制氮站控制系統(tǒng)

1、 制氮機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)一、概述該空氣壓縮站服務(wù)于新陽(yáng)煤礦新一采區(qū)、新二采區(qū)。本系統(tǒng)的目的是對(duì)四套制氮機(jī)組的生產(chǎn)量、使用量等有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和存儲(chǔ)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并提供上位系統(tǒng)做到合理生產(chǎn)，節(jié)能降耗。本系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上分為三層，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層。本系統(tǒng)在技術(shù)上能夠保證長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，全自動(dòng)地采集和傳送數(shù)據(jù)，投入運(yùn)行后，對(duì)原生產(chǎn)設(shè)備無(wú)任何不利影響。對(duì)有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和存儲(chǔ)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，提供給領(lǐng)導(dǎo)和部門(mén)作為生產(chǎn)指揮與調(diào)度的依據(jù)。實(shí)現(xiàn)藝流程可視化，氣源流向清晰化，能源消耗最優(yōu)化，報(bào)表生成自動(dòng)化。1、設(shè)備運(yùn)行工藝：根據(jù)要求，新一采區(qū)和新二采區(qū)用

2、氣量總計(jì)172 m3/min。因此空壓站選用四臺(tái)AED355A型空壓機(jī)，正常時(shí)兩臺(tái)使用，一臺(tái)備用，一臺(tái)檢修；最大用氣量時(shí)三臺(tái)同時(shí)使用，一臺(tái)檢修?？諌簷C(jī)站的設(shè)備由四臺(tái)壓縮空氣設(shè)備組成，該部分提供充足的壓縮空氣氣源，保證井下所需的壓縮空氣壓力，工作臺(tái)數(shù)由設(shè)定的壓縮空氣參數(shù)靠集中控制。系統(tǒng)集中控制信號(hào)的采集由空壓站的壓縮空氣分汽缸處設(shè)置傳感器傳輸壓力、流量信號(hào)，傳輸?shù)郊锌刂葡到y(tǒng)，在分汽缸處均設(shè)置電磁閥控制，該工藝段設(shè)備運(yùn)行的臺(tái)數(shù)由集中控制設(shè)定 的參數(shù)自動(dòng)控制完成。優(yōu)先啟動(dòng)空壓機(jī)站的空壓機(jī)，當(dāng)由于其他原因致使能力不足需要啟動(dòng)備用氣源時(shí)，發(fā)出信號(hào)通知制氮站集中控制啟動(dòng)備用氣源。2、電氣設(shè)備電氣控制系統(tǒng)

3、技術(shù)參數(shù)：電壓等級(jí)：6kV,兩回路線(xiàn)路供電，且接與不同的母線(xiàn)段上。制氮站由豎井溝6KV變電站分別給每套制氮機(jī)組供電，配電柜有完善的保護(hù)措施。3、設(shè)備運(yùn)行工藝：制氮站的設(shè)備按功能劃分為壓縮空氣設(shè)備和制氮主機(jī)兩部分，本設(shè)計(jì)中設(shè)備運(yùn)行分為空壓部分和變壓吸附部分?？諌翰糠值脑O(shè)備總計(jì)有8臺(tái)空氣壓縮機(jī)組成，該部分為變壓吸附提供充足的壓縮空氣氣源和作為空壓機(jī)站的備用氣源，保證變壓吸附工藝所需的壓縮空氣壓力和壓縮空氣壓力流量，作為備用氣源由設(shè)定的壓縮空氣參數(shù)靠集中控制。備用氣源的開(kāi)啟必須先經(jīng)過(guò)空壓機(jī)站集中控制發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)和設(shè)定的壓縮空氣參數(shù)兩個(gè)條件決定。系統(tǒng)集中控制信號(hào)的采集由設(shè)在吸附工藝段和空壓站的壓縮空氣

4、分汽缸處設(shè)置傳感器傳輸壓力、流量信號(hào)，傳輸?shù)郊锌刂葡到y(tǒng)，在分汽缸處均設(shè)置電磁閥控制，該工藝段設(shè)備運(yùn)行的臺(tái)數(shù)由集中控制設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)控制完成。制氮工藝共有四套制氮機(jī)組，制氮工藝段的設(shè)備運(yùn)行臺(tái)數(shù)由集中控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定壓力、流量參數(shù)控制，集中控制信號(hào)由設(shè)置在氮?dú)夥制咨系膫鞲衅鞑杉?、分氣缸：氮?dú)庹镜獨(dú)夥制祝核膫€(gè)DN125進(jìn)氣口，一個(gè)DN300出口下井。井下分汽缸：一個(gè)DN300進(jìn)氣口，二個(gè)DN200出口。壓縮空氣分氣缸：一個(gè)DN300出氣口，八個(gè)DN125入口，一個(gè)DN125出口。5、集中控制系統(tǒng)設(shè)備與監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)在集中控制室。二、控制系統(tǒng)配置及結(jié)構(gòu)1、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)具有三級(jí)分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5、, 分別使用不同的網(wǎng)絡(luò), 有效地提高了通信的效率, 降低了通信負(fù)荷。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可提供標(biāo)準(zhǔn)GSM 時(shí)鐘系統(tǒng),保證網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)上的各站時(shí)鐘同步。控制系統(tǒng)構(gòu)成中主要是操作柜、監(jiān)測(cè)站和控制中心。(1) 操作站: 用于運(yùn)行操作監(jiān)視和歷史數(shù)據(jù)記錄, 進(jìn)行報(bào)表顯示以及向上位計(jì)算機(jī)提供數(shù)據(jù)服務(wù)等。操作站采用Windows XP 作為操作系統(tǒng)的通用PC 機(jī)。(2) 控制中心: 以西門(mén)子S7-300為控制中心，采集壓風(fēng)機(jī)、高開(kāi)柜等設(shè)備開(kāi)關(guān)信號(hào)，根據(jù)采集的傳感器信號(hào)與控制系統(tǒng)信號(hào)，根據(jù)控制要求，實(shí)際全流程控制。(3) 控制柜: 用于過(guò)程I/ O 信號(hào)處理, 完成模擬量采集, 實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制、順序控制和批量控制, 完成實(shí)時(shí)控

6、制的功能。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包括Ethernet 、Ethernet 是操作站、工程師站以及上位計(jì)算機(jī)之間信息數(shù)據(jù)的傳輸通道, 符合IEEE 80213 標(biāo)準(zhǔn), 是系統(tǒng)的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò), 通信速率為100Mb/ s。用于進(jìn)行操作監(jiān)視及信息交換的雙重化實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò), 通訊方式采用總線(xiàn)是控制站CPU 同遠(yuǎn)程I/ O 節(jié)點(diǎn)。2 循環(huán)水系統(tǒng)控制四套空分設(shè)備共用1 套循環(huán)水系統(tǒng)。此系統(tǒng)由3 臺(tái)水泵組成, 水泵由6kV 高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)。正常操作方式為兩用一備, 正常情況下(兩套空分設(shè)備同時(shí)運(yùn)行) 兩臺(tái)水泵運(yùn)行, 為兩套空分設(shè)備提供循環(huán)冷卻水; 當(dāng)循環(huán)水總管壓力低于013MPa 時(shí), 由控制 系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)備用水泵, 以保證循

7、環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)定供水。在單套空分設(shè)備運(yùn)行、循環(huán)水用量少時(shí), 也可以一用一備, 即正常時(shí)一臺(tái)運(yùn)行, 另外兩臺(tái)中的一臺(tái)處于備用。根據(jù)用戶(hù)的具體要求和操作員的操作習(xí)慣, 組態(tài)完成了水泵房的控制程序, 并通過(guò)實(shí)際測(cè)試, 達(dá)到預(yù)期的備用控制要求(1) 循環(huán)水系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí), 任何一臺(tái)水泵都能在控制室手動(dòng)啟動(dòng)(就地旋鈕在“自動(dòng)”位置) 。(2) 手動(dòng)啟動(dòng)1 臺(tái)水泵后, 壓力如果正常, 則不能再手動(dòng)啟動(dòng)第二臺(tái)水泵(由邏輯控制) , 以防止超壓。只有在啟動(dòng)1 臺(tái)水泵后, 如果壓力還低,才能手動(dòng)啟動(dòng)第二臺(tái)水泵。(3) 備用水泵能自動(dòng)啟動(dòng)(就地旋鈕在“自動(dòng)”位置, 控制 系統(tǒng)中的控制方式在“集中自動(dòng)”) 。電氣必須要熱備

8、, 以便備用水泵能隨時(shí)啟動(dòng)。操作員要注意監(jiān)視備用水泵的“電氣允許啟動(dòng)”狀態(tài)。(4) 在備用方式的選擇方面更靈活, 可以一用一備或兩用一備, 界面簡(jiǎn)單友好, 更容易操作。另外, 應(yīng)用戶(hù)的要求, 增加了水泵電機(jī)的電流指示, 以便操作員對(duì)水泵負(fù)載的直接監(jiān)控。3 壓縮機(jī)組及輔助機(jī)組的控制壓縮機(jī)組的自動(dòng)控制在整個(gè)儀控設(shè)計(jì)方面有著極其重要的地位, 因?yàn)樗械臋C(jī)組都保留了就地PLC控制器, 并將PLC 的控制功能轉(zhuǎn)移到控制中心。中心PLC 控制器在控制系統(tǒng)組態(tài)中加以實(shí)現(xiàn); 并且每個(gè)機(jī)組的控制要求各不相同。由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組的全部控制功能,既節(jié)約了PLC 購(gòu)置費(fèi)用; 同時(shí)壓縮機(jī)組的控制不再是“黑匣子”,

9、使用戶(hù)能清晰地了解機(jī)器的控制過(guò)程, 并且能在中控室方便地監(jiān)視及控制機(jī)組。4、故障診斷在壓風(fēng)過(guò)程中，由于壓力的不平穩(wěn)，在空壓機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中, 容易出現(xiàn)喘振等意外事故，喘振對(duì)機(jī)組運(yùn)行是非常危險(xiǎn)的，控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)空壓機(jī)輸出壓力變化頻率及速度快速診斷出壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)安全的防喘振控制,保障設(shè)備安全運(yùn)行。當(dāng)壓縮機(jī)允許加載后, 由控制系統(tǒng)發(fā)出指令,激活兩個(gè)PLC 投入工作。如果在一定時(shí)間內(nèi)(可組態(tài)) 檢測(cè)到N 次(可組態(tài)) 超過(guò)設(shè)定值(可組態(tài)) 的壓力波動(dòng), 即判斷為“機(jī)組喘振”, PLC 的數(shù)字量輸出卡相應(yīng)通道輸出報(bào)警, 由控制 實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖, 緊急打開(kāi)回流閥, 同時(shí)入口導(dǎo)葉限位, 實(shí)現(xiàn)機(jī)組的保護(hù)。喘振

10、保護(hù)后, 需要重新加載,5、空壓機(jī)的自動(dòng)控制空壓機(jī)可在就地電控柜或中控室啟動(dòng)。如果在中控室啟動(dòng), 須先將就地的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換旋鈕旋至“自動(dòng)”, 在收到電控的允許儀控啟動(dòng)空壓機(jī)信號(hào)后,由操作員在空壓機(jī)啟動(dòng)流程圖中用“啟動(dòng)空壓機(jī)”按鈕來(lái)啟動(dòng)空壓機(jī)。預(yù)熱過(guò)程完畢, 操作員可以修改空壓機(jī)排氣壓力設(shè)定值, 使空壓機(jī)運(yùn)行在額定壓力。至此, 空壓機(jī)啟動(dòng)完畢, 操作員可以開(kāi)送氣閥向空氣預(yù)冷系統(tǒng)送氣。遇到下面幾種情況之一, 空壓機(jī)將馬上輕載 排氣壓力超高; 空壓機(jī)流量小于喘振流量, 機(jī)組喘振; 操作員通過(guò)緊急按鈕強(qiáng)制空壓機(jī)輕載。空氣預(yù)冷系統(tǒng)發(fā)生故障。對(duì)輔助設(shè)備控制：輔油泵、油箱加熱器等。在“自動(dòng)”模式下，需要檢測(cè)運(yùn)行

11、條件。無(wú)論加熱器的控制是在“就地”還是“自動(dòng)”位置。6、增壓機(jī)的自動(dòng)控制增壓機(jī)的啟動(dòng)方式和空壓機(jī)相同。電機(jī)允許加載信號(hào)到來(lái)時(shí),增壓機(jī)的加載要分段分步進(jìn)行, 首先要加載段, 在段排氣壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值后, 才能加載段。當(dāng)操作員通過(guò)操作按鈕發(fā)出段加載指令后,由下坡器將回流閥從100 %開(kāi)始關(guān)閉。當(dāng)排氣壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí), 段回流閥壓力控制器投入自動(dòng)調(diào)節(jié), 回流閥將處于自動(dòng)控制狀態(tài)。需要加載段時(shí), 由操作員發(fā)出加載指令, 下坡器將段回流閥從100 %開(kāi)始關(guān)閉。當(dāng)排氣壓力上升到設(shè)定值時(shí), 控制器投入自動(dòng)調(diào)節(jié),回流閥將處于自動(dòng)控制狀態(tài)。遇到下面幾種情況之一, 增壓機(jī)段將輕載:增壓機(jī)段喘振; 增壓機(jī)段排氣壓力超

12、高;增壓機(jī)段喘振; 增壓機(jī)段排氣壓力超高;操作員通過(guò)流程圖上的強(qiáng)制輕載段按鈕輕載。遇到下面幾種情況之一, 增壓機(jī)段將輕載:增壓機(jī)段喘振; 增壓機(jī)段排氣壓力超高;操作員通過(guò)按鈕操作屏上的按鈕輕載。增壓機(jī)段輕載動(dòng)作: 入口導(dǎo)葉限位至25 % ,回流閥全開(kāi), 即: 段輕載, 段同時(shí)輕載; 段輕載, 段不需輕載。在故障消除后, 操作員可通過(guò)增壓機(jī)氣路圖上的“恢復(fù)加載”按鈕按順序來(lái)自動(dòng)恢復(fù)加載增壓機(jī)的段和段, 過(guò)程與啟動(dòng)時(shí)相同。7、氮壓機(jī)自動(dòng)控制氮壓機(jī)的啟動(dòng)方式和空壓機(jī)相同。電機(jī)允許加載信號(hào)到來(lái)時(shí),當(dāng)排氣壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí), 入口蝶閥恒壓控制器投入自動(dòng)調(diào)節(jié), 入口蝶閥將處于自動(dòng)控制狀態(tài); 當(dāng)排氣壓力小于防

13、喘振控制線(xiàn)時(shí), 放空閥控制器投入自動(dòng)調(diào)節(jié), 放空閥將處于自動(dòng)控制狀態(tài)。然后操作員可以修改壓力設(shè)定值, 使氮壓機(jī)運(yùn)行在額定壓力。遇到下面幾種情況之一, 氮壓機(jī)將輕載: 排氣壓力超高; 氮壓機(jī)喘振; 操作員強(qiáng)制氮壓機(jī)輕載。三、設(shè)備清單方案應(yīng)根據(jù)方案設(shè)計(jì)的需要，以下清單僅包括必要設(shè)備，具體施工方案要根據(jù)技術(shù)要求及現(xiàn)場(chǎng)情況確保功能實(shí)現(xiàn)。名稱(chēng)型號(hào)廠(chǎng)家數(shù)量備注PLC控制柜800*600*18001含西門(mén)子S7-300可編程控制器、數(shù)字量輸入輸出模塊、控制元件、聲光報(bào)警器、控制程序等PLC控制軟件專(zhuān)用西門(mén)子1西門(mén)子控制程序編程專(zhuān)用平臺(tái)上位機(jī)組態(tài)軟件組態(tài)王6.53北京亞控科技1組態(tài)運(yùn)行平臺(tái)空壓機(jī)監(jiān)控軟件JFK

14、-200P山西極峰1空壓機(jī)上位機(jī)監(jiān)測(cè)顯示軟件監(jiān)控臺(tái)1400*800天朗電氣1含座椅1把工控機(jī)IPC-610研華1酷睿I3CPU,2G內(nèi)存，500G硬盤(pán)，DVD光驅(qū)，鍵鼠顯示器S22三星122吋液晶顯示器打印機(jī)HP 1108惠普1激光 A4打印機(jī)UPS電源2KVA山特12KVA工業(yè)交換機(jī)lantech臺(tái)灣1環(huán)網(wǎng)接入預(yù)留接口溫度傳感器PT100雷爾達(dá)32出口溫度，風(fēng)包溫度，空壓機(jī)溫度電量采集模塊PD8073贏創(chuàng)科技6空壓機(jī)電量監(jiān)測(cè)采集壓力傳感器LED-X雷爾達(dá)320-2MPa（排氣壓力、風(fēng)包壓力）氣體濃度傳感器TIDA00056德州儀器16檢測(cè)氮?dú)夂繗怏w濃度傳感器GYH25中煤16檢測(cè)氧氣含量數(shù)據(jù)通