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数字化矿山系统

1.概述  “数字化矿山”是随着计算机技术、微电子技术、信息技术和网络技术的迅速发展近几年提出来的新概念。“数字化矿山”是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现,是一个能够真实反映矿山本体、矿山开发与运行过程的“虚拟矿山”。数字化矿山是以计算机及其网络为手段,把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表述和深加工,应用于各个生产环节与管理和决策之中,以达到生产方案优化、管理精细化和决策科学化的目的。数字矿山的特点为基础信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化、决策处理集成化。  (1)数字矿山自下而上可分为以下七个主层次:    1) 基础数据层,即数据获取与存储层。数据获取包括利用各种技术手段获取各种形式的数据及其预处理;数据存储包括各类数据库、数据文件、图形文件库等。该层为后续各层提供部分或全部输入数据。    2) 模型层,即表述层。如空间和矿物属性的三维和二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实动化模型等。该层不仅将数据加工为直观、形象的表述形式,而且为优化、模拟与设计提供输入。    3) 模拟与优化层。如工艺流程模拟、参数优化、设计与计划方案优化等。    4) 设计层,即计算机辅助设计层。该层为把优化解转化为可执行方案或直接进行方案设计提供手段。    5) 执行与控制层。如自动调度、流程参数自动监测与控制、远程操作等。该层是生产方案的执行者。    6) 管理层。包括MIS与办公自动化。    7) 决策支持层。依据各种信息和以上各层提供的数据加工成果,进行相关分析与预测,为决策者提供各个层次的决策支持。  (2)数字化矿山的系统组成:    1)机械机构和设备、电子和电气设备。    2)传输与通讯系统。    3)监测与控制系统。    4)数据存储与处理系统。    5)界面与展现系统。    6)决策与管理系统。  (3)通讯与传输系统:    1)光缆系统    2)UTP/STP以太网    3)CAN工业总线    4)232/485总线    5)GPRS/WIFI/ZIGBEE等多种无线通讯  (4)数据存储与处理系统:    1)采用主流的MS-SQL和MySQL作为核心数据库;    2)数据库经过优化和改进设计;    3) 数据库支持热备份和冷备份;    4)优化过的数据库提供高效的数据存储和查询等各项应用  (5)界面与展示系统:    1)采用跨平台的JAVA技术与B/S架构构建整体软件应用系统;    2)采用领先的SVG技术提供高效和美观的图形展示界面;    3)软件界面可依照客户要求定制  (6)系统平台集成以下自动化系统:    1)矿用提升自动化系统;    2)井下排水自动化系统;    3)井下通风自动化系统;    4)井下人员定位系统;    5)选矿过程自动化系统;    6)矿井充填自动化系统  我国的数字矿山建设刚刚起步,正处在快速发展阶段,同兴实业自动化将密切跟踪数字矿山技术前沿,为实现矿山自动化-信息化-数字化质的跨越而不懈努力,为我国数字矿山建设做出新贡献!   2.矿用提升自动化  ● 矿井提升机控制系统 提升机(卷扬)是矿山的主要设备,是井上与井下的连接通道,这就意味着在控制系统中最重要的指标就是安全。另外提升机还有很大的节能空间,传统的提升机依靠串电阻调速,大量的电能消耗在电阻上,造成了电能的浪费。 核星系列提升机控制系统采用矢量变频器或直流调速器驱动,通过回馈反馈能量达到节能的目的;PLC作为系统的控制单元,对所有的安全联锁点进行监测,保证安全。  1、功能概述 系统提供三种运行方式:手动,半自动,全自动运行。  手动运行:依靠提升司机的人工操作来完成运行。  半自动运行:由信号系统发出运行指令(包括运行方向、停车位置等),提升司机只需按下确认键,整个提升过程由主控制单元系统自动完成。  全自动运行:通过信号系统发出指令,由主控制单元系统统一管理并控制提升机自动完成任务,完全无需人工操作。 系统的主要功能包括运动控制、数据采集及监视、人机交互、安全和保护。下面给出具体功能:  2、系统组成  (1)传动部分  变频调速系统:对于交流电机,传动部分采用高性能变频器为提升机提供强劲动力输出,并且根据需要可选择不同的制动方案(电阻制动或回馈制动或两者兼有)。其中,回馈单元采用加拿大技术,工作稳定,有完善的短路保护,允许在电网波动大的场合使用。通过以上系统可实现下列优点:起动力矩大,功率因数98%以上;启动及加速电流小,减轻了对电网的冲击;无级调速,可实现提升机的恒加速和恒减速控制,很好的防止提升机过卷和过放事故的发生;变频调速制动安全可靠;可减少钢丝绳在加减速、制动时受到强大拉力伸缩的伤害,延长钢丝绳的使用寿命。  直流调速系统:对于直流电机,传动部分采用高性能直流调速装置为提升机提供强劲动力输出,通过改变电枢电压来实现调速。直流调速系统主要分为6脉动和12脉动两种,其中12脉动有12脉动串联和12脉动并联两种方式。直流调速的特点是,无级调速、机械特性硬度不变、调速范围大。  (2)控制部分  控制部分采用的中心器件为高性能PLC系统(西门子、AB等品牌的中大型PLC均可采用),提升参数与液压站控制分模块化编程,负责对信号系统的请求进行响应、对提升司机的操作进行处理、对系统的状态进行监视、对系统的安全进行保护,并通过计算输出的S型曲线来完成整个提升运行过程,从而实现完美的加减速控制。另外,控制部分还采用高分辨、色彩度好的触摸屏来完成整个提升系统的操作和监控(也可通过高性能的上位计算机来完成系统的远程控制和监测)。  (3)检测部分  采用双脉冲编码器同步测量电机转速,并转换成提绞距离,显示在提升司机及各个中段信号箱的人机界面上。采用高精度磁感应开关来检测各个停车位置,并进行自我校核。通过编码器、磁性开关与优秀的控制算法达到完美、准确地的停车位置。采用高精度的检测开关来完成系统所需盘闸磨损、疲劳、偏摆、闸瓦间隙等的检测,并与主控系统进行系统连锁。   3、系统框图 (以西门子S7-300系列PLC为主控制器+变频器为例)提升机控制系统结构框图  ● 矿井提升信号系统  信号系统是矿山安全生产的重要环节,也是保障矿山安全的最有利武器,随着电子信息技术的飞速发展,信号系统已从原来单一的模拟信号(响铃)方式到现在的信息显示、语音播报、组网通讯为一体的数字化集成系统。  1、我公司生产的核星系列提升信号系统具有以下特点:   全数字化 核星系列提升信号系统集信息显示、语音播报、信息处理、联动控制于一身,矿井各个中段信息实时采集并上传,同时又可以将提升机动态信息下传到各个中段,从而实现井中与提升机信息互通,达到井中安全联锁控制的功能。   先进的控制方式 核星系列提升信号系统采用ARM7处理器作为主控制芯片,全不锈钢金属键盘作为输入设备,户外防水LED汉字屏全面显示提升机实时信息与信号状态,并分别与锁罐开关、安全门等安全点联控。   可扩展性 标准配置的信号系统为13个中段,如果实际中段数目小于13可在系统中屏蔽多余中段数目,如果实际中段数目大于13则系统可以扩展中段,最多可以扩展到64个中段。   通用性 核星系列信号系统具有很强的通用性,可以与核星提升机系统组成全自动提升控制系统,也可单独使用,同时可以与其他品牌的提升机系统组合。  2、核星系列提升信号系统主要由以下几部分组成:   信号主控:信号主控的作用是与信号箱通讯,收集各个信号箱所发出的命令,监视各信号箱状态,并实时显示及发出声光报警,以供操作工做出正确的判断。           信号箱:信号箱位于矿井各中段处,不仅为主控提供中段的状态信息,也为中段操作人员提供操作的人机界面。它具有较强的通讯能力,实现与主控间双向通讯。 信号箱主要由不锈钢箱壳、不锈钢金属键盘、LED状态显示器、状态指示灯、主控制器等组成。其中,不锈钢金属键盘、LED状态显示器、主控制器均取得了实用新型专利证书。   外围传感器:主要检测各中段的外围设备的状态,包括阻车器、摇台、安全门、罐笼锁等,并将这些数据采集至信号主板,通过通讯参与到卷扬提升机系统的安全运行中,更好的提高设备的安全性。  3、井下公共广播系统  井下公共广播系统是矿用提升系统的重要组成部分,可以实现提升机运行状态自动播报和由井口机房人工控制的信息播报,能让井下的人员及时准确地了解各种信息,保证人员的安全。  用于井下特殊环境的公共广播系统,采用井口集中控制、播音设备井下分布安装的手段,并采用防水性语音设备,提高系统可靠性、稳定性。  系统组成  井下公共广播系统由井上机房的PLC控制系统、语音播报控制板、功率放大器以及分布在井下各个中段的音柱组成。  井下公共广播系统由机房的PLC控制系统根据提升机的运行状态给语音播报控制板发送指令,语音控制板播报相对应的语音,然后通过功率放大器放大信号送到井下各个中段的音柱进行广播。另还可通过话筒进行喊话功能。    3. 井下排水自动化系统  井下水泵是矿井中非常重要的一个设备,对工矿的安全生产起着举足轻重的作用。但国内矿井下主排水系统仍采用继电器控制,水泵的开停及选择转换均由人工完成,这已经严重影响井下排水水泵的管理和经济效益的提高。  为保证排水系统可靠、稳定、合理地运行,及时发现水泵运行系统中存在的隐患;为保证对水泵实行数字化监控,同时实时监控泵房各水仓的水位,为矿各级领导和职能管理部门及时、准确地掌握水泵实时运行状态。因此,对井下泵房水泵建立一套自动排水系统具有十分的必要性和重要性。  1、系统功能  实施井下排水自动化系统具有以下功能:  (1)可依据水池水位起停水泵,提高水泵的有效利用率,大大降低生产成本。  (2)可减少看护人员,实现无人值守,相应减少工资投入,并可充实设备维护检修队伍,提高维护质量,减少事故发生,提高设备的使用率。  (3)可保证安全生产,改善工作环境,提高劳动生产率。  (4)可有效地保护水泵电机等设备,延长使用寿命,减少事故停机时间,提高排水能力。  (5)通过安装的摄像头可实时查看排水现场的工作状况,做到数据与实时图像相结合,能更直观、形象的观测井下泵房的情况。  2、系统工作原理   在泵房设一台控制柜,采用主流PLC控制,通讯协议支持TCP/IP协议,实现无缝接入现有综合自动化环网内。 地面画面组态采用组态软件进行组态显示,有整个泵房的总体运行画面,有单个泵的运行画面,有历史曲线、报警记录、参数设置、状态查看、操作帮助信息、水泵的运行画面等。  数据自动采集主要由PLC实现,PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位,将变化的信号进行转换处理,计算出单位时间内不同水位段的上升速度率,从而判断矿井的涌水量,控制排水泵的启停。电机电流、水泵温度、电机温度、排水管流量等传感器与变送器,主要用于监测水泵、电机的运行状态、超限报警,以避免水泵和电机损坏。PLC的数字量输入模块将各种开关量信号采集到PLC中作为逻辑处理的条件与依据,控制排水泵的启停。  当水位上升时,水位传感器将信号传至变送器,由模块将信号转变为模块的数字信号后,送至PLC。PLC对水位做出判断,超过规定水位,先后发出打开气路电磁阀指令、水路电磁阀指令和电动闸阀指令,完成水泵的启动过程。如果水位上升较快或水位到达另一规定的数值时,启动另一台水泵,直到水位符合预设的要求。在启动水泵时选择空闲时间最长的一组,实现水泵的合理调度。  上述由采集模块采集的数据,通过光纤传至远端地面控制计算机上,远端计算机同步显示水泵的运行状况。需要远端控制中心控制时(具有控制权限),远端计算机将指令通过光纤发送到现场PLC,由现场PLC控制相应的设备完成预定动作。  3、系统组成  本自动化系统以PLC作为控制核心,通过PLC检测水泵设备和传感器等的信号,控制水泵、阀门等设备和执行器。系统主要组成包括PLC控制柜、水泵起动柜、传感器、执行机构和就地控制箱等五部分。   4.井下通风自动化系统  井下通风系统是矿井中非常重要的一个系统,对工矿的安全生产起着举足轻重的作用。矿井主要通风一般有压入式(正压式)、抽出式(负压式)和混合式三种,我国大多数矿井通风主要采用抽出式通风。井下通风自动化系统是一套适于矿井下使用的新型矿井通风安全监控及信息管理系统,该系统通过实时监测矿井风压、风量、通风机功率、轴承温度、电机绕组温度以及通风机开停、反风等状态信号及时发现矿井通风异常情况,发出报警信息,传送至信息管理中心,按相关预案使隐患得到及时有效处理。系统可以根据实时监测到的风量不足或风机停止运转信号,通过矿端监控系统给出报警信息,并根据预先设定切断相关区域动力电源,强制撤出人员,停止生产作业。系统软件还具有矿井需求风量核定计算功能,便于对矿井通风风量实施动态管理。  1、系统组成  系统设备由与矿井主通风机性能监测有关的传感器、变送器、数据采集传输装置及PLC控制装置、矿端计算机监控站、风机控制柜以及监测监控设计软件和信息联网软件等部分组成。  系统如上图所示,由PLC作为系统的控制器,通过PLC远程控制监控配电柜、变频柜、风门等,确保风机的安全运行。变频器控制以硬接线为主,通讯作为数据监控。系统操作台上配有触摸屏、指示灯以及按钮,可以在操作台上控制变频的启停以及闸门开关,触摸屏可以监控数据状态,查询历史数据,选择要启动的风机。系统配置有工控机来实现远程的监测控制。系统网络传输采用以太网传输方式,稳定快速。2、系统功能  通过本系统可以实现矿井通风机风压、风量及其它安全参数的实时在线监测,并能定期核定计算矿井实际需求风量,对矿井风量和产量进行定期动态分析,为监管矿井超通风能力生产提供了新的技术手段。具体功能如下:  1)实时监测矿井通风机总风压、风量数据;  2)实时监测通风机电流、电压、有功功率;  3)根据实测风量、风压计算风机有效功率及风机效率;  4) 根据各矿井风机提供的电机绕组温度传感器及轴承温度传感器实时监测温度数值,当风机故障时,给出预警信号;  5)监测主通风机开停状态;  6)显示上述监测参数的数值和动态图形;  7)上述监测数据的存储、查询和报表打印功能;  8)主通风机停止运转或矿井风量不足,超通风能力生产时,给出预警信号并能实时控制,切断相关区域动力电源;  9)向上一级网络系统信息中心传送全部监测参数;  10)矿井需求风量核定计算,并对矿井风量和产量关系进行动态分析。   5.井下人员定位系统  井下人员定位系统以现代无线电编码通讯技术为基础,应用现代无线电通讯技术中的信令技术及无线发射接收技术,结合流行的数据通讯、数据处理及图形展示软件等技术。系统能够及时、准确的将井下各个区域人员和移动设备情况动态反映到地面计算机系统,使管理人员能够随时掌握井下人员和移动设备的总数及分布状况;系统能跟踪干部跟班下井情况、每个矿工入井、出井时间及运动轨迹,以便于企业进行更加合理的调度和管理。  1、系统组成  该系统由软件系统和硬件二大部分组成。  软件系统:包括应用软件和嵌入式软件两部分,用于完成信息采集、识别、加工及其传输,由这两部分软件共同支撑着整个系统的运行。  硬件系统:由井下读卡分站、电源、数据传输接口、标识卡和服务器组成,用于完成人员及车辆井下位置信息采集。井下读卡分站:安装于井下各监控点,读取周围空间的标识卡,并将读取的数据传输到上位机;标识卡:人员携带或安装在移动设备上,用于移动目标的身份识别,井下读卡设备同标识卡进行无线通讯来读取信息;数据传输接口:连接井下设备与监控室的计算机,完成通讯信号的转换;电源箱:内装备用电池,为井下设备提供稳定的不间断电源;服务器和管理软件:实现对井下人员及设备的跟踪定位信息的采集、分析处理、实时显示、数据库存储、报表打印等功能。  2、系统功能 井下人员定位系统可以实现的基本功能包括:  (1)显示、查询井下情况。 任一时间井下或某个地点人数,及每个人的身份; 查询一个或多个人现在的实际位置及某个人在任一时间的活动轨迹; 查询有关人员在任一地点的到达、离开时间和总工作时间等等一系列信息,可以督促和落实重要巡查人员是否按照规定的时间、地点的进行各项检查工作,减少事故发生因素; 对某些危险及重要场所的禁入、警告; 可实现网络共享,对多个用户通过权限设置,可查看权限内信息; 具备考勤功能,可查询一个或多个人每天入井次数,在井下工作时间等。  (2)随时查看井下人员在坑道内的实时动态分布,根据井下的实际情况制作相应的动态图,使井下人员分布情况一目了然。  (3)遇突发事故,可随时查询事故区域的人员分布及人员身份,能及时调动相关人员处理事故及撤离,可为抢险救灾提供准确资料。  (4)抢险时更准确快速识别遇险人员具体地点和位置,提高抢险效率和救护效果。  3、系统特点  系统具有传输距离远、识别无“盲区”、信号穿透能力强、对人体无电磁污染、环境适应能力强、便于网络连接远程监控、故障自我诊断等特点,使矿方真正实现井下人员全自动化安全管理的目标。  (1)零漏读/误读 系统在无线编码发射器和采集控制器之间采用先进可靠的无线通讯交互方式,保证了当批量人员同时通过采集控制器时,也不会发生漏读、误读情况,保证了数据的准确性。  (2)多用户浏览及联网功能 系统软件采用B/S网络架构,可以分配多个不同权限用户,客户端不需要安装任何程序,即可在网络终端浏览及了解相关信息。  (3)自动考勤及入井身份核实 实现人员出入井的自动考勤。并通过入井身份核实功能,确保入井人员身份唯一性检验,杜绝人员替岗、非法身份入井等现象,特别对外包队人员的变更实现有效管理。  (4)安装调试简单,易于维护和管理 对于井下作业人员来说,无需培训及特别要求,易于操作和被作业人员接受。  (5)双向信息呼叫功能,满足矿方综合管理的需要系统可以向目标发出呼叫信息,如一般呼叫、紧急呼叫、撤离呼叫等信息;可以呼叫一个特定目标,也可以呼叫多个目标(群呼);信息可以在第一时刻立即传达到每一个人,实现实时信息传递。紧急情况下,井下人员还可以通过便携式卡向系统发出呼救信号,从而得到其他人员的及时救助。   6.选矿过程自动化系统  选矿过程自动化系统 选矿过程自动化系统采用先进的控制技术与控制思想,将工业自动化、计算机控制、选矿工艺相结合,是一套融控制技术、通讯技术、网络技术、计算机技术于一体的复杂的大型控制系统。该系统具有自适应、自寻优的功能,能够对选矿生产过程进行优化控制、优化运行与优化管理,使生产连续、稳定、高质和高效。针对不同矿山、能够在稳定选矿生产过程、保证生产指标的前提下,提高设备的生产作业率,节能降耗、降低工人的劳动强度,提高企业的经济效益和综合管理水平。  系统特点:   1)多种关键参数检测、显示和控制使系统更精确、更完善;   2)专家系统、模糊控制、神经网络控制等先进控制理论使控制效果达到最佳;   3)自动、手动、软手动等多种控制方式,使系统更加方便管理;  4)高可靠的仪表组合使系统长期可靠、稳定运行;  5)优秀的控制软件使系统更具智能化;  6)系统组态以动画方式动态显示工作流程,以趋势图、棒图、数据库等形式反映生产数据,具有报表、打印等功能。  (1)破碎自动化系统  破碎工序是选矿作业的第一道工序,该工序能否稳定正常的工作直接影响后续作业。破碎自动化系统通过对油温、油压的检测,实施对破碎机安全工作状态的分析和报警;通过对破碎机负荷的检测和分析,实施破碎机优化给矿的控制;通过对料仓料位的检测和各破碎机能力的分析,实施自动布料和破碎机负荷优化平衡控制;此外还对主要皮带的跑偏、打滑实施控制,以及对相关设备实施逻辑连锁与保护控制。确保整个系统安全、稳定、高效的运行。  破碎设备间实现电气联锁保护,包括全流程集中连锁启停及局部连锁,设备启停顺序遵循“逆流程启动,顺流程停车”的原则进行。  破碎生产的控制包括:圆锥破碎机的给矿控制;矿仓综合自动布料;矿量自动监测;皮带状态监测;金属物自动监测;除尘风机的自动监测与控制。  系统特点:多参数检测和控制使破碎系统运行稳定可靠;采用了先进的DCS控制系统;自动、手动的切换功能使系统更加方便管理;高可靠的仪表配置使控制系统使用更持久;优秀的控制软件使系统更具智能化;人性化的组态画面使操作更加简单方便。  (2)磨矿分级自动化系统  磨矿分级是选厂耗能最多、成本最高的环节,也是直接关系到产品质量和产量的重要环节。磨矿分级自动化系统采用先进的控制方式,通过对磨机负荷和给矿性质等因素的综合分析判断,实现对磨机给矿、磨矿浓度、分级溢流浓度和粒度的优化控制,磨机球荷球比的分析和调整,磨机油路润滑系统的安全保护等。同时,系统还实现磨矿分级作业参数的自动检测、显示和各种故障报警,最终使磨矿分级作业始终在最优的状态下运行。  磨矿分级设备之间实现电气连锁保护,设备启停按工艺流程顺序设定并设有延时,使大功率设备不同时启动,减轻供配电系统的电压波动,根据工艺自动启停、调节相应水路阀门;根据料仓料位及磨机给矿量大小自动切换磨机给矿设备,保证磨机满负荷工作。  磨矿生产的控制包括:磨机分级优化给矿控制;磨矿分级给水控制;螺旋分级机的控制;旋流机的控制;矿浆池的液位检测。  系统特点:通过对磨机磨音频谱分析、磨机功率检测、分级机电量检测等多种方法综合分析判断磨机状态并指导控制,使系统运行稳定可靠;模糊控制+PID调节的先进控制方式使控制效果达到最佳;可实现局部与全系统的监控级自动/软手动、仪表盘手/自动、现场人工操作等多种操作方式;先进的控制系统和高可靠的仪表组合使系统使用更耐久;系统为厂级管理、全过程自动化控制设计了必要的软件接口与界面;人性化的组态画面使操作更加简单方便。(3)浮选自动化系统  浮选是最重要的选矿方法之一。据统计,90%的有色金属矿用浮选法处理。浮选法还广泛用于稀有金属、贵金属、黑色金属、非金属如煤等矿物原料的选别。浮选药剂的添加量的大小、准确与否以及浮选槽液位的高低与充气量的大小都直接影响着产品的数量、质量及效益。传统的人工调节方式既不准确也不及时。而浮选自动化控制系统的应用,不但克服了人工调节的缺点,而且通过对浮选过程的稳定控制与优化控制,降低了浮选生产的能耗与药耗,提高了精矿产量、质量,增加了金属回收率,为选厂带来直接的经济效益,同时减轻了岗位工人的劳动强度。  浮选自动化系统主要包括浮选机加药的自动控制;浮选过程中矿浆浓度、流量等参数的检测和控制;浮选槽矿浆液面的检测和控制;浮选过程中充气量的检测和控制;浮选矿浆品位的检测和控制;浮选效果的自动分析等。  系统特点:采用了先进的DCS控制系统;自动、手动的切换功能使控制系统更加方便管理;高可靠的仪表配置使系统运行更持久;优秀的控制软件使系统更具智能化;人性化的组态画面使操作更加简单方便。(4)浓缩脱水自动化系统  浓缩脱水自动化系统能够保证浓密机高效、安全运行,使密机底流浓度稳定、降低能源消耗,保证安全稳定的运行。浓缩脱水自动化系统包括浓密机浓度的控制及浓密机状态监控、絮凝剂自动添加控制、浓密机溢流水浊度检测、脱水过滤设备工作状态监控等。

污水处理自动化系统

1.概述  污水处理厂的自动化系统由PLC站与监控操作站控制管理系统组成的自控系统和仪表检测系统两大部分组成。前者遵循“集中管理、分散控制、资源共享”的原则;后者遵循“工艺必需、先进实用、维护简便”的原则。  我公司做的污水处理厂自动化系统本着质量可靠、技术先进、性价比高的原则,充分考虑技术进步和系统的扩展,采用分层分布式控制技术,发挥智能控制单元的优势,降低并分散系统的故障率,保证系统较高的可靠性、经济性和扩展性,从而实现对各现场控制设备的操作、控制、监视和数据通讯。 2.系统构成  本自动控制系统以标准的、开放的工业以太网作为系统主干网络,配以高性能、高可靠性的现场控制站组成,中间节点采用工业以太网冗余交换机,构成了自控系统的光纤冗余环状网络结构。络结构。  ◆PLC控制站  PLC现场控制站用于现场各车间数据采集与控制,采用高性能PLC,并配有UPS电源。每个控制站的PLC将监测和控制有关区域的所有设备和过程,并且通过TCP/IP以太光纤环网与监控计算机相连,中控室能够观察到厂内重要设备的运行状态和工艺参数,完成对现场设备的操作与控制、参数的设置和修改。  1.根据需要可设立了8个PLC分站和一个远程泵站:  PLC1:配电室中心分控站,监控配电中心的电气设备运行状况和各种电力参数。  PLC2:进水泵房分控站,监控进水泵房中的提升泵、粗格栅、细格栅等设备的运行状况和各种液位、进水流量、进水COD、PH等参数。  PLC3:1#氧化沟分控站,监控1#氧化沟中的搅拌机、推进器等设备的运行状况和溶解氧DO、污泥浓度MLSS等参数。  PLC4:2#氧化沟分控站,监控2#氧化沟中的搅拌机、推进器等设备的运行状况和溶解氧DO、污泥浓度MLSS等参数。  PLC5:鼓风机房分控站,监控鼓风机系统的运行状况及进风管压力等参数。  PLC6:污泥泵房分控站,监控污泥泵房中的剩余污泥泵、污泥回流泵、二沉池吸刮泥机等设备的运行状况和液位、污泥界面、污泥浓度MLSS等参数。  PLC7:脱水车间分控站,监控脱水车间中的污泥脱水机、压榨机、输送机等设备的运行状况和污泥流量等参数。  PLC8:加氯间分控站,监控加氯间中的加氯设备的运行状况和出水COD、氨氮、浊度SS等参数。  2.远程泵站:提升泵站,监控提升泵站内的提升泵、粗格栅等设备的运行状况和液位、进水流量等参数。该泵站与厂区的监控系统通过电信公司的2M光纤进行双向通讯,便于远程监控和优化调度。 ◆上位监控系统上位监控系统是指在厂区的中心控制室对全厂的设备和工艺运行情况进行监控,它是通过通讯系统采集到系统内各个站点的设备工作状态和各种与调度、控制有关的工艺参数,根据整个系统的运转情况,进行统一调配、控制。上位监控系统包括监控计算机、上位监控软件、模拟屏、电视墙、网络通讯系统、不间断电源及打印机等。上位监控系统主要功能:(1)全厂数据的采集;(2)全厂设备的优化调度;(3)报警处理和记录;(4)事故记录;(5)数据存贮和数据库管理;(6)工艺流程、实时参数、趋势图及故障显示;(7)报表生成。 ◆仪表系统 仪表系统是对物质的成分及物理特性等进行分析和测量的仪表,是现代工业生产过程中进行自动监测和自动控制,以达到优质高产、节能降耗以及保证安全生产和保护环境的目的。自动分析仪表是污水处理系统中对一些复杂化学成分进行检测的常用仪表,如污泥浓度计、总磷检测仪、氨氮检测仪、COD检测仪等。主要包括:超声波液位计、明渠流量计、PH计、溶解氧检测仪、污泥浓度计、氨氮检测仪、COD检测仪等。   3.系统特点  (1)由于控制设备的分布特点及控制的独立性,采用现地元件层实现自动化仪表的数据采集,采用现地控制单元实现了相对独立设备的本体控制;从而大大减轻了操作员工作站、监控操作站的负荷,有利于各级控制设备监控功能的合理分配和利用。  (2)由于各现地控制单元相对独立,并且能够脱网独立运行,特别是在集控层总线网络瘫痪时,能够保证现地单元可靠地运行,大大提高了控制系统的可靠性。  (3)采用分层分布式控制方式,使得总线网络的通讯负荷减少、通讯误码率大大降低,解决了数据通讯的瓶径问题,同时使网络结构更清晰、检修维护更方便;采用分层分布式控制方式,该控制系统具有更好的扩展性,若需对系统扩展,只要将接入相应的网络层中即可,不会影响到集控层网络的运行和操作。 4.系统控制方式  (1) 控制方式设计为:就地手动控制优先,在此基础上,设置远程遥控和自动控制。控制级别由高到低为:现场手动控制、遥控控制、自动控制。  (2) 现场手动模式:设备的现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程”开关选择“就地”方式时,通过现场控制箱或MCC控制柜上的按钮实现对设备的启/停、开/关操作。  (3) 遥控模式:即远程手动控制方式。现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程” 开关选择“远程”方式时,操作人员通过操作面板或中控系统操作站的监控画面用鼠标器或键盘选择“遥控”方式并对设备进行启/停、开/关操作。  (4) 自动模式:现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程”开关选择“远程”方式,且现场控制站的“自动/遥控”设定为“自动”方式时,设备的运行完全由各PLC 根据污水处理厂的工况及生产要求来完成对设备的运行或开/关控制,而不需要人工干预。5.分控站设备控制功能  受控对象包括粗、细格栅、提升泵房、除砂器、搅拌器、推进器、刮吸泥机、鼓风机、污泥脱水机和仪表等设备,其输出状态信号均为开关量。其中鼓风机和刮吸泥机在中控室只能监视其运转,控制操作需在现场工作站进行,其余设备可在中控室进行控制。 (1)粗、细格栅 粗格栅、细格栅前后各安装了1台超声波液位计,通过格栅前后的液位差来反映格栅阻塞程度,并传输到PLC控制器,进行分析计算。当液位差超过预设的数值,控制格栅运行,清除垃圾,保障正常过水,且合理的减少了设备磨损。粗、细格栅还可根据设定的启停时间间隔自动控制格栅的启停。 (2) 除砂器 细格栅后一道工序--沉砂池除砂器则根据设定的运行周期(如每隔0.5h启动1次)自动控制开机。 (3)水下搅拌器和推进器 厌氧池和缺氧池水下搅拌器和推进器设定为“手、自动”运行状态后将连续运行,除非故障报警或手动停机。 (4)提升泵 为实现进水提升泵的自动控制,在集水池安装了2台超声波液位计,用 以测量集水池的液位,实时传输到控制站及上位机,进行系统分析,通过工作站中设置的参数对提升泵的运行自动控制,集水池共设置4台提升泵,三大一小,根据提升泵房的液位值,与预设的值进行比较,自动判断决定启动泵的类型和数量。 (5)生化池风管调节阀 控制站根据生化池内DO2、DO3的值与设定的给定值比较,根据偏差和变化趋势调节风管调节阀的开度,使生化池的溶解氧保持在给定值。系统设置了调节阀最小开度保护和溶氧超限报警。 (6)回流泵 通过控制站中预设的参数对污泥回流泵的运行进行自动控制。系统设置了低液位保护,液位过低系统将强制所有的泵停机并报警。 (7)进水流量和pH计 从沉砂池出来的污水流经巴氏计量槽,此处的超声波流量计记录瞬时流量和累计流量,瞬时流量如超过设定的上、下限值则报警;细格栅前的pH计可同时自动检测进水pH值和水温,如这两个模拟量超出测量范围也会报警。 (8)二沉池刮吸泥桥 从好氧池出来的泥水混合物都进入一座中心配水周边积泥的结合井,并通过结合井将污水均匀配至4个二沉池; 二沉池采用中心进水、周边出水辐流式沉淀池,每池设1台全桥式机械刮吸泥桥。由于比重不同,在二沉池中停留一段时间的泥水混合物即进行分离,上清液溢进出水槽作为出水排放,而沉降后污泥靠刮吸泥机吸向污泥泵房。

热网自动化系统

1.概述  我国幅员广阔,南北气候差异极大,黄河流域及北方区域的供热基础及发展潜力极大,长江流域供热需求日益强烈。对于百姓生活,供热俨然成为刚性需求、民生工程;对于政府施政,供热已然成为硬性要求、民心工程。  由于我国供热规模不断扩大,供热系统运行、管理跟不上供热规模的发展,导致绝大多数系统仍然处于手动操作阶段,现场的数据采集大都采用常规仪表定期检测、定期记录,供热调节也大都由各供热站手动实现。应用这种管理方式,管理人员在厂内无法及时知道现场仪表的运行情况,数据的准确性和实用性很差,因此依靠所测数据进行的供热调节往往滞后严重,从而影响了集中供热优越性的充分发挥。这主要反映在:  (1)缺少全面的参数测量手段,无法对运行工况进行系统的分析判断;  (2)系统工况失调难以消除,造成用户冷热不均;  (3)供热参数未能在最佳工况运行,供热量和需热量不匹配;  (4)故障发生时,不能及时诊断故障,影响可靠运行;  (5)数据不全,难以量化管理。  针对以上缺点,设计一套安全可靠、灵活稳定的集中供热网监控系统对电厂能够合理调节热网和进行有效的技术经济管理,具有十分重要的作用。因此,热网自动化系统建立就应运而生,其中西门子公司提供的全集成热网数据采集与监控系统即热力SCADA(Supervision Control And Data Acquisition)系统,享有颇为丰富的工程应用案例。2.热网自动化系统的特点  热网自动化系统的建立具有以下优点:  (1)节能降耗  通过这个系统可以节省热源能量消耗、节省热源厂初投资、节省运行电力消耗。  (2)绿色环保  这个系统可以做到降低二氧化碳的排量、避免粉尘污染、减少水量消耗。  (3)保护资产  这个系统可以延长设备使用寿命、延长管网使用寿命、保护家装家具老化。  (4)运行安全  这个系统可以做到无人值守,24小时跟踪保障;可以及时响应,快速处理故障;可以全面掌握信息,及时分析,排除隐患。  (5)舒适健康  这个系统可以避免室内外高温差引起的用户身体不适;可以避免用户冷热不均,影响工作和生活质量;可以按生活作息规律,适时调整采暖供热量。   3.SCADA系统的特性  西门子的全集成热网数据采集与监控系统(SCADA系统)具有以下特性:  (1)系统的扩展性 SCADA有能力增加或扩充至供热系统的理想规模,换言之,它将能随项目的进展,根据需要增加连接的控制器及操作工作站数量。  (2)通讯的多样性 SCADA系统需要足够的开放功能,这样热力公司可以选择不同的通讯协议。通常热力公司在发展的不同时期,采用多种通讯协议。  (3)系统的标准性  在结构和通讯方面的采用开放的标准,提高了和其他系统的兼容性(数据交换或和第三方系统集成),同时提高了选择使用不同通讯系统的灵活性。而且,标准的通讯接口意味着不同种类的控制器可以被集成到同一个自控系统中。  (4)系统的开放性  热源和热网输配系统的自控需要协调统一,步调一致,实现无缝连接。  (5)系统的先进性  先进的自控产品和系统,以及先进的管理理念的采用,是热力系统经济高效运行的保证,更是热力公司盈利和提高客户满意度的保证。  (6)系统的长期性  这一系统将具备长期使用性和系统扩展性,因而保证其可用性和适用性,对保护投资者的利益至关重要。  (7)系统的可靠性  自控产品及系统的可靠性和有效性,对于热力公司的安全和效率是至关重要的。  (8)系统的专业性  自控技术的实现并不困难,但专业的热网监控系统,才能通过对热网热量、流量、温度、温差、压力、压差的控制来平衡和合理分配能源,真正实现热力系统高效运行。4.SCADA系统的组成   西门子SCADA系统已经在中国和许多欧洲国家得到应用,并且在中国的应用数量正在增加。系统组成如下:   (1)管理层(管理调度级)   硬件:管理调度级由连接外围设备的服务器、管理机、终端机、打印服务器以及通讯模块、UPS等构成;   软件:上位机管理软件、编程软件、调试软件。   (2)自控层(现场控制级)   硬件:现场自控系统由RTU控制柜、通讯设备、电气控制柜组成。其中,自控系统含有控制器、扩展模块、通讯卡、人机界面及相关附件组成。   软件:由编程软件、调试软件、组态软件、控制程序、组态画面组成。   (3)现场层(现场执行级)   传感器仪表:由管道温度检测仪、室外温度检测仪、管道压力检测仪、管道压差检测仪、水箱液位检测仪组成;   计量类仪表:由热表、水表、电表等组成;   执行类设备:由温度调节阀、压差平衡阀、补水电磁阀、泄压电磁阀、驱动变频器等组成。   其中,管理调度级向现场控制级发送组态信息及控制命令并接受由现场控制级上报的数据和报警信息;现场控制级则根据管理调度级的命令设置仪表并读取数据向管理调度中心发送;现场执行级测量相关物理量上传至现场控制器,并接受控制器发出或转达的管理层指令。通过上述设备的协调工作,最终实现全网安全、稳定、高效的运行。   5、SCADA系统的解决方案 ◆上位监控系统解决方案 1)西门子SCADA系统的上位监控系统主要特性: ●可通过友好的、直观的显示界面在图形级浏览器上显示集中热网系统热力站工艺参数,其中热网图形子库为热网专用,并且通过城市管网的地理地图可直接方便的显示整个热网系统。 ●除了图形显示外,对象浏览器可快速处理工艺参数,所有参数很容易进行查询和修改(例如可对各热力站的供热温度进行设定)。 ●报警显示单元为操作员直接提供紧急的、近期的报警信息可根据带有显著的颜色标题栏显示重要的信息。 ●趋势分析显示单元可分析热网的性能,可允许在线及非在线方式将趋势数据输出到其它系统,以便进行进一步的分析。 ●为节省热网的能量及提高热网的经济效益,一个重要的特性是根据不同的用户提供不同的供热调度。时间调度功能可根据时间的周期按照实际的热量进行调节供热。 2)西门子SCADA系统的上位监控系统软件功能: ●换热站浏览 ●趋势浏览 ●报警浏览 ●时间调度功能 ●数据趋势功能 ●日志浏览 ●报告 ●WEB支持 ●便于系统集成 ●其他特殊应用 3)西门子SCADA系统的上位监控软件相关产品: ●WINCC SIMATIC WinCC基于Windows平台,能提供完备的监控与数据采集功能,涵盖单用户系统直到支持冗余服务器和远程WEB客户机解决方案的多用户系统,WinCC是跨公司垂直集成交换信息的基础,它采用了工厂智能,可以实现更大程度的工艺过程的透明性。 ●DESIGO INSIGHT Desigo insight是西门子针对热网自控行业专门开发的上位机监控软件,能通过多种接口和各换热站进行数据交换,在调度中心可以设置换热站控制参数(供水温度设定、气候补偿曲线设定、供回水压差设定、回水压力设定),可以授权用户控制换热站机组的运行。Desigo insight具有报警记录、日志记录、趋势记录和报表功能。Desigo insight可提供多种和第三方数据通讯接口,如DDE\OPC\ODB\OLE DB\Modubus等。可方便地实现和多种控制器连接。 ●PVSS PVSS是西门子公司在全球范围内针对为大尺寸地理域伸展和分布式设计所开发的广域SCADA系统解决方案;其灵活和柔软的扩展使其成为标准的IT平台,从而更好地适用未来广域SCADA系统的技术需要。PVSS采用跨平台解决方案,涵盖单用户系统直到支持冗余服务器和远程WEB客户机解决方案的多用户系统,PVSS是跨公司垂直集成交换信息的基础,它采用了工厂智能,可以实现更大程度的工艺过程的透明性。  ◆换热站自动控制解决方案 (1)综述 采集换热站机组的温度、压力、水箱液位、除污器压差、室外温度、流量、热量、电量等信号,换热站现场控制器负责采集并显示这些信号(包括循环泵、补水泵的手自动状态、运行状态、故障状态),并对二次网供水温度和二次网回水压力、二次网供回水压差等进行独立就地自动控制,并能与电气配合实现换热站自动运行,并能够将现场控制信号通过RTU远程终端控制系统上传至监控中心,实现中央控制 (2)换热站常用控制功能 ●换热机组具有气候补偿和恒温供水功能 ●自动补水 ●自动卸压功能 ●二次侧循环水供回水压差控制 ●二次侧循环水网防汽化保护 ●开机自检功能 ●顺序启动及泵阀联锁 ● 来电自启满足无人值守功能 ●失压保护 ● 断电保护 ●超温保护 ● 超压保护 ●监测水箱液位 ● 自动监控热网参数 ●热量平均分配和最大用热量限制 ● 时间控制程序 ●温差限制 ●远程自动抄表 (3)换热站自动控制中相关西门子产品 (4)人机界面 (5)编程工具 应用西门子SAPRO专业编程软件开发工具及其热交换器专用功能块,使应用程序开发更加专业。同时,程序可以通过以太网通讯口或电话下载到控制器。 调试软件 应用西门子SCOPE专业调试工具进行现场调试,它使控制器的操作和设置文档变得更加简单高效。 POL638控制器的系统拓扑图

其它控制系统

橡胶坝自动化控制系统 1、系统概述 系统由手动、自动两部分组成。可实现手动自动两种操作方式。手动操作方式可对系统充排气过程进行单步操作。自动操作方式由PLC系统自动完成。PLC自动控制系统是由橡胶坝上游水位和坝袋内压力控制运行,系统将借助水位传感器和压力传感器连续采集橡胶坝上游水位值和坝内压力值自动完成充坝和坍坝过程。2、工作原理 充气过程:橡胶坝在正常运行状态当橡胶坝上游挡水位低于设计值或由于气温降低坝袋内压力低于压力设定下限时,PLC将执行自动补气,执行充坝程序,过程如下:充气阀门将自动打开,变频器控制风机自动运行,开始向坝袋内充气;当橡胶坝充至挡水高度或坝袋内压力达到设定上限值时,变频器控制风机自动停止工作,进气阀门自动关闭,系统进入保压状态,充气过程结束。 1)控排气过程:当橡胶坝上游水位超过设定坍坝水位需坍坝行洪或因空气温度升高坝袋内压力超过坍坝设定值时,PLC将执行自动排气程序,过程如下:排气阀门将自动打开,开始排气;当上游水位或坝袋内压力低于正常设定值时,排气阀门自动关闭,完成坍坝过程。 2)控紧急措施:若遇到紧急情况时,例如:洪水或电气系统故障等。系统管路上加装手动阀门可进行手动泄压。另外系统管路上设有安全阀当遇到电气系统故障时可防止坝袋内压力超压。  抽油机节能控制系统● 油井抽油机节能控制系统--(变频与回馈方案) HX0886-CYJ系列抽油机变频节能控制系统采用变频器、PLC结合回馈制动单元,可实现上下冲程分别调速控制,下冲程发电时能量回馈电网,在节能的同时,也最大效率的提高了抽油机的工作效率。具有良好的人机界面,高效节能、增产增效;便于操作,具有工频、变频两用功能,便于设备检修与维护。 1)人机界面友好,安装方便,操作简单 控制系统采用人机界面、PLC、操作面板和各种操作运行按钮,操作和显示极为方便。可显示电机电压、电流及运行频率,可记录电机运行消耗能量,累计运行时间,抽油次数、及故障记录等。 2) 运行安全,性能可靠 控制系统由特殊控制程序进行控制,具有节能和工频控制方式,两种操作方式互锁,并相互独立,运行更安全,性能更加可靠。有效降低电机运时状态温度,避免不必要的电能浪费,延长电机使用寿命。 3)高效节能、增产增效 采用回馈制动,当抽油机处于发电机运行状态时,将能量回馈电网,比传统的设计方式,减少了不必要的能量损失。 系统散热风机采用自动运行方式时,将根据系统实际温度,实时强制风冷运行。 系统控制程序是根据油井实际情况特殊开发的,可根据负载变化调节上下冲程的速度,并达到节能的目的,提高抽油的产量。 自动能量优化控制,大幅降低高峰电力需求和无效抽取时间,节电效果显著。 4)提高系统的电气、机械寿命 节能控制模式时,采用特殊的起动运行程序,减少了电机直接起动对机械的冲击,并实时监视电机的运行参数,提高了系统的电气和机械的寿命。 5)提高抽油机的功率因数 控制系统为磁通矢量控制方式,特殊的装置,可弥补电机的感性容量,可提高抽油机的功率因数至0.9-1.0。● 油井抽油机节能控制系统--(基于TSC与斩波控制方案) 基于TSC与斩波控制的抽油机综合节能控制系统采用高精度电能质量监控芯片,结合32位CPU控制,对抽油机一个冲程周期内的各个状态实时监控,在负荷变化时对电网投入相应补偿,达到降低无功损耗,抑制电网谐波,提高电机效率的功能。抽油机专用的电机节能控制器可以实现软启动,软停车功能,并带有电机保护功能,减小在启动过程中对设备及电网的冲击。 通过对电网中电能质量数据的检测判断抽油机的负荷率,根据负荷率实时调节电动机的端电压从而改变电动机的输出转矩,使电动机运行在效率最高点上,同时根据抽油机负荷成周期性变化和无功变化比较快的特点,采用TSC动态无功补偿提高电网功率因数,此装置既可提高电动机的工作效率又能提高电网的品质。 1)控制系统具有如下特点: 采用专业高精度电能质量监控芯片,对抽油机电流、电压、功率因数实时监控,在一个工作周期的各个阶段都有相对应的补偿策略,达到了无功功率的实时动态补偿,提高功率因数,解决了由于输电线路过长而导致的线路损耗,解决了油田普遍存在的无功能耗大的问题。 采用斩波调压控制的电机节能驱动器,电机启动时采取电压斜坡控制方式,消除启动时带来的大电流冲击,节能的同时延长设备使用寿命,减低维修成本。通过功率因数、电流等信息,实施控制电机端电压,使电机工作于效率最高点。2) 另外还有以下优点:1、人机界面美观,使用,信息反馈量大,可以显示抽油机工作中的各个参数以供参考,动态的运行画面更直观的反应抽油机工作状态。2、LC串联补偿系统,在补偿无功的同时,抑制由电力电子设备产生的谐波污染,净化电网,提高供电质量。3、具有电动机缺相、短路、过流、过压等保护装置,最大限度的保护设备。4、设计了电容器的分组方式和参数,并给出了电容器的保护策略。5、抽油机电机控制器控制三相反并联晶闸管使被控电机的输入电压,按不同的要求变化.

智能广播系统

1、概述 智能广播系统针对矿山、矿坝、滑坡、矿山巷道、山洪等预警,进行预警信息发布,灾害预警系统预警发布形式有:短信、电话、传真、电子邮件、语音电话等等。为满足国家对灾害预警发布能力的更高要求,全面改善预警能力,确保在移动通信端出现故障的时候也能将预警信息通知到广大劳动人民群众,减少人员损失,助力灾害预警系统预警发布,助力国家灾害预警事业,该系统提供以下预警解决方法:支持广播设备自动组网预警;预警信息通过大屏幕实时显示;支持接收短信网关、短信、手机短信等平台预警。 针对大山深处FM调频信号无法覆盖的条件下,可以使用该系统的预警广播,操作简单、无限扩容。将广播安装在高音喇叭有效可控的范围内,同时按照各主要险情点安置好高音喇叭等群测群防预警设备,第一时间通过广播等设备迅速扩展预警发布。2、系统实现的功能 通过GSM\CDMA\GPRS远程组网功能; 通过平台可实现远程在线监测功能; 系统可实现分区域控制预警发布; 系统可实现短信群发功能; 系统可实现历史数据查询功能; 系统可实现站点数据管理功能; 系统实现通过账户及密码认证后操作功能; 系统可接入卫星电话功能。3、系统拓扑图 4、智能广播系统优势1)可以有效彻底杜绝恶意强调频信号的插入或干扰,以免造成负面不良影响(如法轮功、恐怖分子等)。2)覆盖范围广阔,电信运营商所覆盖网络100%覆盖。3)广播员不受固定时间不受固定地域的限制,随时随地可以向平台发起广播请求。4)广播音质达到工信部所制定的通话标准。5)不广播时主要发声部件不带电,做到节能节效无噪音不扰民。6)低功耗,核心部件采用自主研发的专利产品,在停电状态下可待机15天。7)智能广播管理平台无需软件、硬件、人力、运维等费用。8)智能广播终端防雷设计,有效提高产品的室外可靠性。9)该系统采用工业化设计,性能优越稳定,满足电力、农业等各行业大面积推广使用。

     

核工业烟台同兴实业集团有限公司自动化分公司是隶属于山东省国防科工办的“军转民”高科技企业——核工业烟台同兴实业有限公司的分公司,现有员工200多人,资产8000多万元,其中固定资产5000多万元,技术中心人员50多名...

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