大， 集中式控制系统己越来越难满足应用的需求， 它将逐渐被新型的分布式监控系统所取代。分布式监 控系统( D C S ) 是 计算机(co m P u 回 、 通 信 ( C onnn 画颇佣 ) 、 C 盯 显示 和控制( C Ontrol ) 技淑简称4C 技术) 发展的产物。 它采用危险分散、 控制分散， 而操作 和管理集中的基本设计思想， 多层分级、 合作自 治的结构形式， 更适应现代化S C A D A 系 统， 是 目 前s
9、c A D A 及 工 业 控 制 系 统 发 展 的 方 向 圆 7)1 气2 忍 J系统总体方案的设计基于对分布式监控系统和S C A D A系统的理解， 作者在导师的指导下设计了如图 2. 2. 2. 1 所示的系统总体设计方案.传感器信号1 总进水管传感器信号 1 #传感 器信号 2 禅传感答信号 ) 3 并传感器信号 4 井 叠风 包风 包风 包控制信号膝签机撇械抖虹栋统洲虹机撇伸空压机启动 反馈信号寸 感器信号1 并 空压 书 L 系 统2 井 空压 机系 统4# 空压 机系统阱饥机瞰仲! PE通 信 总 线陀!PE !、 酬、 冉CZ 加 V尹 D C 24 V奥，二 蕊 洋翼油
10、 - - - - -八C2 2 0 VI 】 ) C24 V泥 !甘甲三电铆 AC2 20V图2. 2. 2. 1系统总体方案结构图商京理工大学硕士学位论文矿山空压机站智能监控系统的设计与实现整个空压机站智能 监控系统由 一台监控主柜和四台监控分柜组成， 监控主柜是整 个系统信息综合管理的 平台， 它能够通过配有的高性能触摸屏与用户进行交互， 也能 够较快的轮循访问任何一台监控分柜和向监控分柜发出控制命令。 在监控主柜中选用 触摸屏主要是因为其技术成熟， 兼容性好，通信方便，具有很大的灵活性和扩展性， 能够适合工业现场的恶劣环境， 开发方便， 便于在现场及时地修改与调试。 同时通过 使用触摸屏
11、， 可以满足现场操作人员的要求， 大大缩短了 系统的开发周期， 进一步增 强系统的可靠性和可交互性。 监控主柜也配有较大功率的变压器和电路保护装置， 负 责对四台 监控分柜供电. 整个系统的 接地也将汇总到监控主柜。空压机监控分柜通过分布式控制器主要负责现场采集空压机各检测点的实时数据， 对这些数据进行处理、 判断、 存储。当检测点数据超标时， 空压机监控分柜发出 报替， 并通过串联空压机原配有的 控制柜对空压机进行控制。 从以上功能分析可以看 出， 监控分柜需要配有小型 北但是功能强大， 能够在复杂， 恶劣条件下工作的高性能 控制器。 该系统中将使用在工业现场表现尤为出 色的P L C作为监
12、控分柜的控制器。为了保证系统的远程维护功能，作者考虑在某一个监控分柜中预置m o d em 模块，通 过m od曰 叮模块和系统自 身的通信网络， 可以实现P L C程序的远程监控和维护。 系统 还预留了以 太网模块的 扩展空间， 便于今后以 太网扩展时与 矿上的主安全系统挂接。2 J 3分布式总体方案的 特点 及优点这种集中 式管理， 分布式控制体系结构的优势在于很好的秉承了S C A D A系统和 D C S系统的特点。四台空压机监控分柜是各自 为政的自 治系统，它们各自 完成自己 的功能， 如: 数据采集、 处理、 计算、 监视、 操作和控制。 在独立的 基础上，各监控分柜间又能够通过通
13、信网络传送各种信息以协调工作， 完成监控系统的总体功能和优 化处理。 它们也通过通信网络接受监控主柜的调度和控制。 当 任一台监控分柜出现故 障时， 该系 统能够在不影响其它部 分正常工作前提下， 进行现场的 维 护。 监控分 柜直接靠近监控对象， 这样可以方便传感器的布线， 也可有效的防止信号线过度集中造成的信号间相互干扰。该系统的硬件和软件都采用标准化和模块化的方法设计。 系统的 积木式结构， 具 有灵活的配置， 可适应不同 用户的需要。 并且可根据生产的 具体要求， 改 变系统的大 小配置。 在改变生产工艺和系统参数时， 只需要改变某些配置和控制方案， 不需整个系统从头开发，这样可以节约
14、开发时间，提高开发效率。Z J通信网 络的 选择 2 3.1通信网 络选择的标准通信网 络是整个系统的骨架，同时它也是空压机站智能监控系统的 基础和核心。9第2 章 空压机站智能监控系统的总体方案设计硕 士论文通信网络对于整个系统的实时性、 可靠性和扩展性起着决定性的作用。 满足实时性的要求是指在确定的时间限度内完成信息的传送。 可靠性是指无论在任何情况下， 网络 通信都不能中断。 同时为了满足系统扩展性的要求， 通信网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量有较大的剩余。2 沃2通信两 络协议介纽由于在系统监控分柜的柱 啼 四 器选型上，拟使用西门子公司的 57一 2 (X) C N小
15、型 P L C ，故在通信网络的选取上，可以选择州 田 1 网络、 乃 旧 6 加5 网络以 及n 旧 6 刀 改网络等。州 田 1 ( Mu lti P o in t ln 抚 到 触 Ce，多点接口) 通信适用于较小范围的现场级通信， 通信 速率为9 石K b Ps一 1 87.5K b ps， 通常 默认值 为19.2 K b 声. 侧 甲 1 网 络最多 连接32个 节点， 最大通信距离为5 0 m， 但可通过R S 4 8 5 中 继器延长M P I 网络通信距离。 5 卜2 00 CNC PU上的RS485 编 程口 可作为MPI 通信口 使 用。 19JllOR O 6 bus
16、协议结 构是 根据15 07498 国际 标准， 以 开 放式系统 互联网 络 场 四 。 S ys teln 加 傲c o nneC 石 on， O S D 作为参考模型的。现场总 线采用简化的网 络体系结构，具有类 似于0 51模型的物理层、 数据链路层和应用层的 三层协议或进一步包括网 络层或传输 层在内的四层协议， 而不采用会话层和表示层。 R 。 助us提供三种通信协议类型: D P 、F M S 和以. 其中P 闰 6 b us一 D P 是一种经过优化的高 速通信连接， 专为自 动控制系统 和分布式阳 设备之间通信设计， 用于分布式控制系统的高速数据传输， 传输速率最 高可达 1 2Mb P s : 卜 旧 6 b u s 一 P M S主要 解决 车间 级 通用性 通 信任务， 提 供大量的通信 服务， 完成中等速度的循环和非循环通信任务; 介呱bos 一 PA 专为过程自 动化设计， 提供标准的本质安全传输技术，用于对安全性要求较高的需要总线供电的场合。 1 0jl l l 1 1 2 1n
