礦井壓風系統(tǒng)自動控制改造技術(shù)應(yīng)用

王高軍

（晉能控股煤業(yè)集團趙莊二號井，山西 晉城 048000）

1 引言

壓風機系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)過程中重要的系統(tǒng)之一。傳統(tǒng)的礦用壓風機系統(tǒng)自動化水平低，存在著過于依賴手動操作、操作人員勞動強度大、設(shè)備空載率大、系統(tǒng)故障維護困難、生產(chǎn)效率低等現(xiàn)象。礦井壓風自動控制系統(tǒng)除完成壓風機的單機控制外，還可以通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸接口與設(shè)置在壓風機房的PLC控制柜連接，由調(diào)度監(jiān)控指揮中心監(jiān)控壓風機等相關(guān)設(shè)備，最終實現(xiàn)壓風機房的“無人化值守”，實現(xiàn)信息化、自動化控制，提高工作效益和可靠性[1-3]。

2 現(xiàn)場概況

趙莊二號井空壓機房安裝有LS20-150H和LS25S-300H型壽力牌螺桿式空壓機各兩臺，通過操作顯示屏進行參數(shù)的顯示和控制。目前空壓機主要是現(xiàn)場就地控制，同型號主備用空壓機之間無法自動輪換，也不具備遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)上傳等功能，不但操作人員勞動強度大，自動化程度也非常低。因此非常有必要對其進行自動控制改造，提升系統(tǒng)可靠性。

3 研究內(nèi)容

3.1 研發(fā)目標

對空壓機房進行自動化改造，實現(xiàn)壓風機就地自動化啟停、遠程監(jiān)測、遠程控制等功能，達到無人值守的目的。其方案技術(shù)路線如圖1。

圖1 技術(shù)路線示意圖

3.2 方案確定

根據(jù)方案設(shè)計思路，確定系統(tǒng)架構(gòu)如圖2。

圖2 系統(tǒng)總體框架圖

（1）管理層。即以工控機為主要設(shè)備的遠程控制中心，通過局域辦公網(wǎng)對工控機進行遠程控制，并做好各類數(shù)據(jù)參數(shù)及指令的發(fā)送和終端反饋。

（2）傳輸層。該層主要通過環(huán)網(wǎng)交換機、光纖等部件構(gòu)建以太環(huán)網(wǎng)，將控制箱部分與壓風系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的各類控制器、傳感器開關(guān)等裝置有效連接，保證各類指令數(shù)據(jù)傳輸可靠。

（3）控制層。該層是基于PLC主控制器和各類傳感器、攝像儀、電動球閥和電動閘閥等執(zhí)行機構(gòu)，通過主站+分站模式，即通過主站控制各個分站，實現(xiàn)對壓風機房壓風系統(tǒng)的遠程就地自動啟停、自動輪換、故障智能切換、自動診斷功能。

4 壓風系統(tǒng)設(shè)計

4.1 控制系統(tǒng)設(shè)計

由于壓風機現(xiàn)由微電腦控制器進行控制，且預(yù)留有RS485通信接口，設(shè)計通過其485接口統(tǒng)一接入新配置的PLC控制器，進行與原控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)交換。同時，新PLC控制器配置有以太網(wǎng)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)PLC控制器與觸摸屏和上位機的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對壓風機的監(jiān)測和控制，保證數(shù)據(jù)信息的正常傳輸。

4.2 視頻監(jiān)控設(shè)計

系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖3。

圖3 壓風機視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

如圖3，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過攝像儀對壓風機房內(nèi)設(shè)備運行工況進行實時記錄，并反饋給機電隊監(jiān)測計算機。同時為實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控，分別在壓風機房運行室和配電室各配備一部網(wǎng)絡(luò)攝像機，通過網(wǎng)線接入PLC控制柜，實現(xiàn)控制系統(tǒng)和視頻圖像的聯(lián)動控制。

4.3 上位機軟件設(shè)計

地面控制中心的作用是實現(xiàn)遠程監(jiān)控壓風機房設(shè)備，上位機系統(tǒng)配置具有OPC服務(wù)功能的加密鎖，在上位機軟件內(nèi)進行相應(yīng)的OPC驅(qū)動設(shè)置，并對上位機進行必要的DECOM設(shè)置，從而使得系統(tǒng)可以和其他具備OPC通訊功能的設(shè)備或系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的交換，豐富系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸途徑，為礦上后期的信息化建設(shè)打下基礎(chǔ)。

4.4 系統(tǒng)界面設(shè)計

系統(tǒng)主界面中，操作人員可以看到壓風機系統(tǒng)主要設(shè)備的運行狀態(tài)，比如：排氣壓力、排氣溫度、電壓電流和壓風機運行狀態(tài)、4臺壓風機控制方式顯示、攝像頭布置情況、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、485網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)等。同時在該畫面點擊兩個攝像頭，就會自動跳轉(zhuǎn)到攝像頭控制畫面，操作人員可以點擊鼠標放大或縮小查看壓風機及周圍情況，攝像頭可以監(jiān)聽壓風機房聲音，同時可以和壓風機房工作人員進行對講。在畫面上點擊任何1臺壓風機，就會自動跳轉(zhuǎn)到該壓風機運行界面，可以查看傳感器報警情況、設(shè)備啟停故障、運行時間及次數(shù)、電壓電流參數(shù)、控制方式選擇等。

5 現(xiàn)場應(yīng)用及結(jié)論

本項目在趙莊二號井空壓機房進行了為期三個月的工業(yè)性試驗。試驗結(jié)果表明，系統(tǒng)改造后，風機能夠根據(jù)現(xiàn)場管網(wǎng)總壓力，遠程實時調(diào)控空氣壓縮機的電機頻率；視頻圖像系統(tǒng)接入后，能夠?qū)崟r觀察機房內(nèi)各設(shè)備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)壓風機無人值守的監(jiān)控功能。