礦井空氣壓縮機綜合保護與監控系統設計研究

路建玲

（潞安集團司馬煤業公司，山西 長治 047105）

1 引言

礦山壓氣設備由空氣壓縮機(簡稱空壓機)、電機拖動裝置、空氣過濾器、油細分離器后部冷卻器等組成。而人工對于空壓機油細分離器、空氣過濾器、油過濾器堵塞以及空壓機電氣故障等無法第一時間發現并進行相應的檢修、維護。因此設計空壓機綜合保護與監控系統，保證空壓機的穩定、高效運行。

2 雙螺旋式空氣壓縮機系統概述

2.1 雙螺旋式空氣壓縮機簡介

雙螺桿式空壓機系統包括空壓機機體、氣路系統、油路系統、冷卻回路和電控系統。驅動電機為空壓機機體提供動力，外部空氣經空氣過濾器過濾掉大顆粒灰塵雜質再進入空壓機機體，與經過油過濾器過濾的潤滑油組成壓縮油氣混合體進入油氣桶，通過油細分離器將壓縮空氣與潤滑油進行分離，其中潤滑油返回機體繼續進行循環使用，被壓縮后的空氣通過后部冷卻器后將高溫水汽冷凝為液態水，冷凝后的壓縮空氣通過排氣管路進入儲氣罐儲存起來，各儲氣罐主管路相互貫通，均能儲存不同空壓機傳輸過來的壓縮氣體，儲氣罐外接管道將壓縮氣體送入井上、下各用氣地點。

2.2 雙螺旋式空壓機工作原理

2.2.1 雙螺旋式空壓機工作原理

外部空氣進入—空氣濾清器—伺服氣缸—雙螺桿壓縮主機—油氣桶（油細分離器）—分成潤滑油和空氣—空氣送給壓力維持閥（壓力維持閥：使壓力不小于0.45MPa，推動油空氣進入主機）—冷卻器（降溫，分離水分）—儲氣罐（風包，作用：緩沖、收集、分離水汽，夏天4h放一次水，冬天1h放一次）—井下用氣地點。

2.2.2 雙螺旋式空壓機主要操作

（1）旋起所開空壓機機體上的“緊停”按鈕。

（2）將啟動盤上（或在液晶顯示控制屏上）的遠、近控開關選擇為“近控”。

（3）按下柜體控制面板上的“ON”(或“一般啟動”)鍵，壓風機即自動啟動，運轉指示燈亮。

（4）當需要停機時，按下柜體控制面板上的“OFF”或“停機”鍵，壓風機即停止運行。

（5）按下空壓機機體上的“緊停”按鈕。運行過程中我們要時刻監控電壓、電流、溫度、壓力值，保證設備正常運行。

3 礦井空壓機綜合保護與監控系統

司馬礦設計的綜合保護與監控系統，主要通過PLC控制器來控制空壓機機體、氣路系統、油路系統、冷卻回路和電氣控制回路。PLC型號采用西門子公司的S7- 300系列。通過PLC控制接近開關、電動閘閥來操作空壓機、電動機、冷卻風扇等。設備包括溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器，監測溫度、壓力等，如果測量值超過設定值便會進行警告。可實現自動控制、監控與報警監測一體化，并滿足如下功能。

（1）集散控制功能。系統能實現對空壓機單控、聯控的控制功能，既可以控制單個空壓機的啟停，還可以控制多個空壓機的啟停。單控控制功能中選擇的單一空壓機根據壓力設定值實現啟停功能，既壓力低于設定值時該空壓機自動啟動，壓力高于設定值空壓機自動停止。聯控功能中選擇的多個空壓機在壓力低于設定值時依序延時自動啟動，避免同時啟動時，大電流對供電線路的沖擊，壓力低于設定值時依序延時自動停止。保證空壓機穩定運行，供氣充足。

（2）壓力的監測與報警。主要包括：油氣桶壓力、儲氣罐、主管道壓力、潤滑油壓力等，并將以上壓力顯示在監控機上，供工作人員實時監測，同時壓力值反饋給空壓機控制系統，供空壓機做出反應，比如，油氣桶、儲氣罐超壓時，自動打開泄壓閥釋放壓力，保證系統壓力穩定。

（3）溫度的監測與報警。主要有：電機溫度和潤滑油溫度、儲氣罐溫度等，以上溫度均能顯示在監控機上，供工作人員實時監測，同時壓力值反饋給空壓機控制系統，控制根據空壓機溫度設定區間，針對空壓機進行啟停控制。

（4）電氣參數的監測與報警。主要有：電機電流、電壓、功率等。以上參數均能顯示在監控機上，供工作人員實時監測，針對空壓機運行情況，發出聲光報警提醒附近工作人員前來檢查并排除故障，且具有故障實時打印功能。

（5）運行時間的監測。統計各空壓機總運行時間及每日運行時間，為操作人員啟停空壓機提供依據，避免某一臺空壓機長時間運行，同時為周期性更換的設備提供時間依據。

（6）操作方便，易于發現問題。操作人員可在集控室及調度中心通過計算機或觸摸屏對所有空壓機進行遠程操作，操作人員根據監控機所顯示的各種運行參數，進行啟停操作，系統操作簡便。而且任何故障均能遠程發生聲光報警從而提醒工作人員進行針對性的檢修、維護，避免因為工作人員巡查不到位，不能及時發現設備故障的問題，有效提高了勞動效率，降低了勞動強度。

4 綜合保護與監控系統顯示的故障分類

改造后空壓機站綜合保護與監控系統主要分為輕故障和重故障兩類。其中輕故障主要有空氣過濾器報警、油細分離器報警、油過濾器報警等；重故障主要有系統高溫、主機過載、電氣故障等。

4.1 空氣過濾器報警

在空氣過濾器一端安裝壓力開關檢測壓力，正常情況下，潔凈的空氣過濾器對氣路的阻力相對較小；空濾器堵塞時管路阻力相對較大，空濾器兩端差壓變大，空壓機的排氣量不足，即發生報警。

解決方法：應定期清理空氣過濾器濾芯上的灰塵或其他雜質，避免堵塞；定期更換空氣過濾器。

4.2 油細分離器報警

當油細分離器濾芯前后的壓差過高產生報警時，是因為分離潤滑油和壓縮氣體的油分濾芯被堵塞。

解決方法：定期更換油細分離器。

4.3 油過濾器報警

油過濾器過濾被油細分離器分離出的潤滑油中的雜質。被堵塞時產生報警。

解決方法：定期更換新的油過濾器。

4.4 系統高溫

排氣溫度過高，油濾堵塞造成主機供油過少，油冷卻器灰塵過多無法起到冷卻效果，熱控閥異常使經過油細分離器分離出的潤滑熱油不經過油冷卻器而直接進入空壓機機體等。

解決方法：排氣溫度過高警報時，按順序檢查油過濾器、熱控閥、潤滑油品質，一一進行排除。

4.5 主機過載

主機過載可能為以下幾種情況：

（1）電壓太低：低壓空壓機額定工作電壓為380V，高壓空壓機額定工作電壓為6kV，電壓過低會產生過載情況。提供穩定的供電電壓即可解決。

（2）接線松動：檢查主接線，是否有松動。

（3）壓力閥密封失效，電機啟動時負載過大使機組壓力超過額定壓力：更換壓力閥，防止壓力過大即可解決。

（4）空氣過濾器濾芯、油過濾器濾芯、油細分離器濾芯堵塞：縮短空壓機維修保養時間，更換相應的濾芯即可解決。

（5）接觸器故障：更換接觸器。

5 結語

安裝礦井空壓機綜合保護與監控系統后，實現了針對空壓機的遠程監視與操縱，實時掌握了空壓機的運行情況，檢修、維護方向針對性強，同時降低了作業人員勞動強度，確保了空壓機的高效運行。