煤礦螺桿式空壓機遠程監測系統方案研究

顧 潔

（大同煤礦集團機電裝備科工安全儀器有限責任公司， 山西 大同 037000）

引言

螺桿式空壓機在煤礦企業中屬于“四大運轉”（通、壓、排、提）設備中的一種，可作為動力源帶動煤礦井下風鉆、風動鑿巖機械、風鎬設備等機械進行作業。由于煤礦作業環境的特殊性，要求煤礦開采技術應逐步向自動化、智能化和遠程監測技術發展，以提高煤礦開采效率和生產安全性，但目前較多煤礦廠的開采技術水平相對較落后，自動化程度、遠程監測監控水平及監測精度相對較低，對煤礦開采環境的安全構成較大風險[1]，因此加強科技投入，實現對煤礦空壓機的遠程監測與控制。

1 螺桿式空壓機結構組成

目前，煤礦井下使用較多的是螺桿式空壓機，其結構主要由機體機構、壓縮機構、壓縮機構、壓縮機構、冷卻機構、操縱調節機構、動為機構等組成，煤礦螺桿式空壓機主機分布如圖1所示[2]。空壓機在長時間運轉過程中，可將電能轉化為機械能，機械能又轉化成機械做功產生的熱能和增加空氣壓力的勢能，具有效率高、不易損件、振動小、噪音低、不產生火花、不怕超負荷等特點，其輸出壓縮空氣可作為井下煤礦機械設備施工作業的動力源，與電力能源相比具有更高的負載能力和安全性[3]。

2 監測系統功能

2.1 井下安裝設備具備的功能要求

1）實現對螺桿式空壓機排氣溫度數據的實時采集，并將其與相應閥值進行對比判斷，進而采用報警提示；

2）對油氣分離器進行判斷，若該裝置發生堵塞，則系統發出報警提示；

3）對過濾器端口進行判斷，若該設備發生堵塞，則系統發出相應的報警提示；

圖1 煤礦螺桿式空壓機主機分布圖

4）當壓差高于0.18 MPa時，系統發出報警提示，空壓機停止運轉；

5）對空壓機的排氣壓力數據進行實時采集并判斷，若排氣壓力不在正常范圍內，則系統發出報警提示，空壓機停止運轉[4]。

2.2 井上安裝設備具備的功能要求

1）實現對螺桿式空壓機排氣溫度數據的實時采集，將與相應閥值進行對比判斷，采用報警提示；

2）對油氣分離器進行判斷，若該裝置發生堵塞，系統發出報警提示；

3）對冷卻水流量進行判斷，當流量低于閥值時，系統發出報警提示，空壓機斷電停止運行；

4）對過濾器端口進行判斷，若該設備發生堵塞，系統發出報警提示；

5）當壓差高于0.18 MPa時，系統發出報警提示，空壓機停止運轉；

6）對空壓機的排氣壓力數據進行實時采集并判斷，若排氣壓力不在正常范圍內，系統發出報警提示，空壓機停止運轉。

2.3 監測系統程序具備的功能要求

在監測系統程序編寫過程中，應保證所編寫程序具有如下功能：

1）對監測到的空壓機壓力數據進行實時顯示；

2）對監測到的空壓機溫度數據進行實時顯示；

3）對監測到的空壓機油濾、油氣堵塞等情況進行報警；

4）對監測到的空壓機冷卻水壓異常情況進行報警；

5）整套程序具有異常狀態急停功能。

3 監測系統功能參數確認

空壓機正常運行時，其本身的運行參數需保持在一定范圍內，當某些參數超過或低于閥值時，需要對空壓機相關參數進行監測，其監測參數主要包括：溫度、壓力、流量、溫度、液位、流量等，其中，壓力及溫度閥值如表1所示[5]。

表1 檢測參數閾值表

在監測過程中，系統將根據監測值進行自動控制保護，其主要包括：

1）溫度監測與控制保護。當空氣壓縮機的排氣溫度升高至溫度參數的設定值100℃時，其常閉觸點將進行斷開，空壓機停止運轉。

2）壓力檢測與超壓控制。通過實時采集空壓機排氣壓力的相關數據，當排氣壓力超過正常排氣壓力0.8 MPa時，系統將發出預警提示并自動切斷空壓機，使其進入超壓保護。

3）流量檢測與斷油停機控制。當進出油壓差增大并超過設定值0.18 MPa時，監測系統將發出預警提示，空壓機進入自動停機保護狀態。

4 遠程監測系統總體方案設計

該方案主要包括上位機遠程監測子系統和下位機現場監測與控制子系統。上位機為一臺工控機，通過井上、井下安裝的可編程邏輯控制器，實現對空氣壓縮機數據的采集將數據，并通過CAN總線將數據傳輸至上位機進行判斷，當設備運行中出現異常現象時，系統發出聲光報警提示，操作人員可根據報警提示采取相應措施，實現對螺桿式空壓機的遠程監控[6]。通過該方案，可實現對空壓機各類參數指標及常見故障的準確判斷和預警提示，為煤礦空壓機的安全運行起到了重要的保障作用。如圖2所示。

圖2 空壓機遠程監控系統總體方案示意圖

5 結論

煤礦螺桿式空壓機遠程監控系統總體方案的實施，實現了監測系統對井下、井上設備監測的功能要求，各項監測數據采集及時有效，與預期相符，提高了煤礦生產效率和安全水平，為空壓機遠程監測系統在工程上的應用提供了理論指導。