煤礦制氮系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用分析

陳智國

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)大斗溝煤業(yè)公司，山西 大同 037031）

1 制氮系統(tǒng)組成及參數(shù)

大斗溝煤業(yè)公司同忻三盤區(qū)副立井井口制氮機(jī)房?jī)?nèi)安裝了一套制氮系統(tǒng)，主要用于井下綜采工作面采空區(qū)防滅火，該制氮系統(tǒng)主要包括制氮機(jī)、空壓機(jī)、氮?dú)庠鰤簷C(jī)以及前置空氣儲(chǔ)罐等部分組成。

制氮機(jī)三套型號(hào)為DT-3000/98型，采用變壓吸附式制氮方式，單套制氮機(jī)制氮產(chǎn)量為3 000 m3/h，制氮濃度大于98%，制氮出口壓力大于0.6 MPa。KA355-8 螺桿式空壓機(jī)共6 臺(tái)，每套制氮機(jī)配2 臺(tái)空壓機(jī)，排氣量為65 m3/min 以上，額定排氣壓力為0.8 MPa；氮?dú)庠鰤簷C(jī)型號(hào)為AED132A-T型螺桿式，壓縮介質(zhì)為氮?dú)猓鼩鈮毫?.5 MPa，排氣壓力為1.6 MPa。

2 制氮系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)主要由控制器、采集器、上傳控制器以及顯示存儲(chǔ)器等四部分組成，如圖1 所示。

圖1 制氮裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1）控制器主要由PLC 下位機(jī)、觸摸屏等部分組成，控制器可通過現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)控制，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)要求以及設(shè)備參數(shù)進(jìn)行編程。

2）采集器主要利用制氮系統(tǒng)的各類傳感器將制氮系統(tǒng)運(yùn)行過程中的壓力、流量、溫度、氮?dú)夂俊㈦妱?dòng)閥門工作狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行收集，并進(jìn)行分析處理，并利用局域網(wǎng)路對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，讀取其數(shù)據(jù)并進(jìn)行控制[1-2]。

3）上傳控制器主要由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、工業(yè)以太網(wǎng)組成，該裝置利用以太網(wǎng)以及交換機(jī)及時(shí)將收集的數(shù)據(jù)信號(hào)上傳至顯示存儲(chǔ)器中。

4）顯示存儲(chǔ)器主要由上位機(jī)、服務(wù)器、移動(dòng)終端、觸摸屏等部分組成，數(shù)據(jù)上傳至顯示儲(chǔ)存器后在服務(wù)器內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存，利用WEB 進(jìn)行發(fā)布，并通過專用軟件在顯示器上直觀顯示制氮系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，便于工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢。

2.2 系統(tǒng)工作原理

1）PLC 控制器是整個(gè)系統(tǒng)中核心部件，PLC 可實(shí)時(shí)收集制氮系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下各種參數(shù)，主要包括這溫度、壓力、流量、濃度等，并利用Modbus 協(xié)議與空壓機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，采集空壓機(jī)的各種信息，PLC控制器將收集的各類參數(shù)上傳至顯示器內(nèi)，達(dá)到制氮系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示等目的。

2）監(jiān)控系統(tǒng)主要有自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)等三種控制模式，PLC 將采集的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理變?yōu)殡娦盘?hào)，然后利用工業(yè)以太網(wǎng)上傳至網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)內(nèi)，最后上傳至操控室內(nèi)的上位機(jī)系統(tǒng)內(nèi)[3-4]。

3）系統(tǒng)中數(shù)據(jù)服務(wù)器主要用于制氮系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理，以及采用網(wǎng)絡(luò)間服務(wù)器與多終端設(shè)備間的通訊，并檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳失效、斷網(wǎng)時(shí)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警；多終端設(shè)備可對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、打印便于操控人員參考分析。

3 制氮系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能及優(yōu)點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)主要功能

1）報(bào)表功能：遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以直觀的將空壓機(jī)、制氮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及各類參數(shù)分別以數(shù)據(jù)數(shù)字、圖形、曲線、動(dòng)畫等多種方式顯示，便于工作人員進(jìn)行分析。同時(shí)該系統(tǒng)可對(duì)空壓機(jī)、制氮機(jī)的各類運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，并形成數(shù)據(jù)庫，并通過終端設(shè)備打印各種報(bào)表以及曲線圖。

2）數(shù)據(jù)交換處理功能：該系統(tǒng)中手動(dòng)、自動(dòng)以及遠(yuǎn)程控制制轉(zhuǎn)換靈活，操作方便，同時(shí)系統(tǒng)中留有網(wǎng)絡(luò)接口，可與工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、交換，并進(jìn)行系統(tǒng)故障檢測(cè)等。

3）參數(shù)修改校正功能：該系統(tǒng)可自動(dòng)完善參數(shù)設(shè)置、報(bào)表處理以及數(shù)據(jù)查詢等，根據(jù)工作人員需求可隨時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行修改，并可實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)各類參數(shù)打印報(bào)表[5]。

4）遠(yuǎn)程控制功能：該系統(tǒng)利用PLC 控制器實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化、遠(yuǎn)程操控的目的，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)硬件以及控制組件保證了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、動(dòng)作保護(hù)靈敏性，實(shí)現(xiàn)了制氮系統(tǒng)無人值守。

3.2 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）故障率低：該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，通過各類傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，采用PLC 控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，整套系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備相對(duì)較少，故障率低。

2）自動(dòng)化水平高：該套系統(tǒng)可對(duì)制氮機(jī)、空壓機(jī)運(yùn)行過程中各類參數(shù)實(shí)時(shí)收集記錄、并利用各類終端設(shè)備將設(shè)備運(yùn)行參數(shù)以圖形的形式直觀地顯示，自動(dòng)化控制水平高，降低了系統(tǒng)監(jiān)控勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）系統(tǒng)靈敏可靠：制氮系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控保護(hù)動(dòng)作靈敏可靠；而且系統(tǒng)監(jiān)控的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行傳送，與傳統(tǒng)布線系統(tǒng)相比，減少布線繁瑣環(huán)節(jié)，而且工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)速度快、干擾性小。

4 結(jié)語

制氮系統(tǒng)是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要設(shè)施，而進(jìn)一步提高制氮系統(tǒng)自動(dòng)化水平、降低系統(tǒng)故障率、提高制氮效率，對(duì)制氮系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)具有必要性，大斗溝煤礦通過對(duì)同忻三盤區(qū)副立井井口制氮系統(tǒng)應(yīng)用了一套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了制氮系統(tǒng)無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有傳輸數(shù)據(jù)快、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、自動(dòng)化水平高等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了制氮系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)化水平，保證了制氮系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，取得了顯著的實(shí)際應(yīng)用效果。