壓風(fēng)制氮系統(tǒng)綜合化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

張曉娟

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)虎龍溝煤業(yè)有限公司機(jī)電科，山西 朔州 038300）

引言

壓風(fēng)制氮系統(tǒng)是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，采用氮?dú)饪梢詫?duì)有害的易燃易爆氣體進(jìn)行有效隔離，防止危險(xiǎn)的產(chǎn)生?，F(xiàn)在使用的壓風(fēng)制氮系統(tǒng)大多采用單機(jī)控制的方式，沒有統(tǒng)一的監(jiān)控平臺(tái)，現(xiàn)場需要值班人員對(duì)多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場查看，無法進(jìn)行多臺(tái)設(shè)備的統(tǒng)一管控。這種方式不僅造成了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的延遲，增加了作業(yè)人員的工作量，也不能對(duì)設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)及調(diào)配運(yùn)行[1]。針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)壓風(fēng)制氮系統(tǒng)的綜合化控制系統(tǒng)，基于PLC控制的方式對(duì)多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行工業(yè)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)制氮系統(tǒng)的無人化作業(yè)，保障煤礦的安全生產(chǎn)[2]。

1 壓風(fēng)制氮系統(tǒng)綜合控制方案

采用PLC控制的綜合控制方式，綜合控制系統(tǒng)由上位機(jī)和系統(tǒng)軟件組成，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括數(shù)據(jù)感知層、PLC控制層和監(jiān)控信息層三部分，以PLC為系統(tǒng)的控制核心，與上位機(jī)、傳感器、電動(dòng)控制閥門等組成整體結(jié)構(gòu)。

圖1 綜合控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

綜合控制系統(tǒng)的操作模式主要包括遠(yuǎn)程自動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)及本地操作三種[3]，在控制柜內(nèi)部可以進(jìn)行遠(yuǎn)程及本地操作的切換，且在遠(yuǎn)程控制室和上位機(jī)界面中設(shè)置相應(yīng)的操作模式選擇按鈕。遠(yuǎn)程操作分為遠(yuǎn)程自動(dòng)及遠(yuǎn)程手動(dòng)兩種模式，滿足運(yùn)行條件時(shí)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)運(yùn)行。在遠(yuǎn)程自動(dòng)模式下運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)的壓力值、總管網(wǎng)的壓力依據(jù)低位及高位值進(jìn)行設(shè)定，并具有一定的延時(shí)時(shí)間。依據(jù)總管網(wǎng)的壓力和系統(tǒng)高低壓負(fù)荷進(jìn)行自動(dòng)化計(jì)算，對(duì)系統(tǒng)的壓風(fēng)機(jī)及制氮機(jī)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制啟停時(shí)間。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)退出綜合控制序列，并發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，提醒人工干預(yù)。遠(yuǎn)程手動(dòng)模式是在控制端上位機(jī)上，通過管理員權(quán)限可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備依據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行手動(dòng)的啟停操作[4]。在遠(yuǎn)程手動(dòng)的模式中，可以依據(jù)現(xiàn)場的工況對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行一鍵停止或一鍵啟動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速調(diào)整。本地操作是在設(shè)備現(xiàn)場對(duì)單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立的操作，用于對(duì)故障檢修或設(shè)備調(diào)試階段，此時(shí)綜合控制系統(tǒng)只能讀取設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，不能對(duì)其進(jìn)行操作控制，設(shè)備運(yùn)行正常后，切換到遠(yuǎn)程操作模式。

2 綜合控制系統(tǒng)的功能及顯示界面

2.1 控制系統(tǒng)的顯示和保護(hù)功能

針對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備，綜合控制系統(tǒng)具有開機(jī)、停機(jī)的操作功能，依據(jù)工況進(jìn)行啟動(dòng)、切入切斷延時(shí)及壓力設(shè)定的功能，能夠?qū)Ω髟O(shè)備的自動(dòng)控制進(jìn)行設(shè)置，具有運(yùn)行紀(jì)錄、報(bào)警故障、運(yùn)行曲線等功能。通過系統(tǒng)內(nèi)的壓力傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器等進(jìn)行各信號(hào)的采集及輸送功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的集中監(jiān)控及保護(hù)。在系統(tǒng)的控制室、壓風(fēng)機(jī)操作室等重要位置增加視頻監(jiān)控設(shè)備，能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)采集，并自動(dòng)進(jìn)行記錄，為設(shè)備的故障排除及保養(yǎng)提供參考[5]。系統(tǒng)內(nèi)接入智慧門禁系統(tǒng)，提供密碼、刷臉及指紋等多種開門方式，并依據(jù)不同的人員需求進(jìn)行權(quán)限的設(shè)置，避免無關(guān)人員的誤操作等，保證控制系統(tǒng)無人化運(yùn)行的穩(wěn)定安全性。

2.2 控制系統(tǒng)的功能顯示界面

在綜合控制系統(tǒng)的控制室內(nèi)設(shè)有上位機(jī)，采用工業(yè)組態(tài)的形式對(duì)設(shè)備的信息進(jìn)行采集。上位機(jī)軟件具有壓風(fēng)系統(tǒng)的主界面、單臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的界面、自動(dòng)控制設(shè)置、運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警、用戶管理等14個(gè)界面，可實(shí)現(xiàn)對(duì)壓風(fēng)制氮系統(tǒng)設(shè)備實(shí)時(shí)在線控制與監(jiān)測(cè)、一鍵啟停、自動(dòng)控制設(shè)置等功能。PLC系統(tǒng)的子程序通過主程序調(diào)用的形式實(shí)現(xiàn)，PLC系統(tǒng)的控制流程圖如圖2所示。

圖2 PLC控制程序流程圖

系統(tǒng)的主控界面顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)信息及報(bào)警信息等，單臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的界面如圖3所示，主要包括運(yùn)行模式選擇、單臺(tái)設(shè)備的控制按鈕及運(yùn)行參數(shù)顯示等。自動(dòng)控制設(shè)置界面包括對(duì)壓風(fēng)機(jī)設(shè)備、排污設(shè)備、語音播報(bào)等的設(shè)置，該界面進(jìn)行壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)啟停值的設(shè)定、水泵的液位調(diào)節(jié)等。同時(shí)，在自動(dòng)控制設(shè)置界面上可以查看設(shè)備的啟停操作順序，為系統(tǒng)的巡檢和維護(hù)提供參考。

圖3 單臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的控制界面

3 結(jié)語

綜合控制系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井的壓風(fēng)制氮系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，打破了壓風(fēng)機(jī)、制氮機(jī)等設(shè)備無法與外圍設(shè)備通信的難題，從而可以依據(jù)外圍環(huán)境的變化對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制；系統(tǒng)中綜合集成了礦井內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，人員可以全面地查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)信息，從而可以對(duì)礦井每部的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，降低了設(shè)備發(fā)生故障的概率；電動(dòng)的球閥控制的使用，完善了系統(tǒng)的保護(hù)功能，可以實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)制氮系統(tǒng)的無人化運(yùn)行，提高了礦井的自動(dòng)化水平。