PCS7系统在煤矿热电冷联供工程中的应用

近年来, 随着全球经济的持续增长, 石油价格大幅上升, 从而导致煤炭价格逐步上涨, 全球煤炭需求量快速增加。在我国现代化的煤矿开采中, 除露天煤矿外, 地下煤矿的采掘深度都在不断加大。工作环境的高温高湿的恶劣环境使工作人员的身体健康受到严重危害。如何能为井下的工作人员创造一个良好而舒适的工作环境, 并利用这种易燃、易爆却在我国储量巨大的气体, 实现“以利用促抽采、以抽采促安全”的良性循环发展, 达到节能环保的目标, 本项目提供了一个可供参考的可行性方向。

1 概述

1.1 项目实施的背景和意义

对于我国的煤矿开采, 一直以来, 为了保证煤矿的生产安全, 过去对瓦斯采用抽取排放的办法带来了另一个问题:煤矿每年向大气中排放的瓦斯气增加, 破坏了大气臭氧层, 加剧了温室效应。目前, 瓦斯发电技术也已经相当成熟, 2007年, 国家发展和改革委员会于2007年出台的《关于利用煤层气发电工作实施意见的通知》对煤矿瓦斯利用进一步起到了促进发展作用。

1.2 项目主要工艺流程介绍

本项目瓦斯输入方式采用站外气体的输送方式。储气罐依靠自身的压力将瓦斯气输送至发电站气体预处理系统, 瓦斯经脱水、除尘、增压达到发电机组需求后输送给高浓瓦斯发电机组发电。发电机排出的高温烟气经余热锅炉产生0.8MPa的饱和蒸汽供溴化锂制冷机组制冷, 溴化锂吸收式制冷机将18℃的井下降温回水温度降至5℃后进入离心式电制冷机组进一步降温至2.5℃后送至井下三腔硐室, 经三箱冷媒分配器及二次循环泵输送到工作面空冷器, 实现井下降温。

2 系统总体方案设计

2.1 PCS7过程控制系统简介

SIMATIC PCS7是西门子公司基于全集成的自动化理念, 可覆盖几乎所有工业领域控制系统。SIMATIC PCS7采用标准的SIMATIC软件和硬件组件, 借助于其通用的数据维护、通讯和设计功能, 可以提供一种基于开放式、面向未来的性价比很高的自动化解决方案。

2.2 控制系统结构

本热工控制和工业电视系统用于实现热电冷联供工程中瓦斯输送储配、高低浓发电、余热制冷、矿井降温、供热系统的集中控制和管理。

监控系统主要包括发电及供热监控系统、制冷监控系统、全厂监控管理系统和控制网络。

监控系统按功能分为三层网络结构:现场控制层、集中监控层、调度管理层。

3 系统通讯

工业通讯不同于办公环境中使用的通讯方法。其必须分别调整应用场合、网络结构, 以适应不同的工业环境条件。

PES压力交换系统。通讯设置步骤。井下压力交换系统采用德国科维的K W Pro Vis IT机器可视化软件, 采用了OPC的通讯方式。

打开Win CC项目管理器, 找到“变量管理器”, 选中“变量管理器”, 然后单击右键, 选择“添加驱动”。在打开对话框中, 选择“OPC.CHN”, 点击“打开”按钮, 添加驱动程序连接。然后把通讯驱动程序添加完成后, 还需要添加一个驱动程序同物理设备之间的连接。点击“变量管理器”点击“OPC”找到“OPC Groups”, 点右键, 选择“新的驱动链接”, 键入KW系统“OPC”名称, 这样通讯驱动连接就完成了。

4 软件编制

系统主站采用PCS7 7.0过程控制系统开发平台进行编程, 所有的水泵、蝶阀均使用西门子CFC连续功能图组态。调节阀设定使用功能块CTRL_PID是一个连续PID控制器, 设定如下: (1) 选择操作模式。在PID控制中选择操作模式的变量。如果通过MA NOP_EN和AUTOP_EN分别激活了两种操作, 操作员则使用AUT_ON_OP来选择M anual或者Auto模式。当LIOP_MAN_SEL被置位, 模式选择依赖于程序中的AUT_L。 (2) 在OS面板和CFC处选择设定值来源。右图给出了设定值来源的选择, 例如, 外部设定值或者内部设定值 (在面板上进行设置) 。内部设定值变量SP_OP用于内部模式。外部设定值变量SP_EXT用于外部模式。既可以在面板上通过变量SPEXTSEL_OP来选择设定值模式, 也可以在程序中通过变量S PEXTON_L来选择设定值模式。

5 结语

经过工程实践, 以上PCS7系统设计对热电冷联供工程的自动化控制起到了良好的控制调节作用, 热电冷联供系统总体结构设计合理, 性能指标达到要求, 系统运行稳定。取得了以下效果: (1) 应用PCS7过程控制系统实现了瓦斯输送储配、高低浓发电、余热制冷、矿井降温、供热系统的集中控制和管理, 达到了井下冷冻水流量和温度的精确调节, 保证了安全生产的需要。 (2) 完善的系统的保护措施, 可以在发生紧急事故时, 第一时间切除配套设施, 并在操作员站弹出报警提示。 (3) 设有完善的闭锁程序, 防止工作人员误操作, 降低事故的发生率, 同时降低了运行人员劳动强度。

总之, 做为新一代的控制系统, PCS7完全能满足本工程的控制要求, 提高煤矿的生产效率, 实现了热电冷联供过程中的多变量连续过程控制要求。

摘要：利用西门子最新推出的PCS77.0过程控制系统开发平台, 与现阶段我国大中型煤矿工作特点与现状相结合, 以促进安全生产为目的, 从设备的硬件安装、系统通讯和软件编制等几个方面对系统的设计原理、技术实现和产品性能进行了总结, 设计了一套完整的矿井热电冷联供热工程控制系统。

关键词：FCs,Profibus,PCs7

参考文献

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