选煤厂集中控制系统方案.docx
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选煤厂集中控制系统方案
选煤厂集中控制系统
技术方案
无锡军工电力电器有限公司
2010年10月
一、前言
本方案适用于某某某选煤厂生产系统控制,它叙述了设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术说明。
本说明书是无锡军工电力电器有限公司根据整个洗煤厂的控制系统而言的。
结合无锡军工电力电器有限公司在选煤厂集中控制、密度控制及监控系统(编程、调试、服务)等方面的经验,本方案书特向买方提供高质量的符合规范书要求的先进PLC设备和其他相关的自动化及监控设备。
二、技术方案简要说明
某某某选煤厂为**万吨全重介洗煤厂。
它的主洗流程为原煤重介质选煤。
生产过程主要有原煤动筛系统、重介控制系统、煤泥浓缩/压滤、煤泥浮选系统等主要生产过程。
本方案编制原则及依据:
根据***选煤厂实际情况,在无锡军工电力电器有限公司关于选煤厂集控调度系统的多项成果基础上,结合以往本公司的成功经验,设计出符合***选煤厂厂情的技术方案。
在本次方案设计过程中我们本着节约投资、便于施工、先进、可靠、扩展性强、灵活的设计原则进行方案的编制。
(1)先进性
采用计算机与可编程控制器相接合的控制技术,对生产过程进行集中监视、集中控制。
整个系统完成全厂主要生产环节工艺设备起停车、设备运行状态及主要检测信号。
(2)可靠性
对工业控制系统来说,系统的可靠性是安全、高效生产的重要保障,在进行方案设计时,必须系统具有高的可靠性。
整个集中控制系统在硬件、软件的配置上相互关联,功能上各自独立,又可以相互补充和完善。
系统可完成设备运行控制、实时监控生产状态和各种工况参数及设备运行状态等,又可同时利用PLC自身强大的自诊断功能于新型工业软件相结合使本系统可准确诊断生产系统的各种故障及排除情况等。
集控系统不仅具有设备起停、闭锁、顺序控制功能,而且有数据处理及同计算机网络连接的功能。
(3)可扩展性
系统软件和硬件配制及系统结构具有前瞻性。
一方面,为提高、完善现有系统留有充裕的扩展容量。
另一方面,系统必须具有灵活的结构。
整个系统由PLC控制系统、上位工业计算机、工业电视组成一个全方位的计算机集中控制监控系统。
(4)高性价比
一是在设计和选型时多做比较分析,从而使得系统结构、设备选型、系统整体性能具有高性价比。
(5)灵活性
系统具有调整灵活,控制功能完善,数据处理方便,显示操作集中、人机界面友好、安装调试方便、能适应选煤厂生产过程的需要。
根据**集团选煤厂集中控制系统工程要求,本次的集中控制系统工程由以下几个部分组成:
1)集中控制系统
2)密度控制系统
3)闭路监控系统
我们对本控制系统的设计目标是在选煤厂建立以科学管理为基础、减人提效、以最大效益为目标的现代化选煤厂。
根据**集团洗煤厂招(议)标文件的要求,在控制系统的设计过程中,我们采用德国西门子公司的高端产品S7-400系列PLC作为现场控制及数据采集系统的控制主机,对其产品的性能、使用技术已相当成熟,目前在国内很多大中型洗煤厂都有很好的应用。
对它的先进性、可靠性已获得大家的认同。
而且西门子公司的系列PLC在国内、国际有很高的市场占有率,备品备件丰富。
通过以上控制系统的建立为以后选煤厂建立以实践知识为基础的模糊控制选煤厂奠定基础。
生产监控系统工程具体内容如下:
a)乙方为甲方提供施工图设计,设备购置,安装调试等过程。
b)控制室内操作台,工业控制计算机的安装及调试。
c)控制机柜的安装,控制回路的二次接线及调试。
d)电源柜的安装及调试。
e)密度调节系统的各种信号电缆的敷设。
f)密度调节系统设备(包括:
密度计,液位计,远传压力表等)的安装,接线及调试。
g)生产过程控制及监控系统软件的编制和调试。
h)工业闭路监控系统
特别说明:
为了使整个工程节约资金,同时提高甲方技术及管理水平,为甲方培养集控方面人才,将来更好地为选煤厂服务,所以建议本工程安装部分由甲方人员完成,我们提供现场施工图纸,并免费提供现场安装指导。
三、生产系统控制说明
3.1监控系统配置说明
选煤厂生产控制系统由生产集中控制系统、重介洗选系统、闭路监控系统组成。
主要设备有工业计算机、PLC、现场仪表以及执行机构等组成。
集控室内放置组合操作台一套,操作台上配置了2台工业计算机和2台液晶显示器。
工业电视控制主机(硬盘录象机)也置于控制台上。
在集控室放置大屏幕背投以及8台大屏幕电视监视器。
(见集控室效果布置图)。
**集团选煤厂集控室效果布置图
选煤厂生产系统的控制主机采用S7-400的CPU400H作为控制主机。
分别与原煤动筛系统、密度控制系统组成局域网,进行数据共享。
控制主机通过以太网与集控室监控系统相互交换信息。
在集控室内通过工业计算机完成对选煤厂生产系统的控制。
根据控制系统的发展趋势并参照经过实际运行的控制系统的运行方式,在集控室选用两台工业计算机完成选煤厂生产系统(包括重介质密度调节系统)的监控。
工业电视监控系统的控制主机采用1台基于PC平台硬盘录象机。
硬盘录像机(数字式存储)取代传统的模拟录像将是发展的必然趋势,解决长时间录像以时间日期为检索方式,易于保存、降低成份等诸多方面问题。
基于PC平台的VMR硬盘录象机具备标准的视频信号保存和处理能力,录象时间长、可实现实时预览、回放等功能。
而且基于TCP/IP的网络互连,扩展能力强,组态化的配置硬件组成,实现对摄象机、外部设备的控制。
并且(授权的)计算机信息管理系统的终端能够通过局域网控制摄象机、云台。
控制室安装*台彩电1对1显示生产现场的工况而不用切换画面。
现场设立*个彩色摄像机,主要岗位安装全方位云台。
监控系统可以通过以太网将信息上传至信息管理层,整个软件系统及数据库能与甲方的局域网做到数据共享。
实现远程监视,远程监视只能访问现场数据,但不能作报警确认及修改过程设置。
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3.2PLC系统说明
3.2.1西门子系列PLC性能指标
(一)概述
根据标书的要求,在采用西门子公司的系列PLC的方案中,我们采用主分站的方式,其中主站采用的西门子公司的S7-400系列PLC,分站采用的是西门子公司的ET200M分布式模块。
主站和分站之间通过DP控制网络与远程分站、监控系统相连。
通过这种方式组成的网络具有系统稳定,性能价格比高等特点。
(二)ET200M控制分站
分布式控制代表了工业自动化的未来。
在局部水平建立控制,真正实现了用分散的处理器就地实时控制,同时保留主处理器的资源,用于数据管理和监控,分布式控制是一种有效的,节省资金的解决方案,可减少现场总线网络的开销,增加主机的应用机能。
1、优化系统设计
2、I/O任意选择。
ET200M对于分布式I/O控制增加了真正的模块化系统。
ET200M网络上的每一个站都可作为独立的控制器,允许逻辑实际功能分开,从而加快处理时间。
这样作为系列S7-400和I/O产品之间补充,ET200M为用户提供了价位较低的解决方案,以满足各种需要。
3、适合各种应用
模块化设计是西门子产品的标记,ET200M也不例外。
一个ET200M站有一个DP接口单元,通过使用ET20OM所设计的系统能够精确的满足你的应用,并且当你的应用需要变动时,升级也非常方便。
4、专为恶劣环境设计
ET200M的设计能够承受最严酷的工业自动化环境。
ET200M的每一种现场处理器及I/O模块都有坚固,密封的外壳保护,以适应各种环境。
5、改善安装布局
ET200M已带有接线端子I/O系统,可直接连接现场接线,处理控制系统的输入输出信号。
ET200M使用DIN导轨安装,既可水平安装也可垂直安装。
6、特点
☐节省接线
☐优化时间。
☐易于安装和维修。
☐节省备件。
☐降低成本
☐性能灵活。
☐结构开放,可接各种网络。
☐分布式I/O。
☐灵巧,紧凑型I/O模块,带有通用型接线端子底座。
☐DIN导轨安装。
DP接口单元
DP接口单元是ET200M站连接现场接总线的接口。
目前,虽然在自动控制领域有多种现场现场总线协议,但至今还没有形成一种统一的标准的现场总线。
ET200M的解决方案是采用开放式的结构,尽可能多的提供各种现场总线接口,以满足用户和他们现有的工业协议接轨,同时充分发挥新产品的优势。
技术指标
可靠性MTBF大于183000小时
供电电源
额定输入24VDC
电压范围18VDC—30VDC
功率16.8瓦(满负载)
浪涌电流15-50AMP峰值,最长3MS
电源输出6.5VDC±5%
至I/O模块1.4AMP
保持时间10ms(额定输入电压)
开关量输入模块
模块型号6ES73211BL000AA0
SM321DI32DC24V的属性:
•32点输入,电气隔
离为16组
•额定输入电压24VDC
•适用于开关以及2-/3-/4-
线接近开关(BERO)
开关量输出模块
模块型号6ES73221BL000AA0
SM322;DO32xDC24V/0.5A的属性:
•32点输出,电气隔离为8组
•输出电流为0.5A
•额定负载电压24VDC
•适用于电磁阀、DC接触器和信号灯
模拟量输入模块
模块型号6ES71KF010AB0
SM331;AI8x13位的特性:
•8点输入
•测量值精度12位+符号
•可选测量方法:
–电压
–电流
–电阻
–热电阻
•与背板总线接口电气隔离
模拟量输出模块
模块型号6ES73325HD010AB0
SM332;AO4x12位的属性:
•4输出通道
•可将输出通道编程为
–电压输出
–电流输出
•精度12位
•可编程诊断
•可编程诊断中断
•可编程替换值输出
•与背板总线接口和负载电压电隔离
(三)S7-400性能指标
1.电源模块6ES74070KR000AA0
▪用于对SIMATICS7-400的供电
▪用于将AC或DC网络电压转换为所需的5VDC和24VDC工作电压
▪输出电流为4A,10A和20A
2.
CPU模块CPU414-4H
▪用于SIMATICS7-400H和S7-400F/FH的CPU
▪可用于容错式S7-400H系统
▪带一个F运行授权,可以在安全型S7-400F/FH系统中作为安全型CPU使用
▪带集成PROFIBUS-DP主站接口
▪带2个插槽,用于同步模板
CPU414-4H的配置如下:
▪强有力的处理器:
CPU处理每条二进值指令的时间极快,只需要0.1μs
▪1个768KB的主存储器(384KB用于程序,384KB用于数据):
装载存储器用于S7-400HF/FM自动化系统中的应用程序和S7-400H参数化数据,快速主存储器用于与顺序相关的应用程序段。
▪存储器卡:
用于扩展集成装入存储器。
除了程序之外,装入存储器中显示的信息也包括在S7-400HF/FH参数化数据中,因此,大约需要2倍多的存储空间。
这表明:
-集成装入存贮器对于一个大程序是不够的,所以需要一个存储器卡。
RAM和FEPROM卡都适合使用(FEPROM卡在没有通电的情况下也可以用来存储信息)。
▪灵活的扩展能力,最大可达65K的数字量输入/输出,4K的模拟量输入/输出。
▪多点接口MPI:
使用MPI能建立简单的网络,最多为32个站,其数据传输速率为187.5Kbit/s。
CPU能建立最多为64个连接到通讯总线(C总线)的站和MPI站。
注:
如果PROFIBUS-DP接口和MPI接口同时使用,只有下列总线连接器可以和MPI接口相连—有插槽:
6ES7972-0BB40-0XA0,无插槽:
6ES7972-0BA40-0XA0。
▪模式选择器:
设计为钥匙开关。
取出模式选择器可限制对用户数据的访问
▪块保护:
除了钥匙开关外,口令保护可防止非法访问用户程序。
▪诊断缓冲器:
最后,120个故障和中断事件被保存在一个环形缓冲器中供诊断使用。
▪集成式HMI服务:
用户只需为HMI设备规定数据的源和目的地;系统会自动的循环传送这些参数。
▪实时时钟:
把从CPU来的诊断信息标记上日期和时间
▪PROFIBUS-DP接口:
有PROFIBUS-DP主站接口的CPU414-4H能构成高速和简化操作的分布式自动化系统。
从用户的观点来看,分布式I/O和集中式I/O的操作是相同的(相同的配置,寻址和编程)。
注:
如果PROFIBUS-DP和MPI接口同时使用,只有下列总线连接器可以和MPI接口相连—有插槽6ES7972-0BB40-0XA0,无插槽6ES7972-0BA40-0XA0
▪集成式通讯-PG/OP通讯-扩展通讯(简单的和容错的)
3.3系统软件说明
1.PLC编程软件STEP7-5.4
STEP7软件是我们应用的中心,它是一种基于单一数据库架构的工具,并且具有可以解决客户要求的各种问题的即插即用的模块。
所有变量使用一个数据库:
一个具有统一工作环境的开发视图、运动以及控制程序的完整工具箱。
⏹普通用户界面
⏹单数据库(变量参照表,等等)
⏹大量在线帮助,包括一个指南窗口
⏹为最大化生产率而设计的单一环境
⏹可重复使用的预置指令和图形目标的应用库工具箱,大大节省了时间
⏹使用WORD-FOR-WORD编辑,SMART程序合法性检查和程序下装等方法,快速修改程序
⏹测试编辑模块,易于对修改过的应用程序在提交到控制器之前进行测试检查
⏹全局搜索,可在程序和配置的任何部分对任一变量进行查找
⏹用于数据监视的追忆趋势图和用于快速查看特殊数据的数据观察窗口
⏹符号编程排除了为数据点指定内存地址的要求
⏹使用STEP7管理器的系统管理功能提供了版本控制、安全访问和索引追踪
2.监控系统软件--IFIX
Intellution公司是世界领先的工业自动化软件制造商,全球装机超过100,000套,在财富杂志前100名中有85%的工业正在用FIX对过程进行监视和控制操作。
IntellutionDynamics自动化软件提供了目前工业界最强有力的、最完整的自动化解决方案,IntellutionDynamics包括各种高性能的软件组件,为HMI、SCADA、Batch、Softlogic和Internet应用提供一个完整的解决方案。
它集成COM/DCOM、OPC、VBA、ActiveX等最先进现代软件技术,使所有的应用组件都可以无缝集成到一个系统中去,并且数据可以很方便地在网络上共享。
iFix是IntellutionDynamic自动化软件中的HMI/SCADA组件,是基于WindowsNT的对生产过程监视和控制的自动化解决方案,iFix将关键信息转送给管理者和经理手边,使他们能更快更有效地作出决断,为企业带来更加的收益。
iFix4.5全面支持各种版本WindowsXP,4.5版本是为使用中文地区设计的真正的中文自动化软件,它覆盖并提高了早期版本的所有性能,同时又包含了许多新的、重要的功能和结构,用户无需太多的英语及计算机知识就可方便的进行组态、编程及操作。
IFix4.5的优点:
使企业能更快速地对市场需求和生产条件的变化作出反应。
在问题出现之前调整生产状况,避免增加消耗。
精确地监视和控制所有的过程,设备和资源。
使用iFix强有力的开发工具更快更方便地开发和配置系统。
不需编程,接口软件将过程级系统和高层次MES和ERP系统集成在一起。
使用方便的“即插即解决”办法与第三方附加应用程序相结合。
升级和维护应用系统更快,更方便。
在线组态应用,无需关闭应用程序或重新启动计算机。
缩短新产品进入市场的时间。
最大化工厂的效益,增加生产率,减少消耗和浪费。
在企业的各个层次共享数据,帮助各层次管理人员更快更好地作出决策。
在短期内可以见到投资回报
提供了系统组态实列,使学习更加便利。
升级到下一代的软件系统更快更方便。
完全安全的自动化系统,提供100%的数据完整性。
建立在面向未来的工业标准之上,包括VBA、COM、OPC。
iFix软件性能
工作站(Workspace)具有微软Explorer界面风格,简单直观。
独有超级安全容器“SecureContainment”专利技术,统一Dynamics产品开发界面,即使其中的组件、控件出错也不会影响整个系统的正常运行。
内置MSVBA,完全支持VBA6.0,自动生成代码,可作为NT的服务运行,智能感知式帮助体系,在VBA内直接运行程序。
分布式体系结构,远程在线组态,分布式报警、管理、远程历史数据存取、WAN支持等。
完全支持DNA-M,专为开放式工业标准而开发,支持WindowsNT、Windows2000、OLE、ActiveX、VBA、OPC、COM\DCOM及其他技术。
减少开发和维护时间,提供基于NT的全厂SCADA/MES/ERP解决方案,即插即解决(Plug&Slove)结构节约集成时间,降低管理维护成本。
内置PI超级历史引擎,可连接PI超大容量企业级历史数据库。
内置MSSQLServerV7.0,支持iAdo,提供快速数据库连接管理功能。
内置VisiconX,使数据库访问更加快捷。
最新图像缓存技术,画面切换无需等待。
具有项目管理功能,可同时进行多个项目开发。
实时和历史趋势
数据采集和数据管理
灵活的用户定义报表
报警和报警管理(包括AlarmtoODBC)
基于用户的安全管理
扩展的Internet支持
局域网冗余
全面支持多媒体
3.4主要仪表参数
3.4.1主要仪表选型
在本方案中仪表一般选用进口或引进技术生产的仪表,主要仪表选型如下:
1)液位计——采用德国西门子超声波液位计
2)密度计——AMDEL密度计
3)压力变送器——E+H
4)调节阀——Keystone
5)磁性物含量计
3.4.2主要仪表参数
1)密度计——Amdel密度计
主要性能特点:
自动测定并数字显示被测流体的密度或浓度(重量百分含量),显示周期2≤T≥255秒范围内可调。
测量精度:
一般为0.002克/立方厘米;0.2%,较好时可达0.0005克/立方厘米;0.05%。
密度测量范围:
0.5——8克/立方厘米;0~99%。
可测管道尺寸:
Φ50——Φ750mm。
放射源漏量符合国际原子能机构(IAEA)和国际放射性保护委员会(ICRP)标准,安全可靠。
部件组成:
管上密度计主要由放射源室、探测器、电缆、电缆驱动器和信号处理机五个部分组成。
●
放射源室:
放射源为铯——137,一般强度为20毫居里。
发射能量为662千电子伏的伽玛射线。
放射源放在一个双层不锈钢容器内,呈玻璃球状,容器周围由铅组成坚实的防护层衰减射线,使其仅按要求的方向发射。
保护层的屏蔽能力优于NHMRC要求。
放射源室装有一个旋转的安全闸门,保证运输及使用安全。
●探测器:
由闪烁检测器和前置放大器组成。
主要作用是接收与转换(包括放大)辐射脉冲,每一个进入检测器晶体的伽玛射线光子,产生一个输出脉冲,它的电压与入射光子的能量成正比,这些脉冲被放大后,经连接探测器和信号处理机的同轴屏蔽电缆电缆传输。
●电缆:
连接探测器与处理机的专用铠装电缆,金属铠装外套管内载有三根同轴电缆,没根电缆装有一个不可互换插头。
脉冲信号及探测器内的高、低工作电压均由次电缆传输。
仪器所配电缆标准长度为20米。
●电缆驱动器:
信号处理机安装在距离探头位置大于20米的地方,才与要配电缆驱动器,电缆驱动器安装在电缆的尾端,可驱动最长为300米接至信号处理机的信号线。
●信号处理机:
本套仪器的核心部分。
实时计算、显示流体的密度、重量百分浓度,输出端输出相应的4——20毫安模拟电流。
当输入接口接收流量计4——20毫安输入信号时,经自动计算后显示固体流量和干矿累计重量。
工作原理:
射源发射出伽玛射线光子穿过待测物体,根据待测物密度不同而产生衰减,衰减程度与待测介质密度有关。
透射部分被探测器接收,探测器内的闪烁检测器组件和前置放大器将透射的伽玛射线光子转换成一定幅度的电脉冲信号送到信号处理机。
信号处理机根据用户事先校准、标定并存入其内存的一组现场变量值,由探测器送来的脉冲信号,经微处理机计算,在八位发光数码管上周期性地自动显示流体的密度或重量百分浓度值。
2)PMC41压力变送器
工作原理:
采用最先进的电子陶瓷技术,无中介液的干式压力测量技术,厚膜电子技术、SMT技术和PFM信号传输技术。
介质压力直接作用于陶瓷膜片,使测量膜片产生偏移,从而产生电容量的变化,此变化由与其相连的电子部件检测、放大并转换为标准电流信号传输,电流输出信号与压力成正比。
正常的压力使膜片偏移0.025mm;超压时膜片偏移1mm,此时测量膜片贴到了陶瓷支架上并受到保护,避免了损坏。
敏感元件绝对无油;稳定性高,年漂移量优于0.1%满量程;抗过载能力强,过载量程可达量程的100倍;温度漂移小;具有一体式过电压雷电保护装置;抗干扰能力强,其脉冲频率调制输出信号(4-20mA),使变送器具有更强的抗干扰能力。
不受介质特性影响,如:
导电性,介质常数等。
4)Keystone调节阀
主要性能特点:
输入信号:
4-20mA
输入通道:
一个,阻抗250Ω
额定力矩:
250Nm,150KNm;角行程900
灵敏度:
0.5-3%可调整
非线性误差±1.5%
外壳防护等级:
IP65
电源电压~220V+10%/-15%50Hz
每小时起动次数>2000次
使用环境温度-10~650C,环境相对湿度<=95%。
工作原理:
当上位计算机发出控制信号,电动执行机构按照信号大小比例动作,使阀门开到相对应的开度,并将系统开度信号反馈回控制室,从而完成系统调节功能。
5)PROBE超声波液位计
超声波液位计通过测量声波脉冲的运行时间来连续测量介质液位。
高频率的压电陶瓷超声波探头发射聚焦成束的超声波脉冲,到达固体或液体介质的表面后被反射回来。
电子部件通过计算声波信号的运行时间、分析回波信号可以得到一个准确的测量环境图。
探头既是发射装置又是接收装置。
在接收回波信号时,探头就是一个灵敏度很高的压电扩音器。
通过计算声波的运行时间,电子部件准确的计算出探头到介质表面的距离。
这个距离数被转换成与液位成正比的测量信号,同时准确的给出液位高度。
由于声波的运行速度受一定的温度的影响,所以探头也连续测量环境温度,这样,当温度变化时,也能准确地测出液位。
供电或输出信号通过一根两芯导线,输出4-20Ma。
不受介质特性影响,如:
密度,导电性,介质常数等。
自动清理膜片的冷凝水和灰尘。
3.4.3生产系统控制的网络构成
我们在贵选煤厂的控制系统中,采用两层网络结构,控制网和监控网。
控制网采用了GENIUS网。
控制网将完成对所全厂设备运行状态、工艺参数等的数据采集以及设备控制和相关的调节过程。
监控网采用以太网和PLC控制主机相连接,完成生产系统的监控管理功能。
第一层网络为现场控制网,采用PROFIBUSDP通讯。
PROFIBUSDP为S7系列的工业控制网络。
构成的网络最远可达1000米。
可通过中继器延长通讯距离。
第二层网络为监控层,监控层采用以太网。
这种网具有通讯速度快,可靠性高,组网方便,和上、下级网的兼容性好等优点。
3.5监控系统功能
3.5.1监控系统组成和特点
选煤厂生产系统
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