壓風機組恒壓供風節(jié)能控制技術在煤礦中的應用

高美榮 淮北礦業(yè)集團臨渙煤礦機電科，安徽 淮北 235136

壓風機組恒壓供風節(jié)能控制技術在煤礦中的應用

高美榮 淮北礦業(yè)集團臨渙煤礦機電科，安徽 淮北 235136

壓風機組恒壓供風節(jié)能控制技術根據煤礦壓風機系統(tǒng)工況的特點，采用可編程控制器、觸摸屏、工業(yè)計算機、傳感器等技術，實現(xiàn)壓風系統(tǒng)的恒壓供風、遠程自動控制、遠程可視控制功能，并有效保持了系統(tǒng)內空氣壓力穩(wěn)定，調整了整體負載平衡，減少了排氣放空，實現(xiàn)節(jié)能降耗，提高了監(jiān)控系統(tǒng)全面有效性，真正實現(xiàn)了無人自動化操作。

壓風機組；恒壓供風；自動控制；節(jié)能降耗

pressurized air units; Constant pressure for the wind; Automatic control; Saving energy and reducing consumption

1 概述

臨渙煤礦壓風機房共有4臺螺桿式壓風機，正常用風情況下需兩臺機組同時運行，而在用風高峰則需運行三臺，各機組現(xiàn)均獨立操作運行。

長期以來，壓風機向井下供風都是由人工來完成，這樣難免造成供氣壓力的不穩(wěn)定，而且各機組的開停機、運行時間的長短以及開停機的順序等也都是由人工來完成，造成每臺空壓機運行的時間不均，同時部分空壓機在空載狀態(tài)下長期運行造成電能浪費及增加機器磨損。

另外，對于壓風機房內各空壓機的運行狀態(tài)只能由人工去巡檢，在巡檢時間段以外，空壓機出現(xiàn)預兆性的運行工況或故障報警信息若不能及時監(jiān)測和反映，會影響到煤礦企業(yè)的壓風供應以及生產。

根據以上現(xiàn)狀，對壓風機組進行恒壓供風節(jié)能控制技術改造，此技術可以實現(xiàn)空壓機機組（包括每臺空壓機后處理設備）連鎖控制，根據總管壓力和空壓機運行狀態(tài)智能地加卸載對應空壓機，以保證管網供氣穩(wěn)定。

2 改造方案

壓風機組恒壓供風節(jié)能控制技術是根據煤礦壓風機系統(tǒng)工作的特點，采用可編程控制器、觸摸屏、工業(yè)計算機、傳感器技術等技術來實現(xiàn)壓風機系統(tǒng)的恒壓供風、遠程自動控制、遠程可視控制。

本系統(tǒng)可以實時檢測主供氣管路的系統(tǒng)壓力、控制空壓機的啟停、對空壓機本身的運行狀態(tài)、高壓開關柜電壓、電流信號、儲氣罐溫度、車間溫、濕度等實現(xiàn)不間斷監(jiān)視，使運行人員及時準確地掌握現(xiàn)場機器運行的工況，對壓風穩(wěn)定供應、提高設備的安全性指標具有重要的意義。

3 控制原理

壓風機組恒壓供風節(jié)能控制技術主要是檢測壓力變送器傳輸?shù)膲毫π盘?，再根據設定壓力范圍來控制空壓機的運行狀態(tài)?？諌簷C通過通訊電纜與集控柜控制系統(tǒng)中的通訊模塊進行通訊，將其運行參數(shù)傳輸?shù)郊毓窨刂葡到y(tǒng)進行顯示和報警信息提示等，同時檢測到的高壓柜電壓電流信號、儲氣罐溫度等參數(shù)亦同步顯示在集控柜控制系統(tǒng)上，集控柜控制系統(tǒng)通過轉換模塊處理后將相關控制和信息在上位機進行控制和顯示。

壓風機集中控制系統(tǒng)組成系統(tǒng)圖如圖1所示，包括上位工控機系統(tǒng)、微機控制柜系統(tǒng)、傳感器等組成。

圖1 集中控制系統(tǒng)框圖

上位工控機系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機、人機界面等組成，其主要完成壓風機組遠程參數(shù)的監(jiān)控、運行參數(shù)設置、實時曲線、歷史報表查詢、及其他數(shù)據的處理等功能。

集控柜控制系統(tǒng)包括電源開關及熔斷器、觸摸顯示屏、PLC控制器、輸出繼電器、24V直流電源、通訊轉換模塊、指示及報警裝置等組成，PLC控制系統(tǒng)選用三菱Q系列可編程序控制器作為監(jiān)控核心。充分利用可編程控制器能適應各種惡劣現(xiàn)場條件，現(xiàn)場抗干擾能力強的特點，且安裝維護方便，其模塊化結構，配置相應的通訊接口與各空壓機的通訊模塊進行通訊。

現(xiàn)場傳感器實時采集現(xiàn)場物理量信號，并將其轉換為標準電信號傳送給CPU。本系統(tǒng)現(xiàn)場使用的傳感器較多，如壓力、溫度、電流等。為減少傳輸誤差，提高檢測精度，均選用變送器，性能可靠，壽命長，輸出標準信號4～20mA的傳感器，直接采集現(xiàn)場信號，并配以二線制RVVP電纜單獨傳送，以進一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。壓力變送器主要用于測量氣體、液體和蒸汽的壓力、負壓和絕對壓力等參數(shù)，然后將其轉換成4～20mA.DC信號輸出，是一種經常運用的感應壓力裝置。

本系統(tǒng)的上位機監(jiān)控軟件工作環(huán)境采用WIN XP操作系統(tǒng)，采用組態(tài)王組態(tài)軟件。實現(xiàn)數(shù)據的傳輸、處理，并滿足各種畫面、曲線、報表打印、自動告警的功能要求。并在軟件編程上采取相應的措施，進一步提高系統(tǒng)運行的可靠性。

4 技術創(chuàng)新點

壓風機組恒壓供風節(jié)能控制技術采用了可靠而穩(wěn)定的總管壓力檢測控制技術，實現(xiàn)了穩(wěn)定供應壓縮空氣、多臺空壓機組聯(lián)動控制以及節(jié)能降耗的良好效果，能實時顯示各設備運行參數(shù)，通過數(shù)據的分析可以對壓力需求、空壓機設備維護等提供良好的參照。

（1）顯著的節(jié)能降耗效果：實現(xiàn)穩(wěn)定的壓力輸出，減少傳統(tǒng)的壓力層疊系統(tǒng)造成的能源浪費，它將顯著減少空壓機卸載（空轉運行）時間，節(jié)省能源浪費；

（2）穩(wěn)定的壓力輸出：系統(tǒng)具有極高的壓力控制精度，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的壓力輸出；

（3）系統(tǒng)集成能力：具有極強的系統(tǒng)集成能力，可以與絕大多數(shù)用戶主控系統(tǒng)連接：DCS（集散控制系統(tǒng)），BMS（樓宇管理系統(tǒng)），PLC（可編程控制器）等；

（4）遠程監(jiān)控能力：可以控制空壓機、對壓縮空氣系統(tǒng)壓力、高壓開關柜的電流電壓信號、各設備運行機械故障狀態(tài)等均能進行監(jiān)視。

（5）真正無人值守：自動聯(lián)控加上遠程計算機監(jiān)控，實現(xiàn)真正意義上的無人值守，全自動24小時穩(wěn)定高效的運行。

5 使用效果分析

5.1 經濟效益：

1、節(jié)能降耗?？諌簷C組在聯(lián)控運行狀態(tài)下，實現(xiàn)自動停機、自動啟動，可避免無為運行。根據現(xiàn)場四臺壓風機組計算，采用恒壓供風，一年節(jié)電43.2萬度，可節(jié)約21.6萬元，節(jié)能效果明顯。

2、維護量小，運行效率高。空壓機組的自動聯(lián)控運行，可以實現(xiàn)無人操作，減少操作人員9人，年可節(jié)約工資近27萬元，維修費用可減少10余萬元。

3、機組的聯(lián)控運行杜絕了以往由于風量供應不足造成的耽誤生產現(xiàn)象，由于供風質量和供風效率的提高，對于提高礦井掘進速度，實現(xiàn)礦井采掘平衡，更是具有重要的作用和意義。僅此一項即可每年為煤礦企業(yè)增加效益不低于40萬元。

4、由于采用集中控制，實測減少噪聲15分貝，減少噪聲污染。

5、螺桿式壓風機采用風冷，減少冷卻水使用，達到低碳排放，每年可節(jié)約16萬元。

經濟效益合計：114.6萬元/年

5.2 安全效益

機組運行安全、可靠，操作簡便。壓風機組能夠根據實際用風負荷的變化，適時自動調整運行狀態(tài)，能夠保持恒壓供風，提高了整個壓風系統(tǒng)的安全可靠性。由于減少了人員的操作量，從而相應減少了人為因素所帶來的安全隱患。

6 結論

本系統(tǒng)采用對主供氣管路的系統(tǒng)壓力進行實時監(jiān)測、對空壓機運行狀態(tài)進行檢測和報警，保證設備的正常運行，同時考慮到集控柜控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或停電后避免影響到空壓機的運行，采用了獨特的斷電自動交權的運行控制技術，從而確保了可靠有效地提供壓縮空氣。

該系統(tǒng)具有良好的計算機界面，可顯示空壓機及儲氣罐的群模擬圖、可顯示高壓柜電壓及運行電流信號、可顯示儲氣罐溫度等參數(shù)，當空壓機運行中出現(xiàn)異常，在集控柜和上位機上均會顯示畫面同時在集控柜上的事故報警音響和燈光發(fā)出，在上位機上可直接查看并能迅速看到出現(xiàn)事故的機臺號，可以加快相應時間，提高處理問題的快速性和可靠性。

此項系統(tǒng)技術的成功運用對于穩(wěn)定壓力輸出、減少無效能耗、減員增效等均具有良好的實際意義。

Application of pressurized air units constant pressure for wind energy control technology in coal mine

Gao Meirong
HuaiBei Mining (Group) Co.,Ltd., Huaibei 235136,China

The pressurized air units for wind energy saving a constant pressure control technology of coal mine pressure fan system according to the characteristics of working conditions, adopting PLC and touch screen, industrial computer, sensors, etc technology to realize pressure air system of constant pressure for wind, remote automatic control, remote video control function, and effectively keep the air inside the system pressure stable, adjusted the whole load balancing, reduce the exhaust vent, realize saving energy, improving the monitoring system overall effectiveness, to achieve a truly unmanned automation.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.065

高美榮（1981-），女，助理工程師。2006年畢業(yè)于安徽理工大學機械設計制造專業(yè)（學士學位），現(xiàn)在淮北礦業(yè)集團臨渙煤礦從事現(xiàn)場控制及高壓供電技術工作。