1、水处理方案余吾煤业水处理及给水净化站电控系统改造 技术方案 太原欧陆机电工程有限公司 2010年6月 一、改造前现有状况二、对现有系统功能分析三、集控自动化系统改造四、恒压变频传动供水改造附1：预算一、改造前现有状况根据贵矿的工作人员反应目前山西潞安集团余吾煤业公司水处理及给水净化站电控系统电控系统当前的现状及使用情况，同时我方已仔细现场查看发现水处理及给水净化站电控系统集中控制当前处于瘫痪状态。根据贵矿的工作人员反应目前山西潞安集团余吾煤业公司水处理及给水净化站电控系统电控系统当前使用情况及存在以下问题：1.1超滤、纯净水、电厂过滤、水源井、水塔等不能远程控制。1.2矿井来水、中水、日用水、
2、超滤水无法统计流量。1.3电厂水池液位无法显示、低液位时无法预知、不能及时联系水库补水1.4日用水不能满足现有供水要求，且日用水泵在用水低峰时不能调速，浪费电能、水资源。1.5 加药系统、一级泵用液位控制并安装报警装置。1.6 工控机使用时间太长、元件老化、经常故障无法实现监测和控制的功能。 1.7 PLC控制系统使用时间太长、硬件老化经常出现故障无法实现自动控制1.8 IFIX的监控软件由于与AB的控制系统兼容性不是很好，通讯经常中断。据当前情况分析，现今水处理及给水净化站电控系统由于元件老化处于瘫痪状态，无法正常工作。中控计算机、仪表、传感器都无数据显示或显示数据不准确、通讯中断造成PLC
3、失去对远程水源井和水塔两站的控制，现只能在现场就地操作，给贵矿的供水、消防造成很大的隐患，为此现有的水处理及给水净化站电控系统需进行升级改造。二、对现有系统功能分析2.1控制方式根据工艺要求，净化站采用了调节、加药、机械反应、沉淀、过滤、消毒等工艺处理。矿井下排水涉及水泵、水池，水塔，水箱，闸阀等设备，要求对这些设备进行集中的监视和控制；由一套集中自动控制系统实现。控制方式采用手动、自动两种；自动为主要运行方式，操作员在中控室即可实时地查看该设备相关参数，如水泵的启停，水池，水塔，水箱的液位，关键闸阀的开闭，设备电源的通断及运行时的工作电流等。手动模式时，在现场就近操作，主要用于系统故障时应急
4、，或检修和调试。在中控室集中控制台上设手动/自动控制方式的转换开关，操作员可方便地切换两种控制方式，设置两套集中计算机及PLC的自动控制系统，实现自动监测监控。系统中水泵房与水处理间内所有被控设备（厂家配套电控设备者除外）均设就地控制箱；在就地控制箱上设置启、停按钮和指示灯，以及自动/维修方式切换开关。当开关切换至“维修”状态时，可使用控制箱上的启、停按钮控制开、停设备，中控室的计算机和集控操作方均不能远控该设备，仅当控制完毕，操作员将就地控制箱上的切换开关切换至“自动位置”，才将控制权交还给中控室。为保证消防用水的高可靠性，消防设备的手操作回路引至中控室的集中控制台上，用继电器硬线方式构成，
5、能独立于PLC工作。即使PLC出现故障无法正常运行，也不会影响消防用水的供应。操作人员通过集中控制台上的按钮来启/停设备，并通过操作台上的指示灯来监视设备的状态。设备状态的监测与上述控制方式无关，即无论设备处于何种控制方式，其状态参数均应实时地反映在计算机屏幕上。2.3电控系统总体要求选用性能可靠，品质优良的硬件设备高性能的工业控制计算机进口的AB系列的可编程控制器PLC精确、灵敏、可靠的液位测量仪表设计并制作外形美观，装配牢固，分区明显，维修方便的中控主控制显示台。确保供电的可靠性，通过稳压净化电源和在线式不间断电源UPS，确保计算机和PLC的安全及可靠运行。系统支持网络通信功能，能与企业网
6、联网。系统结构紧凑，功能全面，工作稳定，性能可靠，抗干扰能力强，平均无故障工作时间长。良好接地，以防静电。2.4电控系统的总体结构整套自控系统由中控计算机系统，PLC控制系统，信号采集系统，电源供电系统等四个系统组成。中控计算机系统：用于净化站工艺流程，供电状况，设备运行情况，闸阀开关状况，消防电源情况，流量，水位等监测点的显示；并对系统实时地进行控制，是全系统的智能指挥中心。选用以太网交换机一台,通过交换机，可将本系统与全矿的企业内网（如矿井生产监控系统）相连，并可连至因特网，交换机的端口，有足够的余量，便于系统的扩展与升级，也便于与其它系统集成。PLC控制系统：PLC系统是整个水处理及给水
7、净化站电控系统的大脑核心，相当于人的大脑，一方面PLC系统对现场设备状态信号的采集，并通过网络传送给中控计算机系统在电脑屏幕上显示，用户即可实时观测现场设备的状态，同时也是整个系统自动运行的前提条件。另一方面对用户的操作命令（来自操作台或中控计算机）做出正确的响应，控制相应的设备动作。在PLC程序里，设备之间的联锁保护是必须的，可以尽量避免设备的损坏，比如水塔水位高限时不能开日用泵等。信号采集系统：信号采集的准确、及时是系统自动运行的前提条件。设备信号主要有电机的运行情况、闸阀的开关状态、流量、水塔的液位等。这些信号主要分数字量和模拟量两种，煤矿上常用的还有频率信号。数字量信号通过PLC系统的
8、数字量输入模块采集，模拟量信号通过PLC的模拟量输入模块采集。电源供电系统：为保证PLC和中控计算机系统不间断工作，增加在线式美国山特UPS 3KVA 30MIN 220VAC/220VAC，保证即使断电后，PLC系统和中控计算机系统仍能正常工作30分钟。2.5 PLC系统点数统计（1）、主站I/O、模拟量输入/输出点数一览表序号名称数量DIDOAIAO1井下消防洒水池消防阀22X4=82X2=42相关电动机(水处理间)附表一69233调节池附表二54184水处理间排泥泵23X2=61X2=25液位82X8=160826流量60067水质仪表62X6=120689合计16547202 附表一、
9、名 称数 量DIDO二级泵3运行、故障、手/自动3X3=9运行3X1=3生产清水泵44X3=124X1=4电厂生产水泵33X3=93X1=3中水泵33X3=93X1=3稳压泵11X3=31X1=1回用水泵33X3=93X1=3日用水泵33X3=93X1=3消防水泵33X3=93X1=3小计236923附表二、 名 称AIDIDOAO一级泵1-43X4=121X4=4加药设备1-23X2=6.1X2=2搅拌器1-23X2=6.1X2=2加药计量泵1-23X2=6.1X2=21X2=2吸泥机1-23X2=6.1X2=2潜水泵1-43X4=121X4=4排泥泵1-23X2=6.1X2=2电磁流量计（
10、个）1小计154182按20%余量考虑: DI=200点 DO=60点AI=24 AO=4 （2）、水塔远程I/O、模拟量输入/输出一览表序号名称数量DIDOAIAO1水塔阀门22X4=82X2=42井下消防洒水池消防阀22X4=82X2=43水塔液位计11X1=14井下消防洒水池液位计11X1=15合计1682按20%余量考虑: DI=20点 DO=10点AI=4 AO=0 （3）、水源井远程I/O、模拟量输入/输出一览表序号名称数量DIDOAIAO1水源井阀门111X4=41X2=22水源井阀门211X4=41X2=2合计84按20%余量考虑: DI=10点 DO=6点AI=0 AO=0
11、水源井远程I/O与主站约1.5公里距离，通讯采用单模光缆。三、集控系统自动化改造1、PLC系统改造整个PLC控制系统核心CPU采用AB公司的LOGIX 5000 1756处理器，集成运动控制（SERCOS，模拟量，SSI和液压），集成过程控制-冗余，回路自整定功能，统一的硬件和软件编程环境，适用于不同类型应用，且具有如下优点：(1)高可靠性 选用成熟的产品，并经过多年工作经验证明是稳定可靠的产品PLC，系统平均无故障时间超过8年。内部物理结构更加优化，扫描周期更短。PLC具备自诊断能力，输入输出有光电隔离功能；软件模块具备较强的校验、互锁、检错、纠错及自恢复功能；CPU内部固化的操作系统为AB
12、公司最新软件，进一步提高了PLC系统的稳定可靠性。(2)模块化结构、扩展性好PLC提供模块化控制方法，根据需要，用户可灵活配置所需控制器、存储器、I/O模块的数量。(3)开放性PLC 采用国际通用标准，开放性的接口设计，易于和其他的PLC系统集成；可以与其他网络上的控制器透明地收发信息，实现与其他网络的连接；可以利用局域网为企业决策层提供各类生产工艺参数和工艺流程图，为营造高水准的企业管理信息系统创造有利条件。(4)可维护性开放式结构使系统易于升级和功能扩展。模块化结构使系统维护变的容易。根据PLC系统的点数统计，设计系统图如 现场级选用ControlNet通讯网络，经实践证明系统是非常可靠的
13、。ControlNet是一个由独立供货商组织ControlNet International Ltd管理的开放式网络。ControlNet是实时的控制层网络，在单一物理介质链路上，可以同时支持对时间有苛刻要求的实时I/O数据的传输，以及报文数据的发送，包括编程和组态数据的上载/下载以及对等信息传递等。在所有采用ControlNet的系统和应用中，其高速（5Mbps）的控制和数据传输能力大大提高了实时I/O的性能和对等通讯的能力。 ControlNet是一种高度确定性网络，因为它能够确信地预报数据传递完成的时间。同样ControlNet也因其可重复特性而闻名，该特性保证了传输时间为可靠的常量，且
14、不受网络上节点的增加或减少的影响。不同于其他基于双绞线的网络，ControlNet使用光纤介质的最远可达30公里（同轴电缆加中继器可达6公里），速度都始终保持在5Mbps而不会随距离衰减，并可在噪声环境中使用，特别是在煤矿恶劣的环境中ControlNet当之无愧地成为连接远程I/O和对等PLC 主站的最理想的网络。2、监控软件改造由于核心控制器采用 AB公司的LOGIX 5000 1756，考虑到系统的兼容性和优越性，监控软件采用AB公司的RSView 32，RSView 32是一个强大的管理级的监控软件。采用了最新的罗克韦尔产品的FactoryTalk底层通讯和数据服务架构，可以广泛的、高性
15、能的和众多不同网络中的众多不同的PLC，如ControlLogix和其它Allen-Bradley PLC进行通讯。同样的，还可以利用高性能的网络接口和OPC技术同时挂接众多第三方的PLC和网络进行通讯。相比其他监控软件，RSView 32有如下优势： 1、直接I/O数据关联：在推荐应用中，RSView 32不需要建立任何的Tag-标签来定义和PLC的通讯关系。RSView 32可以直接关联控制器处理器中的所有I/O信息。在组态的时候，只需要将所需的点直接拖放到画面等需要的地方去。避免了再次定义Tag的重复劳动，同时减少了开发的出错机会。当修改程序或者I/O的时候，RSView 32可以自动直
16、接继承这一改变。 2、透明的数据集成：在RSView 32的应用中，您不必担心您的数据是从哪个地方哪个PLC中采集来的。因为所有的PLC-包括不同品牌的PLC对于服务器，开发员，客户端来说都是透明的。FactoryTalk中采用了数据命名映射的技术。数据并不用某一特定PLC的特定物理内存格式来描述，而是采用更为容易理解，并且可以智能映射的符号描述法。当一个I/O点发生接线或者其他物理变化时，FactoryTalk可以智能映射，RSView 32无需做任何组态修改就可以自动继承这个改变。 3、画面对象的VBA支持：现在您可以针对画面中的对象来编写VBA应用代码。而且不同的客户端都可以在本机执行相
17、应的代码，不影响其它的客户机。 数据通讯的冗余热备：RSView 32可以将数据通讯服务器也进行热备冗余。当一台数据通讯服务器发生故障时，另外一台可以自动切换。保证数据采集和下载的可靠性。 4、全面支持Active X控件：RSView 32中可以插入任何标准windows Active X可视控件，用户可以根据需要自己编写Active X控件或选用其他厂商开发的控件，在运行系统中与变量和自定义函数交互作用。 5、Windows安全：RSView SE集成Windows安全控制。你可以直接利用在Windows里面存在的用户和用户组。然后针对不同的用户配置不同的权限。 6、核心HMI功能：RSV
18、iew SE支持诸如安全、画面、报警、操作和报警记录、趋势等等HMI的核心功能。3、辅件水净化站电控系统电缆、按钮、指示灯等一些辅件部分已老化，根据现场实际情况，要进行更换。改造主要设备清单：序号货物名称型号规格数量国别生产厂家产地商标1通讯卡1784PCIC1美国罗克韦尔美国AB2通讯电缆1786RG61美国罗克韦尔美国AB3T型头1786TPS1美国罗克韦尔美国AB4终端电阻1786XT1美国罗克韦尔美国AB5机架1756A173美国罗克韦尔美国AB6通讯模块1756CNB1美国罗克韦尔美国AB7远程I/O接口模块1794-ACN152美国罗克韦尔美国AB8控制器（CPU）1756L55M
19、121美国罗克韦尔美国AB9电源模块1756PA751美国罗克韦尔美国AB10电源模块1794-PS132美国罗克韦尔美国AB11DI1756IB327美国罗克韦尔美国AB12DO 1756OB164美国罗克韦尔美国AB13AI1756IF83美国罗克韦尔美国AB14AO1756OF81美国罗克韦尔美国AB15DI 1794-IB163美国罗克韦尔美国AB16DO 1794QW83美国罗克韦尔美国AB17AI1794-IE82美国罗克韦尔美国AB18可拆卸终端1756TBCH美国罗克韦尔美国AB19盖板1756N2美国罗克韦尔美国AB20触摸屏2711B6C51美国罗克韦尔美国AB21编程软件
20、RSLOGIX50001美国罗克韦尔美国AB22触摸屏软件2711ND31美国罗克韦尔美国AB23研华工控机P4/2.8G/256M/80G1中国研华中国24纯平显示器22三星1韩国天津三星中国25交换机D_LINK8口1中国DP中国26AB组态软件RSview 321美国罗克韦尔美国AB27应用软件KD1中国科达太原KD28打印机EPSON LQ1900K II1日本日本29稳压净化电源2000VA1中国山特30在线式UPS山特2000VA1中国中国山特31辅材1/批四、恒压变频传动供水改造 建设节约型社会，合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。分析了原矿上生活用水供水系统不能满
21、足现在供水需求，存在水资源浪费，管网系统待完善的问题。提出利用变频调速系统进行恒压供水，通过PLC、压力传感器等监测和控制设备，根据管网的压力，通过变频器控制水泵的转速，使水管中的压力始终自动保持在合适的范围，可做到无人值守。另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省近四成。结合使用可编程控制器，可实现主泵变频，副泵变频做备用，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了电机的使用寿命。变频调速恒压供水技术其节能、安全、供水高品质等优点，在供水行业得到了广泛应用。恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速，依据用水量的变化
22、（实际上为供水管网的压力变化）自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求是当今先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中如何充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频器调速恒压供水设备，降低成本、保证产品质量等有着重要意义。贵矿矿井设计筹建之初是利用水塔恒压及提供暂蓄水功能，由三台（两备一用）KQW125/200-37/2型，Q=160立方/小时的日用水泵往水塔补水。但随着生产能力的增加及矿区生活用水量的递增，水塔蓄水能力相对下降；由于日用水泵长时间开启造成管网压力过大，流量也很大，对水资源造成很大的浪费。往水塔送水的日用泵频繁启动，对水泵电机和用水管网的冲击很强。为
23、解决以上问题，考虑采用变频控系统控制日用水泵的运行，实现恒压供水。改造方案如下：二次供水变频系统组成二次供水变频控制系统主要由PLC控制器、主备变频调速设备、压力变送器、交流接触器和其他电控设备及泵（水泵数量可以根据需要设置）等构成。系统的总体方案 在供水系统总出水管上安装压力变送器检测出水压力，在蓄水池安装液位变送器。在工作过程中，压力传感器将主管网水压变换为电流信号，经模拟量输入模块，输入PLC，PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算， 输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节水泵电机的频率。当用水量较小时，一台泵在变频器的控制下恒压运行，当用水量大到水泵全速运行也不能保证
24、管网的压力达到设定值时，压力传感器上传的信号被PLC检测到，PLC自动将变频泵的频率降至出水频率，同时将第二台泵投入变频运行，以保持压力的稳定，此时管网压力恒定依靠调节变频泵频率实现；一段时间后，若2台泵运转仍不能满足压力的要求，则依次将变频下一台水泵。为了防止备用泵锈死，用PLC定时，B、C泵循环备用。循环时间可默认定在每周三凌晨2点，因为这时用水量较少，备用泵循环可顺利进行。主要参数的设定可用触摸显示器来设定。省去了改写程序的麻烦。本系统的特点 ：1、变频恒压供水能24小时维持恒定压力，并根据压力信号自动启动备用泵，无级调整压力，供水质量好，与传统供水比较，不会造成管网破裂及水龙头共振现象
25、。2、启动平滑，减少电机水泵的冲击，延长了电机及水泵的使用寿命，避免了传统供水中的水锤现象。3、采用变频恒压供水可节省传统供水中的水箱，节省了投资和空间，避免了水质的二次污染。4、变频恒压供水的保护功能齐全，运行可靠，具有欠压、过压、过流、过热、缺相等保护功能。5、具有电机定时轮换、休眠等功能，提高备用泵的利用率，保护电机和水泵。6、节能，是变频恒压供水系统的另一个重要功能。普通二级加压水只单纯手动控制电机的启动和切换，这样在电机启动时会产生很大的启动电流，长此以往对电机寿命有很大损害，而且在供水时一直按工频全速运转效率低、能耗大。而本系统可根据实际压力变化自动调整变频器频率，从而改变电机转速，减少了能量的消耗。供水系统的硬件电路设计 由于电机的功率为37KW，选择ABB生产的ACS510系列ACS510-01-088A-4变频器。此变频器专为风机水泵型负载设计，内部固化了专用程序，特别适合贵矿矿井设计筹建之初的日用水泵变频改造。主要设备清单设备名称型号规格单位数量单价总价（元）品牌变频器ACS510-01-088A+B055套2ABB中文控制面板MIDA-13-1块2ABB空开台9西门子接触器台9西门子敷料套控制柜1000*600*2200台3威图
