礦井壓風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制改造技術(shù)應(yīng)用

王高軍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)趙莊二號(hào)井，山西 晉城 048000）

1 引言

壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中重要的系統(tǒng)之一。傳統(tǒng)的礦用壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)化水平低，存在著過(guò)于依賴手動(dòng)操作、操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、設(shè)備空載率大、系統(tǒng)故障維護(hù)困難、生產(chǎn)效率低等現(xiàn)象。礦井壓風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)除完成壓風(fēng)機(jī)的單機(jī)控制外，還可以通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸接口與設(shè)置在壓風(fēng)機(jī)房的PLC控制柜連接，由調(diào)度監(jiān)控指揮中心監(jiān)控壓風(fēng)機(jī)等相關(guān)設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)房的“無(wú)人化值守”，實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化控制，提高工作效益和可靠性[1-3]。

2 現(xiàn)場(chǎng)概況

趙莊二號(hào)井空壓機(jī)房安裝有LS20-150H和LS25S-300H型壽力牌螺桿式空壓機(jī)各兩臺(tái)，通過(guò)操作顯示屏進(jìn)行參數(shù)的顯示和控制。目前空壓機(jī)主要是現(xiàn)場(chǎng)就地控制，同型號(hào)主備用空壓機(jī)之間無(wú)法自動(dòng)輪換，也不具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)上傳等功能，不但操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，自動(dòng)化程度也非常低。因此非常有必要對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制改造，提升系統(tǒng)可靠性。

3 研究?jī)?nèi)容

3.1 研發(fā)目標(biāo)

對(duì)空壓機(jī)房進(jìn)行自動(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)就地自動(dòng)化啟停、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制等功能，達(dá)到無(wú)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(jì)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(jī)為主要設(shè)備的遠(yuǎn)程控制中心，通過(guò)局域辦公網(wǎng)對(duì)工控機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)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(guò)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、光纖等部件構(gòu)建以太環(huán)網(wǎng)，將控制箱部分與壓風(fēng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的各類控制器、傳感器開(kāi)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(dòng)球閥和電動(dòng)閘閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)主站+分站模式，即通過(guò)主站控制各個(gè)分站，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓風(fēng)機(jī)房壓風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程就地自動(dòng)啟停、自動(dòng)輪換、故障智能切換、自動(dòng)診斷功能。

4 壓風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于壓風(fēng)機(jī)現(xiàn)由微電腦控制器進(jìn)行控制，且預(yù)留有RS485通信接口，設(shè)計(jì)通過(guò)其485接口統(tǒng)一接入新配置的PLC控制器，進(jìn)行與原控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，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(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)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(jì)

系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖3。

圖3 壓風(fēng)機(jī)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(guò)攝像儀對(duì)壓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并反饋給機(jī)電隊(duì)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，分別在壓風(fēng)機(jī)房運(yùn)行室和配電室各配備一部網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，通過(guò)網(wǎng)線接入PLC控制柜，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)和視頻圖像的聯(lián)動(dòng)控制。

4.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

地面控制中心的作用是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控壓風(fēng)機(jī)房設(shè)備，上位機(jī)系統(tǒng)配置具有OPC服務(wù)功能的加密鎖，在上位機(jī)軟件內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的OPC驅(qū)動(dòng)設(shè)置，并對(duì)上位機(jī)進(jìn)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(jìn)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(jì)

系統(tǒng)主界面中，操作人員可以看到壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，比如：排氣壓力、排氣溫度、電壓電流和壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、4臺(tái)壓風(fēng)機(jī)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(shí)在該畫(huà)面點(diǎn)擊兩個(gè)攝像頭，就會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到攝像頭控制畫(huà)面，操作人員可以點(diǎn)擊鼠標(biāo)放大或縮小查看壓風(fēng)機(jī)及周圍情況，攝像頭可以監(jiān)聽(tīng)壓風(fēng)機(jī)房聲音，同時(shí)可以和壓風(fēng)機(jī)房工作人員進(jìn)行對(duì)講。在畫(huà)面上點(diǎn)擊任何1臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，就會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到該壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行界面，可以查看傳感器報(bào)警情況、設(shè)備啟停故障、運(yùn)行時(shí)間及次數(shù)、電壓電流參數(shù)、控制方式選擇等。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及結(jié)論

本項(xiàng)目在趙莊二號(hào)井空壓機(jī)房進(jìn)行了為期三個(gè)月的工業(yè)性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)改造后，風(fēng)機(jī)能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管網(wǎng)總壓力，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)控空氣壓縮機(jī)的電機(jī)頻率；視頻圖像系統(tǒng)接入后，能夠?qū)崟r(shí)觀察機(jī)房?jī)?nèi)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)無(wú)人值守的監(jiān)控功能。