制氮站控制系统

制氮机的自动化控制系统

一、概述

该空气压缩站服务于新阳煤矿新一采区、新二采区。本系统的目的是对四套制氮机组的生产量、使用量等有关的数据进行实时的采集和存储，并对这些数据进行统计和分析，并提供上位系统做到合理生产，节能降耗。

本系统在结构上分为三层，现场信号层、数据采集层、数据应用层。本系统在技术上能够保证长期稳定运行，全自动地采集和传送数据，投入运行后，对原生产设备无任何不利影响。对有关的数据进行实时的采集和存储，并对这些数据进行统计和分析，提供给领导和部门作为生产指挥与调度的依据。

实现艺流程可视化，气源流向清晰化，能源消耗最优化，报表生成自动化。

1、设备运行工艺：

根据要求，新一采区和新二采区用气量总计172 m3/min。因此空压站选用四台AED355A型空压机，正常时两台使用，一台备用，一台检修；最大用气量时三台同时使用，一台检修。

空压机站的设备由四台压缩空气设备组成，该部分提供充足的压缩空气气源，保证井下所需的压缩空气压力，工作台数由设定的压缩空气参数靠集中控制。系统集中控制信号的采集由空压站的压缩空气分汽缸处设置传感器传输压力、流量信号，传输到集中控制系统，在分汽缸处均设置电磁阀控制，该工艺段设备运行的台数由集中控制设定的参数自动控制完成。优先启动空压机站的空压机，当由于其他

原因致使能力不足需要启动备用气源时，发出信号通知制氮站集中控制启动备用气源。

2、电气设备

电气控制系统技术参数：

电压等级：6kV,两回路线路供电，且接与不同的母线段上。

制氮站由竖井沟6KV变电站分别给每套制氮机组供电，配电柜有完善的保护措施。

3、设备运行工艺：

制氮站的设备按功能划分为压缩空气设备和制氮主机两部分，本设计中设备运行分为空压部分和变压吸附部分。

空压部分的设备总计有8台空气压缩机组成，该部分为变压吸附提供充足的压缩空气气源和作为空压机站的备用气源，保证变压吸附工艺所需的压缩空气压力和压缩空气压力流量，作为备用气源由设定的压缩空气参数靠集中控制。备用气源的开启必须先经过空压机站集中控制发出请求信号和设定的压缩空气参数两个条件决定。系统集中控制信号的采集由设在吸附工艺段和空压站的压缩空气分汽缸处设置传感器传输压力、流量信号，传输到集中控制系统，在分汽缸处均设置电磁阀控制，该工艺段设备运行的台数由集中控制设定的参数自动控制完成。

制氮工艺共有四套制氮机组，制氮工艺段的设备运行台数由集中控制系统根据设定压力、流量参数控制，集中控制信号由设置在氮气分汽缸上的传感器采集。

4、分气缸：

氮气站氮气分汽缸：四个DN125进气口，一个DN300出口下井。

井下分汽缸：一个DN300进气口，二个DN200出口。

压缩空气分气缸：一个DN300出气口，八个DN125入口，一个DN125出口。

5、集中控制系统设备与监测设备设在集中控制室。

二、控制系统配置及结构

1、控制系统结构

控制系统具有三级分层网络结构, 分别使用不同的网络, 有效地提高了通信的效率, 降低了通信负荷。网络系统可提供标准GSM 时钟系统,保证网络总线上的各站时钟同步。控制系统构成中主要是操作柜、监测站和控制中心。

(1) 操作站: 用于运行操作监视和历史数据记录, 进行报表显示以及向上位计算机提供数据服务等。操作站采用Windows XP 作为操作系统的通用PC 机。

(2) 控制中心: 以西门子S7-300为控制中心，采集压风机、高开柜等设备开关信号，根据采集的传感器信号与控制系统信号，根据控制要求，实际全流程控制。

(3) 控制柜: 用于过程I/ O 信号处理, 完成模拟量采集, 实现连续控制、顺序控制和批量控制, 完成实时控制的功能。系统网络包

括Ethernet 、Ethernet 是操作站、工程师站以及上位计算机之间信息数据的传输通道, 符合IEEE 80213 标准, 是系统的开放网络, 通信速率为100Mb/ s。用于进行操作监视及信息交换的双重化实时控制网络, 通讯方式采用总线是控制站CPU 同远程I/ O 节点。

2 循环水系统控制

四套空分设备共用 1 套循环水系统。此系统由 3 台水泵组成, 水泵由6kV 高压电机驱动。正常操作方式为两用一备, 正常情况下(两套空分设备同时运行) 两台水泵运行, 为两套空分设备提供循环冷却水; 当循环水总管压力低于013MPa 时, 由控制系统自动启动备用水泵, 以保证循环水系统稳定供水。在单套空分设备运行、循环水用量少时, 也可以一用一备, 即正常时一台运行, 另外两台中的一台处于备用。

根据用户的具体要求和操作员的操作习惯, 组态完成了水泵房的控制程序, 并通过实际测试, 达到预期的备用控制要求

(1) 循环水系统启动时, 任何一台水泵都能在控制室手动启动(就地旋钮在“自动”位置) 。

(2) 手动启动1 台水泵后, 压力如果正常, 则不能再手动启动第二台水泵(由逻辑控制) , 以防止超压。只有在启动1 台水泵后, 如果压力还低,才能手动启动第二台水泵。

(3) 备用水泵能自动启动(就地旋钮在“自动”位置, 控制系统中的控制方式在“集中自动”) 。电气必须要热备, 以便备用水泵能随时启动。操作员要注意监视备用水泵的“电气允许启动”状态。

(4) 在备用方式的选择方面更灵活, 可以一用一备或两用一备, 界面简单友好, 更容易操作。另外, 应用户的要求, 增加了水泵电机

的电流指示, 以便操作员对水泵负载的直接监控。

3 压缩机组及辅助机组的控制

压缩机组的自动控制在整个仪控设计方面有着极其重要的地位, 因为所有的机组都保留了就地PLC控制器, 并将PLC 的控制功能转移到控制中心。中心PLC 控制器在控制系统组态中加以实现; 并且每个机组的控制要求各不相同。

由控制系统实现压缩机组的全部控制功能,既节约了PLC 购置费用; 同时压缩机组的控制不再是“黑匣子”, 使用户能清晰地了解机器的控制过程, 并且能在中控室方便地监视及控制机组。

4、故障诊断

在压风过程中，由于压力的不平稳，在空压机的运行过程中, 容易出现喘振等意外事故，喘振对机组运行是非常危险的，控制系统应根据空压机输出压力变化频率及速度快速诊断出压风机运行状态，实现安全的防喘振控制,保障设备安全运行。

当压缩机允许加载后, 由控制系统发出指令,激活两个PLC 投入工作。如果在一定时间内(可组态) 检测到N 次(可组态) 超过设定值(可组态) 的压力波动, 即判断为“机组喘振”, PLC 的数字量输出卡相应通道输出报警, 由控制实现联锁, 紧急打开回流阀, 同时入口导叶限位, 实现机组的保护。喘振保护后, 需要重新加载,

5、空压机的自动控制

空压机可在就地电控柜或中控室启动。如果在中控室启动, 须先将就地的启动转换旋钮旋至“自动”, 在收到电控的允许仪控启动空压机信号后,由操作员在空压机启动流程图中用“启动空压机”按钮来启动空压机。预热过程完毕, 操作员可以修改空压机排气压力设定