引言

    空壓機(jī)作為煤礦生產(chǎn)的四大件設(shè)備之一，它的安全與高效運(yùn)轉(zhuǎn)是保證煤礦安全高效人性化工作的前提條件。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》法規(guī)，必須對(duì)空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與安全保護(hù)。空壓機(jī)是煤礦大型共用耗電裝備，各礦井用風(fēng)設(shè)備包括井口絞車系統(tǒng)、井上下裝卸載、井下巷道噴漿等，而且用風(fēng)時(shí)間不統(tǒng)一，用風(fēng)量不穩(wěn)定，因此空壓機(jī)必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)用風(fēng)量小時(shí)導(dǎo)致空壓機(jī)長(zhǎng)時(shí)間低壓負(fù)荷運(yùn)行，電能損耗增大并加劇了設(shè)備的磨損，增加了運(yùn)行成本。如負(fù)荷小時(shí)將設(shè)備停機(jī)（或部分設(shè)備停機(jī)），將導(dǎo)致操作頻繁，縮短設(shè)備壽命，而且會(huì)影響用風(fēng)設(shè)備及風(fēng)動(dòng)工具的正常工作。

    例如某煤礦案例，有四臺(tái)壓縮機(jī)現(xiàn)在各自獨(dú)立操作運(yùn)行，并具有監(jiān)測(cè)本壓風(fēng)機(jī)各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)的主要參數(shù)作用，在控制供風(fēng)壓力方面各臺(tái)壓風(fēng)機(jī)均以本機(jī)的監(jiān)測(cè)為主，這種控制方法在獨(dú)立供氣管道運(yùn)行時(shí)可以使用，但是在多臺(tái)機(jī)器同時(shí)并網(wǎng)工作時(shí)出現(xiàn)一些不合理的運(yùn)行狀況：在多臺(tái)壓風(fēng)機(jī)設(shè)定工作壓力一致時(shí)，常出現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)連續(xù)運(yùn)行不卸荷，而另一臺(tái)長(zhǎng)期不運(yùn)行或不加載的狀況，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)多臺(tái)同時(shí)投入加載運(yùn)行或同時(shí)卸載的狀況。單純靠人工開(kāi)停機(jī)也不能很好控制壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間均等，很難保證壓縮空氣的供氣質(zhì)量，也不利于對(duì)壓風(fēng)機(jī)的維護(hù)管理，同時(shí)加大了操作維護(hù)人員的工作量。對(duì)壓風(fēng)機(jī)的使用壽命也有很大的影響，為此有必要將多臺(tái)并網(wǎng)運(yùn)行的壓風(fēng)機(jī)集中控制聯(lián)網(wǎng)，充分發(fā)揮各壓風(fēng)機(jī)的性能，使系統(tǒng)在保證供氣質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能與運(yùn)行時(shí)間的均等，延長(zhǎng)壓風(fēng)機(jī)的使用壽命，有利于壓風(fēng)機(jī)的維護(hù)。

    控制系統(tǒng)方案

    1控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

    壓風(fēng)機(jī)集中控制系統(tǒng)組成系統(tǒng)圖如圖1所示，有上位工控機(jī)系統(tǒng)、plc下位機(jī)、傳感器、觸摸屏等組成。上位工控機(jī)系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、后備電源（ups）、打印機(jī)等組成；其主要完成壓風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程參數(shù)的監(jiān)控、運(yùn)行參數(shù)設(shè)置及其數(shù)據(jù)處理、查詢等功能。plc下位機(jī)系統(tǒng)：現(xiàn)場(chǎng)plc控制系統(tǒng)選用西門子s7-300系列可編程序控制器作為監(jiān)控核心。充分利用可編程序控制器能適應(yīng)各種惡劣現(xiàn)場(chǎng)條件，現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，且安裝維護(hù)方便，其模塊化結(jié)構(gòu)，配置相應(yīng)的通訊接口與各壓風(fēng)機(jī)控制器通訊；與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊可以采用profibus或工業(yè)以太網(wǎng)；系統(tǒng)配置合理，技術(shù)可行，完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。該部分主要是根據(jù)設(shè)定的操作方式，實(shí)時(shí)采集總管空氣壓力，自動(dòng)控制各臺(tái)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行及保護(hù)功能。現(xiàn)場(chǎng)傳感器實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)物理量信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)傳送給cpu。本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)使用的傳感器較多，如壓力、溫度、電流、電壓、功率、電量等等。為減少傳輸誤差，提高檢測(cè)精度，均選用帶變送器，性能可靠，壽命長(zhǎng)，輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)4-20ma的傳感器，直接采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并配以二線制rvvp電纜單獨(dú)傳送，以進(jìn)一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。

    壓力變送器采用gpt系列變送器，作為一種能夠?qū)毫π盘?hào)直接轉(zhuǎn)換為4-20ma標(biāo)準(zhǔn)電流輸出的壓力變送單元，其核心傳感器采用了經(jīng)激光燒刻補(bǔ)償技術(shù)制造的擴(kuò)散硅進(jìn)口器件，由傳感器生成的電信號(hào)經(jīng)過(guò)變送電路完成放大、線性修正、溫度補(bǔ)償、電流轉(zhuǎn)換，最終形成與被測(cè)壓力成正比的4-20ma標(biāo)準(zhǔn)輸出。該變送器采用獨(dú)特的一體化全不銹鋼免維護(hù)結(jié)構(gòu)，具有良好的密封、散熱和抗震、耐腐蝕性能，加上輸出傳送方式具有長(zhǎng)線抗干擾能力，使變送器能夠在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期在線工作。

2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

    （1）能夠自動(dòng)采集、顯示壓風(fēng)機(jī)的各種運(yùn)行參數(shù)，控制壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

    （2）能夠根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)判斷壓風(fēng)機(jī)的工作情況，故障時(shí)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并根據(jù)故障類型停止壓風(fēng)機(jī)。

    （3）有啟動(dòng)、停止、正常停車、故障停車、緊急停車、預(yù)告、保護(hù)及故障報(bào)警功能。

    （4）系統(tǒng)通過(guò)plc及控制網(wǎng)絡(luò)可方便地采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開(kāi)/停及故障狀態(tài)、電機(jī)電流等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

    （5）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)（動(dòng)態(tài)）恒壓供風(fēng)。當(dāng)系統(tǒng)在自動(dòng)集控工作方式時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的供氣壓力值，自動(dòng)控制卸荷或加載。當(dāng)壓力值當(dāng)風(fēng)壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)停機(jī)（卸荷）；風(fēng)壓降到低值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉卸荷閥。

    （6）安全可靠地報(bào)警保護(hù)。每臺(tái)壓風(fēng)機(jī)均可具有：出氣壓力超限保護(hù)、出氣超溫保護(hù)、吸氣阻力過(guò)大保護(hù)、潤(rùn)滑油超溫保護(hù)、潤(rùn)滑油量不足保護(hù)、主電機(jī)超載保護(hù)、冷卻風(fēng)機(jī)超載保護(hù)等功能。