1、 制氮機的自動化控制系統一、概述該空氣壓縮站服務于新陽煤礦新一采區、新二采區。本系統的目的是對四套制氮機組的生產量、使用量等有關的數據進行實時的采集和存儲，并對這些數據進行統計和分析，并提供上位系統做到合理生產，節能降耗。本系統在結構上分為三層，現場信號層、數據采集層、數據應用層。本系統在技術上能夠保證長期穩定運行，全自動地采集和傳送數據，投入運行后，對原生產設備無任何不利影響。對有關的數據進行實時的采集和存儲，并對這些數據進行統計和分析，提供給領導和部門作為生產指揮與調度的依據。實現藝流程可視化，氣源流向清晰化，能源消耗最優化，報表生成自動化。1、設備運行工藝：根據要求，新一采區和新二采區用

2、氣量總計172 m3/min。因此空壓站選用四臺AED355A型空壓機，正常時兩臺使用，一臺備用，一臺檢修；最大用氣量時三臺同時使用，一臺檢修。空壓機站的設備由四臺壓縮空氣設備組成，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，工作臺數由設定的壓縮空氣參數靠集中控制。系統集中控制信號的采集由空壓站的壓縮空氣分汽缸處設置傳感器傳輸壓力、流量信號，傳輸到集中控制系統，在分汽缸處均設置電磁閥控制，該工藝段設備運行的臺數由集中控制設定 的參數自動控制完成。優先啟動空壓機站的空壓機，當由于其他原因致使能力不足需要啟動備用氣源時，發出信號通知制氮站集中控制啟動備用氣源。2、電氣設備電氣控制系統

3、技術參數：電壓等級：6kV,兩回路線路供電，且接與不同的母線段上。制氮站由豎井溝6KV變電站分別給每套制氮機組供電，配電柜有完善的保護措施。3、設備運行工藝：制氮站的設備按功能劃分為壓縮空氣設備和制氮主機兩部分，本設計中設備運行分為空壓部分和變壓吸附部分。空壓部分的設備總計有8臺空氣壓縮機組成，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，作為備用氣源由設定的壓縮空氣參數靠集中控制。備用氣源的開啟必須先經過空壓機站集中控制發出請求信號和設定的壓縮空氣參數兩個條件決定。系統集中控制信號的采集由設在吸附工藝段和空壓站的壓縮空氣

4、分汽缸處設置傳感器傳輸壓力、流量信號，傳輸到集中控制系統，在分汽缸處均設置電磁閥控制，該工藝段設備運行的臺數由集中控制設定的參數自動控制完成。制氮工藝共有四套制氮機組，制氮工藝段的設備運行臺數由集中控制系統根據設定壓力、流量參數控制，集中控制信號由設置在氮氣分汽缸上的傳感器采集。4、分氣缸：氮氣站氮氣分汽缸：四個DN125進氣口，一個DN300出口下井。井下分汽缸：一個DN300進氣口，二個DN200出口。壓縮空氣分氣缸：一個DN300出氣口，八個DN125入口，一個DN125出口。5、集中控制系統設備與監測設備設在集中控制室。二、控制系統配置及結構1、控制系統結構控制系統具有三級分層網絡結構

5、, 分別使用不同的網絡, 有效地提高了通信的效率, 降低了通信負荷。網絡系統可提供標準GSM 時鐘系統,保證網絡總線上的各站時鐘同步。控制系統構成中主要是操作柜、監測站和控制中心。(1) 操作站: 用于運行操作監視和歷史數據記錄, 進行報表顯示以及向上位計算機提供數據服務等。操作站采用Windows XP 作為操作系統的通用PC 機。(2) 控制中心: 以西門子S7-300為控制中心，采集壓風機、高開柜等設備開關信號，根據采集的傳感器信號與控制系統信號，根據控制要求，實際全流程控制。(3) 控制柜: 用于過程I/ O 信號處理, 完成模擬量采集, 實現連續控制、順序控制和批量控制, 完成實時控

6、制的功能。系統網絡包括Ethernet 、Ethernet 是操作站、工程師站以及上位計算機之間信息數據的傳輸通道, 符合IEEE 80213 標準, 是系統的開放網絡, 通信速率為100Mb/ s。用于進行操作監視及信息交換的雙重化實時控制網絡, 通訊方式采用總線是控制站CPU 同遠程I/ O 節點。2 循環水系統控制四套空分設備共用1 套循環水系統。此系統由3 臺水泵組成, 水泵由6kV 高壓電機驅動。正常操作方式為兩用一備, 正常情況下(兩套空分設備同時運行) 兩臺水泵運行, 為兩套空分設備提供循環冷卻水; 當循環水總管壓力低于013MPa 時, 由控制 系統自動啟動備用水泵, 以保證循

7、環水系統穩定供水。在單套空分設備運行、循環水用量少時, 也可以一用一備, 即正常時一臺運行, 另外兩臺中的一臺處于備用。根據用戶的具體要求和操作員的操作習慣, 組態完成了水泵房的控制程序, 并通過實際測試, 達到預期的備用控制要求(1) 循環水系統啟動時, 任何一臺水泵都能在控制室手動啟動(就地旋鈕在“自動”位置) 。(2) 手動啟動1 臺水泵后, 壓力如果正常, 則不能再手動啟動第二臺水泵(由邏輯控制) , 以防止超壓。只有在啟動1 臺水泵后, 如果壓力還低,才能手動啟動第二臺水泵。(3) 備用水泵能自動啟動(就地旋鈕在“自動”位置, 控制 系統中的控制方式在“集中自動”) 。電氣必須要熱備

8、, 以便備用水泵能隨時啟動。操作員要注意監視備用水泵的“電氣允許啟動”狀態。(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, 界面簡單友好, 更容易操作。另外, 應用戶的要求, 增加了水泵電機的電流指示, 以便操作員對水泵負載的直接監控。3 壓縮機組及輔助機組的控制壓縮機組的自動控制在整個儀控設計方面有著極其重要的地位, 因為所有的機組都保留了就地PLC控制器, 并將PLC 的控制功能轉移到控制中心。中心PLC 控制器在控制系統組態中加以實現; 并且每個機組的控制要求各不相同。由控制系統實現壓縮機組的全部控制功能,既節約了PLC 購置費用; 同時壓縮機組的控制不再是“黑匣子”,

9、使用戶能清晰地了解機器的控制過程, 并且能在中控室方便地監視及控制機組。4、故障診斷在壓風過程中，由于壓力的不平穩，在空壓機的運行過程中, 容易出現喘振等意外事故，喘振對機組運行是非常危險的，控制系統應根據空壓機輸出壓力變化頻率及速度快速診斷出壓風機運行狀態，實現安全的防喘振控制,保障設備安全運行。當壓縮機允許加載后, 由控制系統發出指令,激活兩個PLC 投入工作。如果在一定時間內(可組態) 檢測到N 次(可組態) 超過設定值(可組態) 的壓力波動, 即判斷為“機組喘振”, PLC 的數字量輸出卡相應通道輸出報警, 由控制 實現聯鎖, 緊急打開回流閥, 同時入口導葉限位, 實現機組的保護。喘振

10、保護后, 需要重新加載,5、空壓機的自動控制空壓機可在就地電控柜或中控室啟動。如果在中控室啟動, 須先將就地的啟動轉換旋鈕旋至“自動”, 在收到電控的允許儀控啟動空壓機信號后,由操作員在空壓機啟動流程圖中用“啟動空壓機”按鈕來啟動空壓機。預熱過程完畢, 操作員可以修改空壓機排氣壓力設定值, 使空壓機運行在額定壓力。至此, 空壓機啟動完畢, 操作員可以開送氣閥向空氣預冷系統送氣。遇到下面幾種情況之一, 空壓機將馬上輕載 排氣壓力超高; 空壓機流量小于喘振流量, 機組喘振; 操作員通過緊急按鈕強制空壓機輕載。空氣預冷系統發生故障。對輔助設備控制：輔油泵、油箱加熱器等。在“自動”模式下，需要檢測運行

11、條件。無論加熱器的控制是在“就地”還是“自動”位置。6、增壓機的自動控制增壓機的啟動方式和空壓機相同。電機允許加載信號到來時,增壓機的加載要分段分步進行, 首先要加載段, 在段排氣壓力達到設計值后, 才能加載段。當操作員通過操作按鈕發出段加載指令后,由下坡器將回流閥從100 %開始關閉。當排氣壓力達到設定值時, 段回流閥壓力控制器投入自動調節, 回流閥將處于自動控制狀態。需要加載段時, 由操作員發出加載指令, 下坡器將段回流閥從100 %開始關閉。當排氣壓力上升到設定值時, 控制器投入自動調節,回流閥將處于自動控制狀態。遇到下面幾種情況之一, 增壓機段將輕載:增壓機段喘振; 增壓機段排氣壓力超

12、高;增壓機段喘振; 增壓機段排氣壓力超高;操作員通過流程圖上的強制輕載段按鈕輕載。遇到下面幾種情況之一, 增壓機段將輕載:增壓機段喘振; 增壓機段排氣壓力超高;操作員通過按鈕操作屏上的按鈕輕載。增壓機段輕載動作: 入口導葉限位至25 % ,回流閥全開, 即: 段輕載, 段同時輕載; 段輕載, 段不需輕載。在故障消除后, 操作員可通過增壓機氣路圖上的“恢復加載”按鈕按順序來自動恢復加載增壓機的段和段, 過程與啟動時相同。7、氮壓機自動控制氮壓機的啟動方式和空壓機相同。電機允許加載信號到來時,當排氣壓力達到設定值時, 入口蝶閥恒壓控制器投入自動調節, 入口蝶閥將處于自動控制狀態; 當排氣壓力小于防

13、喘振控制線時, 放空閥控制器投入自動調節, 放空閥將處于自動控制狀態。然后操作員可以修改壓力設定值, 使氮壓機運行在額定壓力。遇到下面幾種情況之一, 氮壓機將輕載: 排氣壓力超高; 氮壓機喘振; 操作員強制氮壓機輕載。三、設備清單方案應根據方案設計的需要，以下清單僅包括必要設備，具體施工方案要根據技術要求及現場情況確保功能實現。名稱型號廠家數量備注PLC控制柜800*600*18001含西門子S7-300可編程控制器、數字量輸入輸出模塊、控制元件、聲光報警器、控制程序等PLC控制軟件專用西門子1西門子控制程序編程專用平臺上位機組態軟件組態王6.53北京亞控科技1組態運行平臺空壓機監控軟件JFK

14、-200P山西極峰1空壓機上位機監測顯示軟件監控臺1400*800天朗電氣1含座椅1把工控機IPC-610研華1酷睿I3CPU,2G內存，500G硬盤，DVD光驅，鍵鼠顯示器S22三星122吋液晶顯示器打印機HP 1108惠普1激光 A4打印機UPS電源2KVA山特12KVA工業交換機lantech臺灣1環網接入預留接口溫度傳感器PT100雷爾達32出口溫度，風包溫度，空壓機溫度電量采集模塊PD8073贏創科技6空壓機電量監測采集壓力傳感器LED-X雷爾達320-2MPa（排氣壓力、風包壓力）氣體濃度傳感器TIDA00056德州儀器16檢測氮氣含量氣體濃度傳感器GYH25中煤16檢測氧氣含量數據通