选煤厂集中控制系统设计方案.docx
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选煤厂集中控制系统设计方案
选煤厂集中控制系统
技术方案
军工电力电器
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。
本说明书是军工电力电器根据整个洗煤厂的控制系统而言的。
结合军工电力电器在选煤厂集中控制、密度控制与监控系统（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书要求的先进PLC设备和其他相关的自动化与监控设备。
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。
本方案编制原则与依据:
根据***选煤厂实际情况，在军工电力电器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、设备运行状态与主要检测信号。
（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与设备运行状态等，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与排除情况等。
集控系统不仅具有设备起停、闭锁、顺序控制功能，而且有数据处理与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与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作为现场控制与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、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）控制室操作台,工业控制计算机的安装与调试。
c）控制机柜的安装,控制回路的二次接线与调试。
d）电源柜的安装与调试。
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,接线与调试。
g）生产过程控制与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,同时提高甲方技术与管理水平,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、现场仪表以与执行机构等组成。
集控室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与6台大屏幕电视监视器。
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,整个软件系统与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,但不能作报警确认与修改过程设置。
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与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
•适用于开关以与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的操作是一样的（一样的配置，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
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、运动以与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与计算机知识就可方便的进行组态、编程与操作。
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。
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与其他技术。
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。
置PI超级历史引擎，可连接PI超大容量企业级历史数据库。
置MSSQLServerV7.0，支持iAdo，提供快速数据库连接管理功能。
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
3.6重介质密度参数调节系统
重介密度自动控制系统控制功能的实现采用GE90-30系列PLC可编程控制器为控制主机。
工控机作为人机接口界面，是操作者和系统交互联系的平台，显示密度、压力、液位、执行机构等工艺参数与流程，显示参数对话框，可实现参数的读写功能。
在选煤厂集中控制室人机界面是以IntellutionIFIX为开发平台，采用可视化开发技术进行图形界面的过程处理，实时显示图形，用户界面清晰，在上位机上显示整个工艺参数、工艺流程与设备状态，操作人员可以清晰、直观地监视系统的运行状况。
各种操作均以按钮、下拉菜单、列表框来实现。
立体感强，操作简便，直观舒适。
操作者可用鼠标完成对软件的全部操作。
我们设计的用户界面包括：
工艺流程界面：
显示工艺和运行状态和给煤量等的实时数据，据此可判断现场各设备运行是事业正常；
控制界面：
以常见调节器面板为模板，动态显示各控制量的实时数据和输出值，可以在此界面上修改设定值，密度等参数；
历史查询：
利用FIX的历史数据自动生成功能完成；
参数设定：
当现场情况发生变化时，需要对系统的一些参数，如采样时间、下限、上限等，只有相关人员才有权改动。
控制原理是利用可编程控制器部PID功能块解算密度计、压力传感器以与液位计等现场检测设备的输入信号（4-20mA），将检测到的过程变量与设定值进行比较通过模拟量输出模块输出4-20mA信号来驱动加水调节阀、分流、加介电动执行机构，从而达到自动控制系统压力、密度、液位的目的。
系统主要技术性能：
该系统密度调节工作围1.300-1.900g/cm3
密度调节精度在设定值±0.01g/cm3
压力调节精度在设定值±0.005MPa
为了使重介密度自动调节系统达到智能型须设多个控制回路达到调节重介系统压力、密度、液位的目的。
以下分别介绍各个控制回路：
1#控制回路：
合格桶液位、磁性物含量计回控分流装置
控制目的：
确保循环分选介质的煤泥含量稳定与确保足够的液位满足来料混合条件；煤泥含量调节:
根据密度和磁性物含量计所测量的数据,由程序自动控制分流阀,使其自动调节分流量,保证工艺生产要求
现场环境描述：
合格桶液位、磁性物含量分流装置
工作环境：
厂房；
安装位置：
液位计安装在合格桶上；磁性物含量计安装在合格介质上升管道旁路；
布线方式：
直接由PLC柜敷设屏蔽电缆至液位计，磁性物含量计，执行机构；
设备选型：
选西门子妙声力一体化液位计；ZKJ-410执行机构；MIE-200/1000M磁性物含量计;
安装方式：
需在混料桶上做防虹吸安装桶，由梅格科技设计，安装桶高度待定，建议安装桶上应有架梯和护栏，便于设备安装与设备维护。
2#控制回路：
合格密度计回控加水阀
合格介质密度调节:
根据合格介质泵入料管上的清水阀和合介桶上的补水阀由程序控制自动开或关,实现补水阀粗调,清水阀微调;当悬浮液低于设定值（超低值）时,系统报警,由人工根据现场密度的显示值往合介桶加入介质粉,实现人工调节。
控制目的：
确保混料桶中的分选介质为合格分选介质；
现场环境描述：
合格泵加水阀合格泵出料管中介质密度加水阀；
工作环境：
厂房；
安装位置：
密度计夹装在合格泵出料管壁外，加水阀安装合格泵前入料管侧，接循环水管通过管道和入料管连接；
布线方式：
直接由PLC柜敷设屏蔽电缆经电缆桥架至密度计与加水阀；
设备选型：
选LB444分体式密度计，Keystone调节阀；
安装方式：
按仪表说明书与有关规正规安装，由梅格科技指导，密度计安装高度待定，建议便于设备安装与设备维护。
3#控制回路：
三产品旋流器入口压力回控液力耦合器转速。
合介压力调节:
通过压力变送器检测合介悬浮液压力,由程序自动控制液力偶合器速度,自动调节,保证合介悬浮液压力维持在设定围。
控制目的：
确保入口压力符合分选要求；
现场环境描述：
三产品旋流器入口压力液力耦合器转速管中介质流速
三产品漩流器入口压力；
工作环境：
厂房；
安装位置：
压力传感器安装在旋流器入口管壁外，液力耦合器由工艺定位；
布线方式：
直接由PLC柜敷设屏蔽电缆经电缆桥架至压力传感器计与液力耦合器控制柜；
设备选型：
选PMC41压力传感器；
安装方式：
按仪表说明书与有关规正规安装，由梅格科技指导，压力传感器安装位置待定，建议便于设备安装与设备维护。
4#控制回路：
合格桶液位回控补水阀
控制目的：
确保循环分选介质的煤泥含量稳定与确保足够的循环水与时补充因分离煤泥而损失的水；
现场环境描述：
合格桶液位补水阀合格桶液位
工作环境：
厂房；
安装位置：
液位计安装在合格桶上；补水阀安装在合格桶上；
布线方式：
直接由PLC柜敷设屏蔽电缆至液位计，补水阀执行机构；
设备选型：
选西门子妙声力一体化液位计；
安装方式：
需在混料桶上做防虹吸安装桶，由梅格科技设计，安装桶高度待定，建议安装桶上应有架梯和护栏，便于设备安装与设备维护。
阀门的控制说明:
合介泵入,出料阀,合介密度调节清水阀,合介桶补水阀,固定筛下煤泥分流阀,精煤磁尾泵与中矸磁尾泵入料阀,粗精煤浓缩旋流器组入料阀门等都参加自动控制,其中合介泵入,出料阀参加设备集中闭锁控制,其余阀门可在计算机上单起单停控制。
四．工业电视监控系统
4．1总体技术说明
根据发鑫集团选煤厂的要求，全厂设一套独立的工业电视系统，厂有8个监视点。
在选煤厂集控室通过硬盘录像机监视厂的（8个监视点）重要工艺设备的运行，通过设8台29”纯平彩电分别对8个重要监视点进行监视。
也可通过计算机或大屏幕留览。
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。
通过计算机可以控制摄象机、云台。
主要岗位安装全方位云台。
a）自然条件
所有工业电视系统的设备使用地理环境潮湿，环境温度-10℃-45℃，年平均相对湿度81％。
同时，前端设备安装在生产现场，粉尘很大
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