选煤厂自动化方案9.docx

1、选煤厂自动化方案9选煤厂技术方案无锡军工电力电器有限公司2022年4月26日设计单位简介31总述31.1指导思想41.2设计原则51.3设计依据51.4设计内容61.5建设目标62项目简况及功能73计算机集成控制及综合自动化83.1控制层设计方案93.1.1计算机集中PLC）控制系统93.1.2计算机集中PLC）控制系统的组成、结构及通讯93.1.3PLC可编程序控制器）及其模块、机柜103.1.4全厂设备的二次接线原理的设计原则113.1.5计算机集中PLC）控制系统的单机自动化单元123.1.6计算机集中PLC）控制系统的其它功能153.2操作层设计方案163.2.1上位机163.2.2项

2、目师站173.2.3服务器及其它设备173.3计算机集成控制及综合自动化系统软件183.3.1监控软件183.3.2系统平台软件193.3.3数据采集软件203.3.4工业数据库软件203.3.5监控组态软件20设计单位简介1总述二矿选煤厂重介车间于1978年正式投产，投产初期主洗设备为斜轮分选机，后来主洗设备改造为美国进口的浅槽分选机。浅槽重介分选工艺具有分选效率高,分选密度调节范围宽,且易于调节,加之分选粒度范围宽、处理量大,生产过程可实现自动化的特点。但是，局限于改造时的条件，重介车间并未实现生产过程的自动化，随着矿井生产能力不断提升，车间落后的控制系统与生产现状极不适应，主要表现在以下

3、几个方面：1）主控设备技术落后。主控设备是日本光洋的小型PLC，目前该PLC的扩充已达极限，仍不能满足生产线的需要，这就给生产系统的工艺调整和技术升级和带来难以克服的困难。2）自动控制水平低。因为没有安装密度计、液位计、执行器、调节阀等自动化仪表，多年来，重介车间悬浮液比重测定和控制一直采用人工方式，不仅测量测精度低，实时效果差。而且，不能实现自动控制，不易保证精煤质量和和降低介耗。3）原系统不支持网络。因为光洋PLC不具备网络功能，就无法与选煤厂其它车间以及全厂实现信息资源共享，这就成了一个信息孤岛，也成为实现全厂管理手段提升的瓶颈。4）本系统应充分考虑与国阳二矿安全生产综合调度分析系统的对

4、接问题。为了提高重介车间生产工艺对煤质及生产要求的适应能力，就必须提高重介系统自动控制水平。选用稳定可靠的工业自动化仪表及先进的自动化控制系统，不仅可以提高生产率，减轻工人劳动强度、改善作业环境，而且也对实现及全厂的信息共享与管理，也有着重要的意义。1.1指导思想重介自动化建设是一项基础设施项目建设，是一项科技含量极高的系统项目，是企业再造，提升综合生产力水平，增强市场竞争力必须涵盖的改革内容，是企业法人牵头的，决策团队，经营团队的群体“首长项目”。综合信息化建设的过程是建立信息化体系的过程。它包含：组织领导体系、信息化人才培训体系、信息化基础设施体系、安全生产应用体系和技术支撑保障体系。统筹

5、规划，统一组织，分步实施，急用先建，突出重点，慎重投入。充分利用和依靠现有设备、人员和工作基础，满足实际需求，兼顾长远发展，充分合理利用各种资源是综合自动化建设的指导思想。力求使矿井各类信息集成为实现异构条件下的信息联通与共享，功能集成为不同应用系统联动、协调有序运行，避免各自孤立的监控系统不能使信息资源和设备资源得以充分发挥的弊端。使矿井生产安全可靠，有效地预防和及时处理各种突发事故和自然灾害；实现全矿井数据采集、生产调度、经营管理、决策指挥的网络化、信息化、科学化。统一标准和规范。确保指标体系、信息标准、业务流程、系统设备配置、系统软件、通信技术等基本采用统一的标准和规范。采用先进而成熟的

6、实用技术，保证系统的安全性和可靠性。365天，每天24小时正常运行，保证各系统的保密性和安全性。遵循人员培训先行、软件开发先行、设备适时到位，重在应用的原则。1.2设计原则设计总方针是立足信息化大前提，保证系统的先进性、安全性、可靠性，安装、使用和维护方便简单，结合兖矿集团规划的要求，将国阳新能二矿选煤厂综合自动化项目建设成为国内领先、国际先进的一流煤矿选煤自动化、信息化系统。（1）遵循“高起点、高技术、高质量、高效率、高效益”五高原则，力争达到国际先进、国内领先水平，建成煤炭行业企业信息化示范项目；（2）与时俱进、注重实效、全面规划、分步实施、填平补齐、重点突出。适应国阳新能二矿的信息化工作

7、发展需要，既具有先进性，又可靠实用；（3）按照跨越式发展的技术方法，使技术经济指标最优，投入产出比最大。充分利用现有的资源，少花钱、多办事；（4）采用的技术和设备安全可靠、先进实用、系统开放、易于升级，易于扩展；（5）采用现行的国家标准，符合煤炭行业信息化建设总体规划纲要；（6）本着保护用户投资，最大限度地利用用户已成功使用的系统结构，确保不影响这些系统的正常运行；（7）系统建设基于国阳新能二矿计算机网络和通信网络，基于Web、B/S结构，能够与现有综合信息查询软件集成，能够非常方便实现信息联网。（8）操作简单、易于使用、动静结合、图文并茂。1.3设计依据MT500794煤炭工业选煤厂设计规范

8、CECS81：96 工业计算机监控系统抗干扰技术规范 TEC 144 低压开关和控制设备的外壳防护等级 ANSI 488 可编程仪器的数字接口 ISA -55.2 过程运算的二进制逻辑图 ISA -55.3 过程操作的二进制逻辑图 ISA -55.4 仪表回路图 NEMA -ICS4 工业控制设备及系统的端子板 NEMA -ICS6 工业控制设备及系统的外壳TCP/IP 网络通讯协议 IEEE802 局域网标准选煤厂集控装置选择的技术规定试行）煤炭工业矿井设计规范煤矿安全规程国家标准化组织标准ISO） 国际电工技术委员会标准IEC）1.4设计内容综合自动化的内容概括起来就是生产过程的自动化、安

9、全监控的数字化、管理过程的信息化、信息管理的集约化；因此，国阳新能二矿选煤厂综合自动化建设方案可以分为两大部分：1)计算机集成控制及综合自动化2)计算机管理信息网络1.5建设目标总体目标是：通过国阳新能二矿选煤厂生产过程自动化，促进企业综合信息化，即实现数据采集自动化、业务信息集成化、信息管理网络化，最终实现国阳新能二矿选煤厂管理决策科学化、现代化和智能化。遵照“立足高起点、采用新技术、符合国际技术发展主流、适应未来信息化发展、组网灵活方便、控制管理运营性能俱佳”的原则，加速建设涵盖话音、数据、图像、图文、调度等综合信息的交换、传输与处理业务的综合数字网络平台，为实现企业信息化创建功能强大、技

10、术先进、整体覆盖、基础坚实的网络平台。通过基本建设、技术创新、科研攻关、技术引进、合作开发、系统整合等手段和措施，重点强化建设国阳新能二矿选煤厂工业综合自动化体系，完成综合监测监控建设项目，整体提高企业生产工业化水平，推进实现工业生产系统的综合自动化、网络化和智能化。以“建设三层网络结构体系”和“实现管控一体化”为目标，通过对生产系统进行综合自动化建设，实现集中控制、集中调度、集中指挥。以现代企业管理为基础，采用现代信息技术、机算机技术、通信技术、自动化技术，建立集办公自动化、生产经营管理、安全生产监测监控为一体的高度集成信息系统，消除信息孤岛；建设具有技术先进、信息畅通、指挥灵活、综合处理能

11、力强的调度信息系统，使国阳新能二矿选煤厂信息化工作走向智能化、网络化，形成完整的、具有国阳新能二矿特色的企业综合自动化应用模式。2项目简况及功能全厂计算机网络组成大体上可以分为三层结构形式：1.由下至上第一层是控制层，工业以太网交换机、全厂计算机集中PLC）控制系统和快速装车站自动化子系统、自动加药自动化子系统等综合自动化子系统共同组成了光纤工业以太网冗余双网的底层网络；全厂计算机集中控制系统的I/O及各种智能仪表、电机智能综合保护器、微机综合保护装置、各综合自动化子系统的I/O和其它智能监控系统等对现场设备实现运行工矿信息的采集和上传，并负责传达集中控制信号至现场设备，可以完成对现场参控设备

12、的操作、控制、状态监测、信息传输功能和控制指令的传达执行。全厂计算机集中PLC）控制系统网络为现场总线冗余双网，配置1个监控主站和1个监控分站；监控主站为冗余热备配置，通过现场总线冗余双网与监控分站进行通讯；监控主站均通过光纤工业以太冗余双网接入操作层工业以太网交换机，监控主站与监控分站、监控主站与各监控单元之间采用现场总线冗余双网进行通讯和数据交换以实现设备运行信息的上传及控制指令的执行。2.第二层是操作层，主要由交换机、组态监控操作工作站下文简称上位机）、集控平台开发维护工作站下文简称项目师站）、集控系统平台/数据采集/实时工业数据库冗余服务器下文简称冗余服务器）等组成；控制室设集控操作站

13、2台，密控操作站1台，项目师站1台，所有站用工控机选用进口产品，22宽屏液显；所用组态软件授权均选用无限点网络开发版、PLC系统及各生产自动化子系统的数据采集和实时工业数据库服务，以保障系统的安全，各子系统将采集的各自所控设备的运行工况信息通过工业以太网进行上传至冗余数据库，由冗余数据库提供工业数据的历史存储、查询、检索及各类数据的调用；并由集中控制中心实现对整个系统设备及各综合自动化系统设备的集中控制。3.第三层是信息管理层，主要由3COM交换机、全厂管理信息/WEB数据库服务器、防火墙、路由器、选煤厂各信息终端、多功能网络激光一体机等组成；在信息管理层共设14台PC信息终端，各PC信息终端

14、可以根据权限限制在统一的界面下查看全厂的不同信息，并将本部门的信息向信息管理层公布，实现全厂的办公自动化；信息管理网络采用1000M的交换式以太网，具备完成生产技术管理、生产技术检查、调度生产管理、生产计划统计、机电设备管理、物资供应管理、在线监控数据管理、人事管理、工业电视画面显示等管理功能。3计算机集成控制及综合自动化计算机集成控制及综合自动化系统位于全厂网络拓扑的控制层和操作层：3.1控制层设计方案控制层主要由两部分构成：计算机集中PLC）控制系统、综合自动化子系统。3.1.1计算机集中PLC）控制系统1)计算机集中PLC）控制系统具备的功能a.计算机集中PLC）控制系统对生产设备的控制

15、满足选煤厂安全规程的要求和国家及地方有关安全法规和规程的要求，满足选煤厂的工艺特点和生产要求。b.计算机集中PLC）控制系统具有集中程序启停车、远距离人工启停车及就地等多种灵活的控制方式，且各种控制方式均可实现无扰动转换；计算机集中PLC）控制系统的各种控制方式在确保安全的前提下，满足生产、检修、试车、处理故障。c.生产系统的控制按系统、工艺、区域划分。设备之间的闭锁关系通过软件实现。d.具备启车预告、禁止启车、现场和集中控制中心紧急停车等一切保证人身设备安全的功能。e.控制回路中的停车按钮采用自锁式按钮；且现场操作控制按钮箱上的停车按钮无论在何控制方式下都始终有效。f.所有设备就地控制和集中

16、控制的当前控制模式选择由集中控制中心决定；设备控制方式只有在当前控制模式为就地模式时，才能就地开车。3.1.2计算机集中PLC）控制系统的组成、结构及通讯计算机集中PLC）控制系统是全厂集成控制的基础，是由计算机集中PLC）控制系统监控主站冗余热备）和监控分站等PLC系统组成的现场总线网络，通过现场总线的方式进行通讯并由集中控制中心实现集中监控。计算机集中PLC）控制系统监控主站与监控分站、监控主站与自动化单元之间采用现场总线方式进行通讯，监控主站与各综合自动化子系统、监控主站与操作层设备通过千兆工业以太网冗余双网进行通讯。3.1.3PLC可编程序控制器）及其模块、机柜a.PLC的选用选煤厂监

17、控主站选用SIEMENS公司的性能先进的PLC作为选煤厂控制主机，并配置双机热备系统，配备交流净化稳压电源或直流稳压电源且电源冗余，每个模块通道数量应留有20%余量。选用SIEMENS公司生产的性能先进的PLC作为控制主机；配备交流净化稳压电源或直流稳压电源且电源冗余，模块通道数量留有20%的余量。bPLC的模块各种数字量I/O模块的输入输出电压均为24VDC。模拟量模块输入、输出均为4-20mADC，适合两线制仪表信号的输入；各种输入输出均有备用模块。各输入、输出点均有欧姆龙继电器隔离，继电器的辅助触点数量应满足系统要求，且每个继电器都有不少于1常开、1常闭的备用量。每个I/O模块的备用通道

18、数不少于20%。每个监控主站及分站的机架上均不少于3个备用插槽含空槽盖板）。所有备用模块均冷备用。cPLC的布置在每个配电室布置PLC分站机柜，数量视分站模块的多少和外接电缆的数量不同而定柜内各种模块、元器件及接线布置。dPLC供电电源PLC电源装置均选用SIEMENS产品，自然通风冷却，所有PLC均配置直流稳压电源装置。3.1.4全厂设备的二次接线原理的设计原则设备启、停车按钮直接接入PLC，设备间的闭锁等功能主要由软件完成。所有设备均可在集中控制中心单独远距离控制。有保护装置的设备，保护装置动作时，影响安全生产的，通过硬接线立即停车，故障信息送入PLC；对安全生产不构成威胁的，PLC发出报

19、警信号，由操作人员选择故障处理方式。各配电室的集控系统设备电源取自本配电室的380V/220V低压开关柜，均配置交流净化稳压装置或直流稳压装置。设备的现场操作控制按钮箱a、所有设备均设现场操作控制按钮箱，每个按钮箱可根据现场设备的安装布置位置和容量的大小安装一对或两对启停车按钮和相应的指针式电流表；现场操作控制按钮箱安装电流表后IP防护等级不发生变化，电流表放置箱内时现场操作控制按钮箱设透明观察窗。电流表选用420mA DC模拟量输入信号，此信号由电动机智能综合保护器GT500提供，电流表与GT500之间的连接线缆线径1.5mm2。设备的停车按钮需同时具备系统“禁止启车”的功能。b、现场控制按

20、钮箱内的所有电气元件均选用施耐德产品，按钮、指示灯选用上海二工品牌产品，端子排选用菲尼克斯产品。c、电液动闸阀、电液动推杆/翻板及电动平板闸门的现场操作控制按钮箱热过载继电器通过现场硬接线的方式对驱动电动机进行保护；接近开关通过控制中间继电器对现场硬接线的方式对闸阀、推杆/翻板、闸门的极限位置进行保护，其状态由中间继电器无源接点送入PLC2点）；远程控制由集中控制中心通过PLC经隔离继电器KA点动触发控制电液动闸阀、电液动推杆/翻板驱动电动机正反转后由接触器实现自保。电液动闸阀、电液动推杆/翻板及电动平板闸门控制装置输入输出接口：开关量输入接口2路：远程控制正转、远程控制反转。开关量输出接口3

21、路：断路器位置状态、开到位、关到位。所有电液动闸阀、电液动推杆/翻板及电动平板闸门要求均能实现远程控制和就地控制，集中控制中心和现场均能选择控制模式的切换，控制模式、断路器开闭状态、接触器分断状态、开/关到位均要在控制箱上显示，且状态信息都送入PLC。d、所有设备就地控制和集中控制的当前控制模式选择由集中控制中心决定；设备控制方式只有在当前控制模式为就地模式时，才能就地开车；设备的控制模式在现场的按钮箱上用不同颜色的信号灯显示。3.1.5计算机集中PLC）控制系统的单机自动化单元A无压三产品重介旋流器介质密度监控单元：a、循环介质密度自动控制系统：无压三产品重介旋流器介质密度高于给定值，会导致

22、精煤产品灰分高而不合格；介质密度低于给定值，会导致精煤产率低，造成浪费。因此在无压三产品重介旋流器选煤过程中选择当前先进的数学模型控制算法来控制介质密度并使其稳定在某一给定值上，且调整时间的长短满足招标方的工艺要求，以保证精煤产品的质量和产率。调节系统由射线密度计、磁性物含量计、无压三产品重介旋流器介质密度监控单元下文简称旋流器PLC）、分流箱及执行器、清水比例调节阀等组成。射线密度计和磁性物含量计直接安装在无压三产品重介旋流器的入料管路上,用以测量生产中的合格介质的密度值，输出均采用20mA DC模拟量信号。由射线密度计测得密度信号送到旋流器PLC，与设定密度值进行比较，形成偏差信号，旋流器

23、PLC采用模糊控制与其它先进控制方法相结合的策略消除系统调节响应时间过长和介质浓度等大滞后环节的不利影响。当悬浮液密度测量值大于设定值时，旋流器PLC向清水比例调节阀发出信号，在合格介质泵的入料管加水，使其密度趋于设定值；当测量密度值小于设定值，向合格介质桶中补加介质，并关闭清水比例调节阀；当密度符合给定要求时，关闭清水比例调节阀。b、介质粘度自动控制系统：调节系统由密度计、磁性物含量计、旋流器PLC、分流箱及执行器等组成。当磁性物重介质的特性稳定时，随着煤泥含量的增大，其悬浮液粘度也随之增大，悬浮液的流变粘度主要取决于煤泥的含量。一般情况下，主选重介质悬浮液的煤泥含量控制在4050%左右。密

24、度信号、磁性物含量信号送旋流器PLC，通过计算得出各密度级的煤泥含量。当煤泥含量高于设定值时，旋流器PLC向分流箱执行器发出信号，加大合格悬浮液的分流量，直至悬浮液粘度达到设定值；当煤泥含量低于设定值时，旋流器PLC向分流箱执行器发出信号，减少合格悬浮液的分流量，甚至不分流以提高煤泥含量，保证煤泥含量在设定范围内快速趋近设定值直至等于设定值。c、旋流器入口压力自动调节系统：由压力变送器、旋流器PLC、变频调速器、介质补加系统等组成。安装在无压三产品重介旋流器入料管上的压力变送器将测量的压力信号传送到旋流器PLC，旋流器PLC对所测压力与设定值进行比较，如果所测压力小于设定压力，首先PLC系统根

25、据合格介质桶液位信号，比较介质桶液位与设定液位的高低，若液位低于设定值，旋流器PLC向介质补加系统发出信号，向合格介质桶补加合格介质和清水，直到压力达到设定值；其次若介质桶液位不低于设定值，旋流器PLC输出正偏差信号，增加变频器的输出频率，入料泵的出口压力增加，即增加旋流器入口压力；如果旋流器入口压力大于设定值，旋流器PLC输出负偏差信号，减小变频器的输出频率，旋流器入口压力降低，从而保证旋流器入口压力的基本恒定。d、介质桶液位控制系统：由压力式液位计、旋流器PLC、介质补加系统等组成。压力式液位计测得液位信号，将液位信号送给旋流器PLC，经旋流器PLC运算，当合格介质桶的液位低于设定值时，旋

26、流器PLC向介质补加系统发出信号，向合格介质桶补加合格介质和清水，直到液位达到设定值；当液位过低时，系统发出报警信号。e、在主厂房内不设介质密度、粘度等集中控制中心，正常生产时采用在集中控制中心操作的方式。B斜轮分选机介质密度监控单元a、循环介质密度自动控制系统：斜轮分选机介质密度高于给定值，会导致块精煤产品灰分高而不合格；介质密度低于给定值，会导致块精煤产率低，造成浪费；所以在斜轮分选机选煤过程中选择当前先进的数学模型来控制介质密度并使其稳定在某一给定值上，且调整时间的长短必须满足工艺要求，以保证精煤产品的质量和产率。调节系统由射线密度计、斜轮分选机介质密度监控单元下文简称斜轮PLC）、电液

27、控闸阀等组成。射线密度计直接安装在斜轮分选机的入料管路上, 用以测量生产中的合格介质密度，输出均采用20mADC模拟量信号。由射线密度计测得密度信号送到斜轮PLC，与设定密度值进行比较，形成偏差信号，斜轮PLC采用模糊控制原理，对测量值和设定值的偏差值进行比例、积分、微分即PID）运算。当悬浮液密度测量值大于设定值时，斜轮PLC向清水电液控闸阀发出信号，在合格介质泵的入料管加水，使其密度趋于设定值；当测量密度值小于设定值，向合格介质桶中补加介质。b、介质桶液位控制系统：由压力式液位计、斜轮PLC、介质补加系统等组成。液位计测得液位信号，将液位信号送给斜轮PLC，经斜轮PLC运算，当合格介质桶或

28、稀介桶的液位低于设定值时，旋流器PLC向介质补加系统发出信号，向合格介质桶补加合格介质和清水，直到液位达到设定值；当液位过低时，系统发出报警信号。c、在重介排矸车间内不设介质密度等集中控制中心，正常生产时采用在集中控制中心操作的方式。C筛网沉降离心机2台）单机自动化单元筛网沉降离心机共2台，自带控制设备西门子S7-200系列PLC），筛网沉降离心机与其它设备的闭锁关系由计算机集中PLC）系统实现，其系统控制的设备运行的各种工况信息均能通过现场总线冗余双网进行上传并由集中控制中心进行实时监控。D破碎机4台）单机自动化控制柜重介排矸车间4台破碎机均自带控制柜，具备电机智能综合保护瑞安工泰GT500

29、）、失速监测等功能，其运行参数、工作状态、运转模式、保护信息、失速状态等均须送入重介排矸监控分站并对破碎机实现集中控制。3.1.6计算机集中PLC）控制系统的其它功能底流泵、循环水泵、合格介质泵、稀介质泵、煤泥水泵、生产清水泵、滤布冲洗泵、高压冲洗泵等进出口都装有电液动闸阀；有开闸门和关闸门两种方式，均有开到位和关到位的接近开关进行保护其状态送入PLC）。各类水泵除满足与其相关工艺设备的闭锁关系和受工艺要求的PLC控制外，还达到以下功能:a.水泵集控开停车时，电控液动闸阀按照水泵开停车的要求进行开闭。b.水泵集控由全厂生产控制系统的PLC完成，也可进行单机单起停。c.每只阀门不仅能集控开闭，也

30、能手动开闭；运转模式由集中控制中心决定。d.全厂所有的电控液动闸阀附近都要安装就地操作箱，阀门的运转模式集控或就地）、闸阀开到位、闸阀关到位都要在箱上显示同时送入集中控制系统的PLC。e.电液动闸阀的电气主回路及控制回路均安装在就地操作箱内。f.电液动闸阀在就地操作箱内都有起到过流、短路保护作用的低压塑壳断路器及电动机保护装置；断路器和电动机保护装置的位置状态都送入PLC。g.通过安装在各集水坑/水池的水位电极，自动控制水窝水泵、滤液泵、离心液泵的启停，高位开泵、低位停泵。每台泵旁均安装一台水泵自动开停控制箱，泵的启停受该箱控制，不受PLC的控制。h.集中水坑/水池的电极液位计都是2种状态低、

31、高）。每台泵不仅能自动运行，也能自动/手动开停车。运转模式由水泵自动化控制箱上的开关选择。i.各液位的高低由现场自动化控制箱上的指示灯进行显示，其液位信号送入PLC；各台泵的工作状态、模式不仅在控制箱上显示，同时送入集中控制系统的PLC。全厂工艺参数的检测仪器仪表及各种显示/监测装置类型包括：A：液体流量、密度、压力、液位、非磁性物含量、灰份、仓位、水位电极等；B：各种皮带保护、按钮/指示灯、接近开关、限位开关等。各种参数信息均送入集中控制系统PLC并上传至集中控制中心进行监控，同时在现场也应有液位、压力、仓位等显示箱通过LED显示装置进行同步显示。3.2操作层设计方案主要由工业以太网交换机、组态监控操作工作站/工业电视监视系统操作工作站/调度信号系统操作工作站上位机）、集控平台开发维护工作站项目师站）、集控系统平台/数据采集/实时工业数据库冗余服务器、网络打印机；操作层为千兆工业以太网双网络结构，设置2台冗余服务器用于提供集控系统平台软件运行和PLC系统及各生产自动化子系统的数据采集和实时工业数据库服务，以保障系统的安全，各子系统将采集的设备信息通过工业以太网进行实时上传至冗余数据库，由冗余数据库提供工业数据的历史存储、查询、检索及各类数据的调用；并由集中控制中心通过冗余服务器对整个系统设备及各综合自动化系统设备实现集中控制。3.2.1上位