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粘土水泥浆注浆流量测量系统的开发
综合注浆技术越来越多地应用在煤矿建设中。随着科学技术的不断发展,各行各业的自动化程度不断得到提高。在运用粘土水泥浆的地面预注浆工程施工过程中,对工程质量起关键作用的各项注浆参数的测量还普遍停留在手工测量的水平。参数的测量结果不够直观准确、也不便于监测。为了能够更为准确的反映粘土水泥浆注浆过程中浆液注入量的变化,同时为了准确控制粘土水泥浆浆液注入量以判断注浆效果,开发一套能够自动测量并监测粘土水泥浆注浆过程中注浆流量、浆液注入量等注浆参数以及对这些参数数据进行处理(如绘制实时曲线、输出工程报表)的软件系统就非常必要了。在粘土水泥浆注浆工程施工中流量测量系统的应用不但可以降低施工人员的劳动强度,提高劳动效率,同时还提高了测量数据的精度,为指导注浆工程的施工、控制施工质量提供了更为详实的数据。流量监测系统主要由三部分组成:流量测试、信号处理和数据处理分析。这三种功能分别通过流量测量仪、可编程控制器(PLC)和组态软件系统来实现。
 
1.流量测量仪器的选型
至今为止,可供工业选用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种能够对任何流体类型、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量测试仪表。这些流量仪表中,每种产品都有它特定的适用范围,同时也有它的局限性。
粘土水泥浆流量测量系统所需仪表要能够测量浆液的注入量、浆液流量。由于施工中粘土水泥浆的流体特性即悬浊型浆液、注浆施工时泵流量(0~300L/min)、浆液流动时多呈紊流状态等特征,同时测量误差应不大于±5%f.S;抗震、防潮,工作温度-10~50℃。所以建议选用电磁流量计。仪表的口径的计算,根据流量Q的公式:Q=πr²v(m³/h),其中r为仪表口径的半径,v为流速,Q为流量。流速在1-5m/s范围内,有利于仪表处于ZUI佳状态。在现场中流量的测量中一般在60~360L/min的范围内,ZUI有利于注浆效果的显著。综合考虑目前市场上流量测定仪表的性能特征,本系统选用的流量计管径为40mm。
 
2.可编程控制器(PLC)
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,多为工业控制系统采用。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输人/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。西门子PLC的核心思想和主导理念是全集成自动化技术TIA( Totally IntegratedAutomation)。 SIMATIC S7-300/400系列可编程控制器是西门子全集成自动化系统中的控制核心,是集成与开放特性的重要体现。
S7-300TCP/IP是通过STEP7 Basis V5.3进行编程,是以PG(编程器)或者PC,通过编程电缆与PLC的CPU模块相连。可以直接在 STEP中编写程序和对硬件进行组态,并将用户程序和硬件组态信息下载到CPU,或者从CPU上载到PG或者PC。当程序下载和调试完成以后,PLC系统就可以执行各种自动任务了。
PIC编程如图1所示,本系统选用S7-300进行信号的AD转换及数据预处理,同时可以通过它对流量测量系统进行控制。
3.组态软件
在市场上有三维力控、 fameview、组态王等主流监控软件,结合实际需求,本系统选用 fameview组态软件。它是以 Windows NT作为开发平台,全部代码采用VC++进行编写,在进行画面组态脚本程序编写时比较容易完成所需的动态设计,它一直把可编程控制器(pc)和DCS作为适用对象,定位于自动化应用的中Gao端,专门设计了设备数据表,能对数据进行批量处理,多线程同时处理多个通讯设备,通讯速度和稳定性倍受赞誉,还提供了实用的数据库应用、配方、数据服务、报表、用户编程等增强功能。并且该软件与S7-300的通讯应用非常成熟,能够与多个S7-300型号的PLC方便快捷的进行通讯,确保整个系统的运行。
典型的工业组态通常可以分为设备层,控制层,监控层,管理层四个层次结构,他们构成了一个分布式的工业网络控制系统。监控组态软件一般是位于监控层的专用软件,负责对下集中管理控制层,向上链接管理层,是企业生产信息化的重要组成部分。它是面向 internet时代的杰作,提供在 internet上通过浏览器以“瘦”客户端(瘦客户端通常指B/S结构的应用,客户端只有IE等浏览器(瘦),程序逻辑、计算多封装在服务器端)。监控工业现场的解决方案,“瘦”客户端与服务器数据传输时采用事件驱动机制,实时数据采用变化传输方式,因此当在 intemnet上远程访问监控画面时,具有更好的实时性。组台软件内嵌分布式实时数据,具备良好的开放性和互联功能,可以与MES,SIS,PMS等信息化系统进行基于 XMLOPC,ODBC,OLEDB等接口方式进行互联,保证生产数据实时地传送到以上系统内。支持通过移动GPRS,CDMA网络与控制设备或其它力控节点通讯,数据变化传输的流量控制机制节省了系统应用的通讯费用。
 
4.流量系统设计及实现的功能
1)PLC编程时变量地址,见表1。
2)在图形界面组态之前首先将所有的I/O点的参数列出,如表2所示。
3)该系统的实现。在制作之前需要系统定制,可以根据实际选择所需要的功能,比如实时报表,配方应用等。特别值得提醒的是,在启动任务时,一般都需要订制画面显示、数据库连接和实时报表。在流量监测系统中,实现了流量的实时数据监测,自动生成报表和曲线,在需要时打印报表。
在数据库连接上,可以选择 Access数据库及数据源和 SQLServer数据库及数据源。基于 SQL Server功能的更强大和更稳定,以及 Aceesss数据库的不能自动维护,必须停止组态系统的运行,系统选择了 SQL Server数据库,在设置 SERVERTYPE时选择了数据源ODBC- Fame UserData Source。
 
5.结语
目前,这套软件系统已经开始在注浆工程现场使用,获得了比较良好的效果,同时也显示出一些问题,后处理功能的不完善等,今后要进一步的完善该监测系统,为地面预注浆工程施工的自动化提供准确的质量控制数据。在本监测系统的开发中,重点是针对流量的监测。在注浆过程中,压力同样也是做为判断注浆效果如何的一个重要依据,还有待继续开发。
 

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