四个子系统初步方案.docx

瓦斯泵站自动化改造系统总体要求阳煤二矿桑掌瓦斯泵站目前在建4台瓦斯泵，瓦斯泵为单台就地控制方式，没有联网运行，自动化程度低，泵站控制系统没有实现控制闭锁和保护，为减少人为操作隐患和保护系统正常运行，根据实地考察可进行以下自动化改造： 为每台泵的进出阀门和管网阀门进行电控改造，实现阀门的电动运行 为每台泵增加一就地控制箱，采用远程I/O，实现压力、温度、流量等的采集，并实现瓦斯泵启停、电动阀门开闭等操作，同时具备手动操作按钮。 增加一套集控PLC系统，采瓦斯压力、高低压控制及各就地控制箱的信息，实现系统的自动调度，实现各类自动操作和保护，同时具备远程监控功能。 增加部分传感器，包括流量计、压力变送器、温度传感及变送器等。 为进一步施工的详细规划，需要甲方提供桑掌瓦斯泵站设计图纸一份、高压电控柜图纸一份、低压电控柜图纸一份。 安装所需的信号电缆及控制电缆由甲方提供，乙方负责提够电缆型号及长度。技术要求：桑掌瓦斯泵站自动控制系统实现功能如下： 根据管网气压等情况自动控制瓦斯泵启停。 控制各瓦斯泵轮流工作,使每台磨损程度均等。 根据瓦斯抽放标准、供电峰谷段时间划分等情况,合理调度瓦斯泵运行,节省运行费用。 检测瓦斯泵及其电机的工作参数。如:流量、压力、轴温、电机温度、电机功率与工作电流等。 具有参数越限报警、故障报警以及自动保护等功能。 监控中心上位机通过通信线路监测参数和实施控制。 系统具有就地控制、半自动的集中控制和远方控制、全自动控制三种方式的选择。 通过实时在线检测瓦斯泵参数、电机有功功率等参数，对瓦斯泵的各项性能指标进行实时在线检测、绘制实际运行曲线、显示工况点，对瓦斯泵的运行效率、节能情况等进行分析和统计，以利运行在最经济、最节能的状况。 能显示电气系统图等；显示瓦斯泵系统模拟图，可通过菜单进行多画面的切换，并在相关位置以动画、曲线、图表、柱状图等形式直观给各种参数状况。 能生成系统各参数的日、周报表。 能显示查询报警、故障（性质、时间）等。系统运行方式：u 远程控制方式 远程控制可以根据工况设定，以及时间、管网压力、煤矿用电负荷等参数自动开启、停止瓦斯泵的运转，对运行中的各种参数进行实时监控。通过以太网接口向上传送数据，对瓦斯抽放要求进行监测，根据全矿井瓦斯抽放要求、供电负荷调整要求，按预定的工作程序进行瓦斯抽放，实现矿井瓦斯抽放优化控制。并根据运行情况自动控制瓦斯泵的开停。u 就地集中控制方式此种方式下,操作人员可在PLC控制柜触摸屛上实现一键开机,程序自动执行启动的全过程,可大大减轻工人的劳动强度,提高操作的可靠性。u 就地手动控制各设备工作方式打到就地位置时，可直接在开关柜上人工手动控制。此方式主要用于设备检修时。u 自动控制的实现泵站内的瓦斯管网对各个瓦斯抽放泵进行联网，根据瓦斯管网内瓦斯压力传感器,控制系统据此和其它参数合理调度瓦斯泵和控制阀门。由瓦斯抽放需要直接控制瓦斯泵的动作，对管网内的压力检测采用冗余检测，传感器之间互为监视、互为备用。瓦斯泵站的合理调度应包括如下几个方面:1）根据瓦斯抽放要求自动运行瓦斯泵；2)根据瓦斯抽放需要，控制泵运行的台数；3）控制各台瓦斯泵轮流工作,使其磨损程度均等； 系统结构电控设备总体结构包括：高低压配电、变压器、PLC集中控制柜、PLC就地控制柜、工控机、上位机监控系统等组成，其典型的系统总图如下图：（系统结构图）上图中的高压柜台数根据实际需求有所不同，就地控制柜台数和形式也根据实际情况有所不同，一般来说当就地控制量较少，控制流程较为简单时就地控制柜可以采用ET200模块来对就地控制量进行采集，并统一发送至集中控制柜进行控制。当就地控制量较多或者控制流程较为复杂时就地控制柜也应该采用较为简单的CPU模块，以减轻集控PLC负担，保证控制过程顺利完成。PLC集控柜其功能是完成模拟量处理、高压柜通信，以太网通信等技术实现电机的起停控制和过程控制。高低压配电、工控机、监控系统、外围传感器件均为系统通用设备。设备清单序号设备名称规格型号数量单位备注1PLC集控柜含S7-300PLC1套2操作台含操作终端1台3视频监控机含控制软件1台4瓦斯流量计瓦斯气体流量计4台5就地控制箱含ET200远程I/O4台6压力变送器气体5个7电控阀门4台符合瓦斯泵站要求8温度传感器2线制贴片式PT10025个9震动传感器4个10矿用本安型光纤摄像仪KD60024台11监控制软件四方配套1套12编程电缆西门子1个13编程控制器四方配套1台14通讯电缆四方配套1套15控制电缆四方配套1套16动力电缆四方配套1套17其他工程辅材四方配套1套181920桑掌新压风机房自动化系统改造总体要求阳煤二矿桑掌新压风机房，配置螺杆式压风机。目前国内外压风机除了自身带控制系统，其他外围的设备都不具备自动控制功能，形成不了整个系统的智能监控，压风机在运行期间不能有效监控和远程控制，设备参数无法到一目了然，做不到安全可靠运行。压风机系统需采集压风机数据有：电机电流、电机电压、电机温度、电机振动、润滑油压力、润滑油温度、冷却水压力、冷却水温度、风包温度、风包压力、管网压力等，其中有关压风机本身的参数可通过与压风机控制器通讯方式采集，其他需为上述需采集的数据配置合适的传感器，传感器输出信号一律采用标准电量输出。需要增加水池液位计、循环水压力、循环水温度、风管压力、风包压力、风包温度等传感器。对桑掌压风机系统自动化改造要达到以下效果： 各项运行参数实时监测，维运人员一目了然 严谨的逻辑控制，保障系统平稳供风 压风机合理分配时间，做到机器均匀磨损 系统增加多项闭锁与保护，防止人为误操作 可投入自动运行，实现减员增效 增加声光报警与视频监控，增加运行维护人员安全系数 具体改造方式如下： 压风机控制系统总体目标是实现压风机的无人值守自动运行。为此需为压风机系统设计可靠的传感器、电动阀门、PLC控制和远程监控。 增设一台操作控制台，内设PLC与监控PC（或触摸屏）、UPS电源。 PLC负责与压风机控制器进行参数采集，采用RS485通讯方式。 PLC柜通过通信方式控制压风机系统的高压柜。 PLC采集低压供电柜信息，并以硬件节点的方式，控制低压柜中具备电动条件的开关和接触器。 控制压风机输出及管网阀门，其中包含：压风机冷却水进水球阀，压风机冷却水出水球阀，供水球阀，风包排污球阀，水泵房闸阀，对以上阀门进行电控改造。 增加风包温度、风包压力、冷却水温度、冷却水压力、断水保护等传感器。 PLC负责监测和控制上述所有电动阀门的状态和动作。 PLC带有太网通讯模块，负责与综合自动化网络相连。 在系统关键位置安装网络摄像头，实现实时图像监控与实时数据监控相结合。 在控制台与压风机旁增加声光报警装置。技术要求采用西门子S7-300系列PLC作为控制系统。在线通信或硬接线控制等方式进行数据采集与远程控制，负责所有对压风机的监测、控制、启停、保护、轮值以及集中控制。控制系统的主要功能是： 能对各压风机状态进行监测，包括压力、温度、电流、电压等，并处理报警、故障的信息； 能设定工作风压，并能根据风压情况，自动启停压风机； 能自动启停与压风机运行相关的阀门及冷却系统； 能制定压风机轮值机制，实现自动定期轮值； 能够实现用户提供的所有压风机的保护功能（包括一级、二级、风包、冷却水、润滑油、电机温度，一级、二级、冷却水、润滑油压力，断水等）； 能够实现对冷却、水处理系统进行监控，能实现冷却风扇的其他及补充清水、补充自来水等功能。 能实现远程监测和远程控制。上位机监控功能上位机软件运行在控制决策中心的监控平台上，具备强大功能，包括抢先多任务、多线程、即插即用硬件兼容性等。上位机监控软件集成在综合自动化整体系统中。系统通过友善的人机界面和一系列形象生动的画面，来显示实时生产画面、趋势画面、报表画面、复合窗口画面等。其典型的特点：u 生动形象的流程图显示：利用系统提供的基本图形功能和已有的图库以及图形的动态属性可组合成实时动态生产流程画面。u 实时数据的多态显示：在一个画面上可将数据用数值、棒图、折线图、仪表单元图、二维显示图、颜色的变化、闪烁、反转来进行显示，帮助技术人员分析技术参数，排查隐患。u 灵活的复合窗口：用户不必进行画面的切换，就可以显示所需要的复合窗口（小型显示框），例如报警窗口，辅助窗口（操作指令说明）、仪表图窗口、过程参量窗口等。复合窗口可以与其他画面组合，特别是与流程图组合，可构成用户用起来很方便的操作画面。u 易于操作：系统生成的所有操作画面均为中文界面，对于某些操作设备有操作帮助信息，使操作者更容易掌握。在流程图画面上，制作上相应的控制按钮，通过鼠标点击画面上的按钮，就可完成相应的控制。u 历史数据存储与查询：系统对所有参数进行定期存储，存数系统数据库，存入时间为一年，可通过查询历史趋势曲线等方式对历史数据进行任意查询。u 自动报表功能：记录固定时间点的运行数据，对数据进行定期存储和调用，形成符合条件的查询报表，替代人工抄表。控制方式压风系统的控制方式分为手动控制、PLC控制和远程控制。u 手动控制方式:所有压风机、阀门等的开启都是通过按钮或旋钮完成，操作员在专设的操作台上进行控制。风压的控制完全由操作人员根据情况进行参与，不再实现风压闭环控制。u PLC就地集中控制方式:由PLC完成所有压风系统相关电机、阀门、开关柜等的启停控制，实现风压闭环控制，无须人为参与，只需设定风压值，并启动总的启动开关即可，系统将根据风压的上下限设置，自动启停压风机以保证风压在设定值允许的范围内。u 远程控制模式:在PLC就地集中控制的基础上，远程设定风压，并远程控制总的启动开关。系统特点本系统的特点是数字化、自动化、信息化、网络化，能实现远程无人值守自动控制。本系统采用模块化结构，具有很好的维护性和可扩展能力。系统结构电控设备总体结构包括：高低压配电、变压器、PLC集中控制柜、PLC就地控制柜、工控机、上位机监控系统等组成，其典型的系统总图如下图：（系统结构图）上图中的高压柜台数根据实际需求有所不同，就地控制柜台数和形式也根据实际情况有所不同，一般来说当就地控制量较少，控制流程较为简单时就地控制柜可以采用ET200模块来对就地控制量进行采集，并统一发送至集中控制柜进行控制。当就地控制量较多或者控制流程较为复杂时就地控制柜也应该采用较为简单的CPU模块，以减轻集控PLC负担，保证控制过程顺利完成。PLC集控柜其功能是完成模拟量处理、高压柜通信，以太网通信等技术实现电机的起停控制和过程控制。高低压配电、工控机、监控系统、外围传感器件均为系统通用设备。图形界面（压风机控制图）（压风机在线无人值守界面）设备清单序号名称规格型号数量单位1控制台含S7-300PLC一套1套2就地控制箱含ET200远程分站一套2台3监控PC研华610H2台5UPS电源2KVA山特1台6电动闸阀兰陵一体式闸阀3个7电动冷却水球阀兰陵一体式球阀5个8电动补水球阀兰陵一体式球阀2个9风包排污球阀兰陵一体式球阀5个10水池液位计投入式防护等级IP541个11循环水压力变送器10MPa数显2个12循环水温度变送器防水插入式PT1002个13循环水断水保护器5个14温度巡检仪16路温度巡检仪1个15风包压力传感器10MP5个16风包温度传感器贴片式PT1005个17网络摄像头防水红外3台18通讯电缆四方配套1套19交换机四方配套1台20控制电缆1.081套21控制电缆1.041套22控制电缆1.04屏蔽1套23控制软件四方配套1套桑掌热风炉自动化系统改造总体要求阳煤二矿桑掌热风炉为阳煤光远工贸公司正在改造项目，系统包含3台热风炉和一套输煤系统。根据现场考察，系统采用手动控制模式，采集数据仅有温度和电流等有限数据，没有实现数据采集、在线监测、智能控制等现代化矿井建设需求。先对桑掌热风炉项目进行一下改造： 热风炉控制系统总体目标是实现热风炉的远程集中控制与在线监测。为此需为压风机系统设计可靠的传感器、电动阀门、PLC控制和远程监控。 给煤机电控改造，由原就地电控箱控制改为智能控制模式 斗式送煤机电控改造，由原就地电控箱控制改为智能控制模式 刮板输煤机电控改造，由原就地电控箱控制改为智能控制模式 三台热风炉进煤口电控改造，由原来手动机械控制改为自动电控模式 三台热风炉出渣口电控改造，由原来手动机械控制改为自动电控模式 热风炉鼓风机电控改造，由原就地电控箱控制改为智能控制模式 热风炉炉排电控改造，由原就地电控箱控制改为智能控制模式 增设智能控制操作台，实现数据在线监测与集中式智能控制 增设一台操作控制台，内设PLC与监控PC（或触摸屏）、UPS电源。 PLC负责与压风机控制器进行参数采集，采用RS485通讯方式。 PLC柜通过通信方式控制热风炉系统的高压柜。 PLC采集低压供电柜信息，并以硬件节点的方式，控制低压柜中具备电动条件的开关和接触器。 增加炉膛温度、出口负压、出风温度、给煤物料等传感器。 PLC负责监测和控制上述所有电动单元的状态和动作。 PLC带有太网通讯模块，负责与综合自动化网络相连。 在系统关键位置安装网络摄像头，实现实时图像监控与实时数据监控相结合。 在控制台与关键控制单元旁增加声光报警装置。对桑掌压风机系统自动化改造要达到以下效果： 各项运行参数与视频图像实时监测，维运人员一目了然 严谨的逻辑控制，保障系统供热平稳 在线累计热风炉运行时间与效率比较，保障热风炉均匀工作 系统增加多项闭锁与保护，防止人为误操作 改造原手动操作单元为电控操作单元，集中控制，实现减员增效 增加声光报警与视频监控，增加运行维护人员安全系数技术要求采用西门子S7-300系列PLC作为控制系统。在线通信或硬接线控制等方式进行数据采集与远程控制，负责所有对热风炉的监测、控制、启停、保护以及集中控制。控制系统的主要功能是： 简化原有系统的手动操作步骤，采用PLC控制器软件编程的方法完成所有自动控制功能。 能对各热风炉状态进行监测，包括负压、煤物料、温度、电流、电压等，并处理报警、故障的信息； 实现热风炉上煤、给煤、出渣、送风等工作单元远程集中控制 根据热风炉工作流程，能实现远程一键启动热风炉 但保留手动控制模式，当切换到手动模式时，PLC不参与控制，即自动和手动两种控制方式相互冗余。 根据热风炉工作原理，程序设置故障保护单元，实现热风炉工作单元的保护与闭锁 对改造后系统进行设备联动调试、逻辑动作调试、空载试车调试、冷热负荷试车调试 操作台设置HMI计算机监控系统， HMI画面能够提供现场设备、PLC系统、传动系统中的信号显示，并完成相关控制，可以起到辅助操作人员完成对现场设备的调整、监视和观察的作用。HMI计算机采用工业以太网与自动化系统通讯。上位机监控功能上位机软件运行在控制决策中心的监控平台上，具备强大功能，包括抢先多任务、多线程、即插即用硬件兼容性等。上位机监控软件集成在综合自动化整体系统中。系统通过友善的人机界面和一系列形象生动的画面，来显示实时生产画面、趋势画面、报表画面、复合窗口画面等。其典型的特点：u 生动形象的流程图显示：利用系统提供的基本图形功能和已有的图库以及图形的动态属性可组合成实时动态生产流程画面。u 实时数据的多态显示：在一个画面上可将数据用数值、棒图、折线图、仪表单元图、二维显示图、颜色的变化、闪烁、反转来进行显示，帮助技术人员分析技术参数，排查隐患。u 灵活的复合窗口：用户不必进行画面的切换，就可以显示所需要的复合窗口（小型显示框），例如报警窗口，辅助窗口（操作指令说明）、仪表图窗口、过程参量窗口等。复合窗口可以与其他画面组合，特别是与流程图组合，可构成用户用起来很方便的操作画面。u 易于操作：系统生成的所有操作画面均为中文界面，对于某些操作设备有操作帮助信息，使操作者更容易掌握。在流程图画面上，制作上相应的控制按钮，通过鼠标点击画面上的按钮，就可完成相应的控制。u 历史数据存储与查询：系统对所有参数进行定期存储，存数系统数据库，存入时间为一年，可通过查询历史趋势曲线等方式对历史数据进行任意查询。u 自动报表功能：记录固定时间点的运行数据，对数据进行定期存储和调用，形成符合条件的查询报表，替代人工抄表。控制方式热风炉控制系统的控制方式分为手动控制、PLC集中控制和远程控制。u 手动控制方式所有工作单元的开启都是通过按钮或旋钮完成，操作员在专设的操作台上进行控制，PLC不参与控制，热风炉的控制完全由操作人员根据情况进行参与。u PLC就地集中控制方式：由PLC完成所有热风炉操作系统相关工作单元的启停控制，实现闭锁控制和系统保护。u 远程控制模式：在PLC就地集中控制的基础上，远程远程控制总的启动开关。系统结构传动系统与自动化系统间采用点对点信号交换以及PROFIBUS-DP网进行信息交换，完成如正反转信号、使能信号、点动信号及速度联动、电流、速度实际值检测信号、故障等信号的交换。电控设备总体结构包括：高低压配电、变压器、PLC集中控制柜、PLC就地控制柜、工控机、上位机监控系统等组成，其典型的系统总图如下图：（系统结构图）上图中的高压柜台数根据实际需求有所不同，就地控制柜台数和形式也根据实际情况有所不同，一般来说当就地控制量较少，控制流程较为简单时就地控制柜可以采用ET200模块来对就地控制量进行采集，并统一发送至集中控制柜进行控制。当就地控制量较多或者控制流程较为复杂时就地控制柜也应该采用较为简单的CPU模块，以减轻集控PLC负担，保证控制过程顺利完成。PLC集控柜其功能是完成模拟量处理、高压柜通信，以太网通信等技术实现电机的起停控制和过程控制。高低压配电、工控机、监控系统、外围传感器件均为系统通用设备。设备清单序号名称规格型号数量单位1控制台含S7-300PLC一套1套2就地控制台含ET200远程分站一套4台3监控PC研华610H2台5UPS电源2KVA山特1台6进煤电动闸3个7出渣电动阀3个8电动补水球阀一体式球阀2个9炉膛温度传感器PT100炉膛内15个10风温度传感器PT100防护等级IP544个11网络摄像头防水红外6台12通讯电缆四方配套1套13交换机四方配套1台14控制电缆1.081套15控制电缆1.041套16控制电缆1.04屏蔽1套17控制软件四方配套1套181920井下风水液在线监控系统总体要求阳泉二矿矿井下供风、供水、供液管路多数为建矿期间敷设安装。由于井下自然条件恶劣，管路长期受淋水侵蚀、巷道变形、矿井采动压影响而出现跑冒滴漏及一些人为因素，造成采煤工作面、掘进工作面因管路断裂或风、水、液压力不足影响生产的情况时有发生。在井下安装多台监测分站，每台分站连接流量计、水压传感器、风压传感器等。监测分站处于全天24小时自动监测状态，实时动态监测风、水、液管路内输送介质的压力、流量数据。所有监测数据通过井下以太网实时传输到地面监测计算机。上位机可实时显示并保存所有监测数据。当井下管路出现异常数据时，可以通过显示数据判断出故障区域，以便采取正确措施。当水压、液压、风压或者流量超过正常工作范围时，分站即发出声光报警信号。根据二矿井下风、水、液管路的分布情况，确定在水管路上45个关键点设置监测点，每个监测点的监测量有2个，即水压和流量。需为上述需采集的数据配置合适的传感器，传感器输出信号一律采用标准电量输出。需要增加压风管风压传感器、排水管流量传感器、排水管压力传感器、乳化液管流量传感器、乳化液管压力传感器等传感器。对桑掌压风机系统自动化改造要达到以下效果： 对整个矿井井下部分风、水、液管道进行系统监测 根据风、水、液在线监控数据形成有效的数据分析，形成风、水、液管路生动的路径图像显示 根据监测参数能够分析出异常状态，并做出报警提示 根据监测数据能够分析出风水液管路故障地点 根据风、水、液监测数据进行实时显示和记录，为值班人员提供可靠的参考参数 乳化液管压力实时在线监测并记录、分析 乳化液管流量实时在线监测并记录、分析 排水管压力实时在线监测并记录、分析 排水管流量实时在线监测并记录、分析 压风风管压力实时在线监测并记录、分析 在控制台与压风机旁增加声光报警装置。系统结构：因整个系统同时需要监测的数据比较多、地点范围比较广，基本覆盖矿井的生产区域、为方便系统维护和降低成本，本系统采用路径跟踪、定点监测、聚集探测、就近接入的原则对风、水、液管路进行实时监控。系统结构原理图如下：（系统结构原理图）本系统采用井下MA型防爆流量计、压力传感器对管道参数进行数据收集并转换成数字量信号，接入到数据采集分站。数据采集分站经过数据处理，把分散的数据进行整合，转换成RS485信号，再把RS485信号转换成以太网可接收的数据，接入井下环网。通过环网把数据传输到调度中心监控系统，经过调度中心服务器对数据进行分析和处理后，再传输到各个监测分站，形成直观的图形界面和监测数据。数据传输流程如下：(数据传输过程框图)进程与I/O服务器采用双机热备运行方式，通过内部程序进行心跳运算，主备用服务器角色随时转换，当主机出现故障后，备用机在3秒钟之内投入使用。服务器采集到数据经过处理后，发送给历史数据服务器和监测分站。数据库服务器进行数据存储，客户端实时监测数据，并能从历史数据库中提取出数据，生成报表、曲线等。监测点与监测数据：根据二矿井下风、水、液管路的分布情况，确定在水管路上45个关键点设置监测点，每个监测点的监测量有2个，即水压和流量。在液管路上37个关键点设置监测点，每个监测点的监测量有2个，即液压和流量。在风管路上45个关键点设置监测点，每个监测点的监测量有1个，即风压。470水平硐底、5采口、6采口、7采口、8采口、9采口、9采扩区口、11采口、12采口、大巷15个（每1000米一个）560水平560硐底、560中央泵房、西翼口、二南翼口、南北大巷口、8号煤11区口、8号煤12区口、8号煤13区口、3号煤一斜坡、3号煤15区口、大巷10个（每隔1000米1个）主要技术指标： 水管流量测量误差在1.5%，流速范围为0.0112m/s。 水管压力测量误差在2%，范围为05Mpa。 液管流量测量误差在1.5%，流速范围为0.0112m/s。 液管压力测量误差在2%，范围为05Mpa。 风管压力测量误差在1.5%，范围为01Mpa。 供水管路泄漏故障点定位误差在5%（200米）。 水管流量监测点数：90个。 水管压力监测点数：90个。 液管流量监测点数：74个。 液管压力监测点数：74个。 风管压力监测点数：45个。 当管路出现故障时，能够及时报警泄漏报警时间60秒上位机监控功能上位机软件运行在控制决策中心的监控平台上，具备强大功能，包括抢先多任务、多线程、即插即用硬件兼容性等。上位机监控软件集成在综合自动化整体系统中。系统通过友善的人机界面和一系列形象生动的画面，来显示实时生产画面、趋势画面、报表画面、复合窗口画面等。其典型的特点：u 生动形象的流程图显示：利用系统提供的基本图形功能和已有的图库以及图形的动态属性可组合成实时动态生产流程画面。u 实时数据的多