礦井壓風系統無人值守自動控制改造

崔晉鋒

（晉能控股煤業集團沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048000）

引言

壓風系統是煤礦生產過程中重要的系統之一。傳統的礦用壓風系統自動化水平低，存在著過于依賴手動操作、操作人員勞動強度大、設備空載率大、系統故障維護困難、生產效率低等現象。隨著工業以太網技術和PLC 技術的不斷普及，礦井壓風自動控制系統正在逐步投入使用。這種現代化控制和監測裝置，除完成壓風機的單機控制外，還可以通過工業以太網傳輸接口與設置在壓風機房的PLC 控制柜連接，由調度監控指揮中心監控壓風機等相關設備，最終實現壓風機房的“無人化值守”[1]，實現信息化、自動化控制，提高工作效率和可靠性。

1 現場概況

岳城煤礦空壓機房共安裝四臺壽力牌螺桿式空壓機（LS20-150H 和LS25S-300H 型各兩臺），通過操作顯示屏進行相關參數的顯示和控制。空壓機運行只能實現就地控制（可以自動加載、卸載），不能按照需求自動輪換運行，無法實現遠程控制和監測，不具備數據信息共享，不利于安全運行管理。因此非常有必要對其進行自動控制改造，以提升系統可靠性。

2 研究內容

2.1 研究目標

對空壓機房進行自動化改造，實現壓風作業的自動化控制、數據采集、信息傳輸、故障報警、信息歸檔、報表生成等功能，實現壓風機房的就地自動化啟停壓風機、遠程監測、遠程控制壓風機無人值守的目的。

2.2 方案確定

根據方案設計思路，確定泵房自動化排水系統總體架構，具體如圖1 所示。

由圖1 可知，系統總體劃分為三層結構，具體如下：

圖1 系統總體框架圖

1）管理層。即以工控機為主要設備的遠程控制中心，通過局域辦公網對工控機進行遠程控制，并做好各類數據參數及指令的發送和終端反饋。

2）傳輸層。該層主要通過環網交換機、光纖等部件構建以太環網，將控制箱部分與壓風系統、冷卻系統的各類控制器、傳感器開關等裝置有效連接，保證各類指令數據傳輸可靠。

3）控制層。該層是基于PLC 主控制器和各類傳感器、攝像儀、電動球閥和電動閘閥等執行機構，通過主站+分站模式，即通過主站控制各個分站，實現對壓風機房壓風系統的遠程/就地自動啟停、自動輪換、故障智能切換、自動診斷功能[2]。

3 壓風系統設計

3.1 控制系統設計

由于壓風機現由微型電子計算機控制器進行控制，且預留有RS485 通信接口，設計通過其485 接口統一接入新配置的PLC 控制器，進行數據交換，同時，新PLC 控制器配置有以太網模塊，能夠實現PLC 控制器與觸摸屏和上位機的數據傳輸，實現對壓風機的監測和控制，保證數據信息的正常傳輸。

3.2 視頻監控系統設計

系統視頻監控系統如圖2 所示。

圖2 壓風機視頻監控系統示意圖

由圖2 可知，本視頻監控系統配置一定數量的攝像儀，可把整個壓風機房及壓風機配電室的圖像實時傳輸至調度中心，并能夠存儲錄像。在壓風機房和壓風機房運行室和配電室各增加一臺網絡高清攝像儀，攝像儀通過網線就近接入PLC 柜內交換機，實現遠程視頻監控；同時自動化控制系統軟件中嵌入視頻圖像，當設備出現告警，上位機監控畫面可自動彈出現場視頻圖像。實現控制系統和視頻圖像的聯動控制。

3.3 上位機軟件設計

地面控制中心的作用是遠程監控壓風機房設備，系統已開放通信協議，地面監控中心上的監控主機能夠通過接入全礦井安全生產自動化控制網，在調度中心即可掌握壓風機房壓風系統設備的所有檢測數據及工作狀態。上位機系統配置具有OPC 服務功能的加密鎖，在上位機軟件內進行相應的OPC 驅動設置[3]，并對上位機進行必要的DECOM 設置，從而使得系統可以和其他具備OPC 通信功能的設備或系統進行數據交換，豐富系統數據的傳輸途徑，為礦井后期的信息化建設打下基礎。

3.4 系統界面設計

系統主界面中，操作人員可以看到壓風機系統主要設備的運行狀態，如排氣壓力、排氣溫度、電壓電流和壓風機運行狀態、四臺壓風機控制方式顯示、攝像頭布置情況、網絡狀態、485 網絡通信狀態等。同時在該畫面點擊兩個攝像頭，就會自動跳轉到攝像頭控制畫面，操作人員可以通過點擊鼠標放大或縮小以查看壓風機及周圍情況，還可以監聽壓風機房聲音，同時可以和壓風機房工作人員進行對講。在畫面上點擊任何一臺壓風機，就會自動跳轉到該壓風機運行界面，可以查看傳感器報警情況、設備啟停故障、運行時間及次數、電壓電流參數、控制方式選擇等。

4 現場應用及結論

對壓風機房進行有效的自動化改造并對其應用之后增加檢測數據，壓風機的安全性得以提升，能夠結合管網總壓力對空壓機的電機頻率予以有效調整，以及能夠在接入視頻圖像的前提條件下，實現壓風機無人值守的監控功能，進而能夠實現整體礦井自動化全面管理。