制氮站控制系统

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1、制氮机的自动化控制系统一、概述该空气压缩站服务于新阳煤矿新一采区、新二采区。本系统的目 的是对四套制氮机组的生产量、使用量等有关的数据进行实时的采集 和存储，并对这些数据进行统计和分析，并提供上位系统做到合理生 产，节能降耗。本系统在结构上分为三层，现场信号层、数据采集层、数据应用 层。本系统在技术上能够保证长期稳定运行，全自动地采集和传送数 据，投入运行后，对原生产设备无任何不利影响。对有关的数据进行 实时的采集和存储，并对这些数据进行统计和分析，提供给领导和部 门作为生产指挥与调度的依据。实现艺流程可视化，气源流向清晰化，能源消耗最优化，报表生 成自动化。1、设备运行工艺：根据要求，新一采

2、区和新二采区用气量总计172 m3/min。因此空 压站选用四台 AED355A 型空压机，正常时两台使用，一台备用，一 台检修；最大用气量时三台同时使用，一台检修。空压机站的设备由四台压缩空气设备组成，该部分提供充足的压 缩空气气源，保证井下所需的压缩空气压力，工作台数由设定的压缩 空气参数靠集中控制。系统集中控制信号的采集由空压站的压缩空气 分汽缸处设置传感器传输压力、流量信号，传输到集中控制系统，在 分汽缸处均设置电磁阀控制，该工艺段设备运行的台数由集中控制设 定 的参数自动控制完成。优先启动空压机站的空压机，当由于其他 原因致使能力不足需要启动备用气源时，发出信号通知制氮站集中控 制启

3、动备用气源。2、电气设备电气控制系统技术参数：电压等级：6kV,两回路线路供电，且接与不同的母线段上。制氮站由竖井沟6KV变电站分别给每套制氮机组供电，配电柜有 完善的保护措施。3、设备运行工艺：制氮站的设备按功能划分为压缩空气设备和制氮主机两部分，本 设计中设备运行分为空压部分和变压吸附部分。空压部分的设备总计有8台空气压缩机组成，该部分为变压吸附 提供充足的压缩空气气源和作为空压机站的备用气源，保证变压吸附 工艺所需的压缩空气压力和压缩空气压力流量，作为备用气源由设定 的压缩空气参数靠集中控制。备用气源的开启必须先经过空压机站集 中控制发出请求信号和设定的压缩空气参数两个条件决定。系统集中

4、 控制信号的采集由设在吸附工艺段和空压站的压缩空气分汽缸处设 置传感器传输压力、流量信号，传输到集中控制系统，在分汽缸处均 设置电磁阀控制，该工艺段设备运行的台数由集中控制设定的参数自 动控制完成。制氮工艺共有四套制氮机组，制氮工艺段的设备运行台数由集中 控制系统根据设定压力、流量参数控制，集中控制信号由设置在氮气 分汽缸上的传感器采集。4、分气缸：氮气站氮气分汽缸：四个DN125进气口，一个DN300出口下井。井下分汽缸：一个DN300进气口，二个DN200出口。压缩空气分气缸：一个DN300出气口，八个DN125入口，一个 DN125 出口。5、集中控制系统设备与监测设备设在集中控制室。二

5、、控制系统配置及结构1、控制系统结构控制系统具有三级分层网络结构，分别使用不同的网络，有效 地提高了通信的效率，降低了通信负荷。网络系统可提供标准GSM时 钟系统，保证网络总线上的各站时钟同步。控制系统构成中主要是操 作柜、监测站和控制中心。(1) 操作站：用于运行操作监视和历史数据记录，进行报表显 示以及向上位计算机提供数据服务等。操作站采用Windows XP作为 操作系统的通用PC机。(2) 控制中心：以西门子S7-300为控制中心，采集压风机、高 开柜等设备开关信号，根据采集的传感器信号与控制系统信号，根据 控制要求，实际全流程控制。(3) 控制柜：用于过程1/ O信号处理，完成模拟量

6、采集，实现 连续控制、顺序控制和批量控制，完成实时控制的功能。系统网络包 括Ethernet、Ethernet是操作站、工程师站以及上位计算机之间 信息数据的传输通道, 符合 IEEE 80213 标准, 是系统的开放网络, 通信速率为100Mb/ s。用于进行操作监视及信息交换的双重化实时 控制网络，通讯方式采用总线是控制站CPU同远程1/ O节点。2 循环水系统控制四套空分设备共用 1 套循环水系统。此系统由 3 台水泵组成， 水泵由 6kV 高压电机驱动。正常操作方式为两用一备， 正常情况下 (两套空分设备同时运行) 两台水泵运行， 为两套空分设备提供循环 冷却水；当循环水总管压力低于0

7、13MPa时，由控制系统自动启动 备用水泵， 以保证循环水系统稳定供水。在单套空分设备运行、循环 水用量少时， 也可以一用一备， 即正常时一台运行， 另外两台中的 一台处于备用。根据用户的具体要求和操作员的操作习惯， 组态完成了水泵房 的控制程序， 并通过实际测试， 达到预期的备用控制要求(1) 循环水系统启动时， 任何一台水泵都能在控制室手动启动 (就地旋钮在“自动”位置) 。(2) 手动启动 1 台水泵后， 压力如果正常， 则不能再手动启动 第二台水泵(由逻辑控制) ， 以防止超压。只有在启动 1 台水泵后， 如果压力还低，才能手动启动第二台水泵。(3) 备用水泵能自动启动(就地旋钮在“自

8、动”位置， 控制系统 中的控制方式在“集中自动”) 。电气必须要热备， 以便备用水泵能 随时启动。操作员要注意监视备用水泵的“电气允许启动”状态。(4) 在备用方式的选择方面更灵活， 可以一用一备或两用一备， 界面简单友好， 更容易操作。另外， 应用户的要求， 增加了水泵电机 的电流指示, 以便操作员对水泵负载的直接监控。3 压缩机组及辅助机组的控制压缩机组的自动控制在整个仪控设计方面有着极其重要的地位, 因为所有的机组都保留了就地PLC控制器，并将PLC的控制功能转 移到控制中心。中心 PLC 控制器在控制系统组态中加以实现; 并且 每个机组的控制要求各不相同。由控制系统实现压缩机组的全部控

9、制功能，既节约了 PLC购置费 用; 同时压缩机组的控制不再是“黑匣子”， 使用户能清晰地了解机 器的控制过程， 并且能在中控室方便地监视及控制机组。4、故障诊断 在压风过程中，由于压力的不平稳，在空压机的运行过程中， 容 易出现喘振等意外事故，喘振对机组运行是非常危险的，控制系统应 根据空压机输出压力变化频率及速度快速诊断出压风机运行状态，实 现安全的防喘振控制，保障设备安全运行。当压缩机允许加载后，由控制系统发出指令，激活两个PLC投入 工作。如果在一定时间内（可组态） 检测到 N 次（可组态） 超过设定 值（可组态） 的压力波动， 即判断为“机组喘振”， PLC 的数字量输 出卡相应通道

10、输出报警， 由控制 实现联锁， 紧急打开回流阀， 同时 入口导叶限位， 实现机组的保护。喘振保护后，需要重新加载，5、空压机的自动控制 空压机可在就地电控柜或中控室启动。如果在中控室启动， 须先 将就地的启动转换旋钮旋至“自动”，在收到电控的允许仪控启动空 压机信号后，由操作员在空压机启动流程图中用“启动空压机”按钮 来启动空压机。预热过程完毕， 操作员可以修改空压机排气压力设定 值, 使空压机运行在额定压力。至此,空压机启动完毕,操作员可以 开送气阀向空气预冷系统送气。遇到下面几种情况之一, 空压机将马上轻载 排气压力超高; 空压机流量小于喘振流量, 机组喘振; 操作员通过紧急按钮强制空压机

11、轻载。 空气预冷系统发生故障。 对辅助设备控制：辅油泵、油箱加热器等。在“自动”模式下， 需要检测运行条件。无论加热器的控制是在“就地”还是“自动”位 置。6、增压机的自动控制 增压机的启动方式和空压机相同。电机允许加载信号到来时,增 压机的加载要分段分步进行，首先要加载I段，在I段排气压力达 到设计值后，才能加载II段。当操作员通过操作按钮发出I段加载指 令后，由下坡器将回流阀从 100 %开始关闭。当排气压力达到设定值 时，I段回流阀压力控制器投入自动调节，回流阀将处于自动控制 状态。需要加载II段时，由操作员发出加载指令，下坡器将II段回流 阀从100 %开始关闭。当排气压力上升到设定值

12、时， 控制器投入自动 调节，回流阀将处于自动控制状态。遇到下面几种情况之一，增压机II段将轻载： 增压机I段喘振；增压机I段排气压力超高；增压机II段喘振；增压机II段排气压力超高； 操作员通过流程图上的强制轻载II段按钮轻载。遇到下面几种情况之一，增压机I段将轻载： 增压机I段喘振； 增压机I段排气压力超高； 操作员通过按钮操作屏上的按钮轻载。增压机I段轻载动作：入口导叶限位至25 %，回流阀全开，即:I段轻载，II段同时轻载；II段轻载，I段不需轻载。在故障消除后， 操作员可通过增压机气路图上的“恢复加载”按 钮按顺序来自动恢复加载增压机的I段和II段，过程与启动时相同。7、氮压机自动控制

13、氮压机的启动方式和空压机相同。电机允许加载信号到来时，当 排气压力达到设定值时， 入口蝶阀恒压控制器投入自动调节， 入口 蝶阀将处于自动控制状态； 当排气压力小于防喘振控制线时， 放空 阀控制器投入自动调节， 放空阀将处于自动控制状态。然后操作员可 以修改压力设定值， 使氮压机运行在额定压力。遇到下面几种情况之一， 氮压机将轻载：排气压力超高； 氮压机喘振； 操作员强制氮压机轻载。三、设备清单方案应根据方案设计的需要，以下清单仅包括必要设备，具体施工方案要根据技术要求及现场情况确保功能实现。名称型号厂家数量备注PLC控制柜800*600*18001含西门子S7-300可编程控制 器、数字量输入

14、输出模块、控 制元件、声光报警器、控制程 序等PLC控制软件专用西门子1西门子控制程序编程专用平台上位机组态软件组态王6.53北京亚控 科技1组态运行平台空压机监控软件JFK-200P山西极峰1空压机上位机监测显示软件监控台1400*800天朗电气1含座椅1把工控机IPC-610研华1酷睿I3CPU,2G内存，500G硬 盘，DVD光驱，键鼠曰TO显示器S22三星122吋液日日显示器打印机HP 1108惠普1激光A4打印机UPS电源2KVA山特12KVA工业交换机lantech台湾1环网接入预留接口温度传感器PT100雷尔达32出口温度，风包温度，空压机 温度电量采集模块PD8073赢创科技6

15、空压机电量监测采集压力传感器LED-X雷尔达320-2MPa （排气压力、风包压力）气体浓度传感器TIDA00056德州仪器16检测氮气含量气体浓度传感器GYH25中煤16检测氧气含量数据通讯卡PH-S12北京平和1PLC与上位机通讯通讯电缆RVVSP2*1.0扬州电缆3000传感器及采集设备与上位机和PLC通讯（实际数量现场定）电源防雷模块HBN1-D20南京王统1电源防雷信号防雷模块WTOXJ-12南京王统1信号防雷PPI编程线缆PPI西门子16西门子控制程序编程专用电缆协议转换器原系统配 套8读取综保通讯数据网络通讯模块西门子8综保协议转换南京尚宽1图纸资料合计1 满足现场需要（甲方提供）2 含电子版