探討自動(dòng)化控制在礦井壓風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

劉洪楓，鄭茂舉，張 蘇

（山東省天安礦業(yè)集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)寧 272000）

0 引言

某礦井一壓風(fēng)機(jī)房中安裝幾臺(tái)66 m3/min 螺桿式空氣壓縮機(jī)，僅僅可以在壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)柜與控制面板上進(jìn)行啟停操作，壓風(fēng)機(jī)的水泵閥門(mén)、風(fēng)包閥門(mén)、進(jìn)出水閥門(mén)都是老式閥門(mén)，操作費(fèi)力耗時(shí)，以及應(yīng)用年限短，壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)只可以監(jiān)視，不可以進(jìn)行遠(yuǎn)程以及無(wú)人值守控制等。為此，在進(jìn)行分析之后，優(yōu)化螺桿壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控技術(shù)，也就是改造螺桿壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控為無(wú)人值守監(jiān)控。在進(jìn)行一段時(shí)間的考察之后，確定應(yīng)用施耐德的M340 系列PLC、昆侖通態(tài)TPC1063E 觸摸屏等工業(yè)設(shè)備。

1 礦井壓風(fēng)機(jī)應(yīng)用自動(dòng)化控制的意義

傳統(tǒng)的礦井壓風(fēng)機(jī)都是操作者就地關(guān)閉或開(kāi)啟控制運(yùn)行，僅僅結(jié)合操作者手動(dòng)記錄的參數(shù)向調(diào)度室傳輸，部門(mén)管理工作者難以及時(shí)查看壓風(fēng)機(jī)停止以及運(yùn)行狀態(tài)之下的風(fēng)速、流量、風(fēng)壓、電機(jī)頻率等，傳統(tǒng)壓風(fēng)機(jī)需要實(shí)施人工維護(hù)模式，不但浪費(fèi)大量的人力成本，而且難以實(shí)現(xiàn)理想的壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行效果。應(yīng)用過(guò)程中的壓風(fēng)機(jī)往往因?yàn)檎駝?dòng)、壓力、溫度等要素的制約存在轉(zhuǎn)子軸磨損、滲漏等現(xiàn)象，工作者需要間隔1 h 即檢查1 次運(yùn)行狀況，并且每一周都需要進(jìn)行維修工作，以確保礦井生產(chǎn)的正常開(kāi)展。與此同時(shí)，在礦井存在意外的情況下，壓風(fēng)機(jī)可以將穩(wěn)定的風(fēng)源提供給礦井自救系統(tǒng)。壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行受到人為的操作影響，存在意外的情況下難以把握礦井中的風(fēng)速、濕度、溫度等，也不能提供有效的風(fēng)源，這不利于礦井生產(chǎn)的順利進(jìn)行，甚至對(duì)煤礦工作者的人身安全形成影響。倘若能夠自動(dòng)化控制壓風(fēng)機(jī)，那么能夠確保礦井工作要求的風(fēng)動(dòng)設(shè)備和工具具備足夠的動(dòng)力，避免風(fēng)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行情況下而制約礦井的生產(chǎn)進(jìn)度，以及在發(fā)生意外的情況下，提供的風(fēng)源能夠確保礦井生產(chǎn)的順利進(jìn)行和工作者的人身安全。

2 礦井壓風(fēng)機(jī)應(yīng)用自動(dòng)化控制后具備的作用

自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)要求自動(dòng)化系統(tǒng)的安裝。結(jié)合壓風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行原理，需要達(dá)到相應(yīng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性標(biāo)準(zhǔn)，作為一種壓風(fēng)系統(tǒng)人機(jī)交互關(guān)鍵載體形式的工業(yè)計(jì)算機(jī)和觸摸屏而言，其數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫(kù)可以選用專門(mén)的數(shù)據(jù)歸檔服務(wù)器。礦井壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制即以控制主機(jī)和設(shè)備聯(lián)系壓風(fēng)機(jī)控制，然后結(jié)合軟件技術(shù)與控制設(shè)備監(jiān)控壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，也就是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在監(jiān)控主機(jī)上呈現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的風(fēng)速、溫度、流量、壓力、電機(jī)頻率、風(fēng)壓、振動(dòng)、變頻器溫度、關(guān)停風(fēng)機(jī)時(shí)的風(fēng)壓和溫度等一系列參數(shù)，以及倘若有關(guān)的數(shù)據(jù)超出限額會(huì)自動(dòng)化進(jìn)行報(bào)警，還能夠制作一系列參數(shù)的浮動(dòng)、開(kāi)停操作記錄、報(bào)警信息等數(shù)據(jù)為圖表，從而使礦井壓風(fēng)機(jī)中人力的操作得以解放，大大提高壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。

3 施耐德M340 系列PLC、昆侖通態(tài)TPC1063E 觸摸屏的特點(diǎn)分析

①能夠很好地控制2～8 臺(tái)空氣壓縮機(jī)；②空氣壓力控制的基礎(chǔ)是單一壓力點(diǎn)，并非立足于多點(diǎn)壓力；③能夠結(jié)合用戶編程更改設(shè)定的空氣壓力；④能夠結(jié)合空氣系統(tǒng)的特點(diǎn)單獨(dú)設(shè)計(jì)加載與卸載延時(shí)間隔；⑤系統(tǒng)的安裝能夠遠(yuǎn)離空氣引風(fēng)機(jī)，可以遠(yuǎn)程停止和啟動(dòng)壓風(fēng)機(jī)；⑥8 個(gè)用戶能夠?qū)猴L(fēng)機(jī)次序進(jìn)行編程；⑦能夠由一個(gè)工作次序向另外一個(gè)工作次序切換，用戶能夠結(jié)合運(yùn)行的時(shí)間分別進(jìn)行編程，設(shè)定范圍最多是40 d；⑧系統(tǒng)依次啟動(dòng)1 臺(tái)風(fēng)壓機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果；⑨工作次序穩(wěn)定切換輪回，防止系統(tǒng)空氣壓力受到波動(dòng)；⑩能夠在不暫停系統(tǒng)的條件下更改操作參數(shù)，系統(tǒng)配合變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)電能的大大節(jié)省。

4 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成部分分析

結(jié)合礦井壓風(fēng)系統(tǒng)需要的基本標(biāo)準(zhǔn)——實(shí)用性及穩(wěn)定性，此系統(tǒng)結(jié)合工業(yè)計(jì)算機(jī)與觸摸屏有效地充當(dāng)人機(jī)交互的一種有效載體形式，并且存儲(chǔ)數(shù)據(jù)通過(guò)一樣專業(yè)的數(shù)據(jù)歸檔服務(wù)器進(jìn)行。因?yàn)閴猴L(fēng)機(jī)控制支持施耐德Modbus 通信協(xié)議，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)通信穩(wěn)定性的大大提升，此系統(tǒng)結(jié)合施耐德M340 的PLC 充當(dāng)采集以及處理信號(hào)的一種工具，以及應(yīng)用一種新的通信介質(zhì)——工業(yè)屏蔽線，這樣一來(lái)，壓風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)動(dòng)和聯(lián)機(jī)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)，并且可以監(jiān)視和診斷壓風(fēng)系統(tǒng)的故障。

5 操作自動(dòng)化控制系統(tǒng)

5.1 用戶登錄系統(tǒng)

啟動(dòng)之后，首先是用戶登錄。不然，難以順利操作集控系統(tǒng)。具體來(lái)講，在點(diǎn)擊“用戶登錄”之后，然后選擇用戶名，輸入密碼即可，按確定之后即登錄成功。完成登錄后，能夠操作允許的權(quán)限。點(diǎn)擊“注銷”，即可退出登錄。

5.2 查看上位機(jī)通訊狀態(tài)

在PLC 站點(diǎn)出現(xiàn)通信和控制方面的計(jì)算機(jī)故障的情況下，壓風(fēng)機(jī)圖片有感嘆號(hào)出現(xiàn)，表示的是通信的中斷。當(dāng)然，在出現(xiàn)通信故障之后，全部操作將失效。

5.3 查看和操作設(shè)備狀態(tài)

此系統(tǒng)在設(shè)備工作狀態(tài)中以顏色進(jìn)行體現(xiàn)，其中，壓風(fēng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)以黑色進(jìn)行體現(xiàn)；壓風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)以藍(lán)色進(jìn)行體現(xiàn)；設(shè)備報(bào)警狀態(tài)是紅色等。在設(shè)備狀態(tài)窗口標(biāo)題欄當(dāng)中，有關(guān)當(dāng)前正在應(yīng)用的設(shè)備的名稱會(huì)逐一呈現(xiàn)出來(lái)，在進(jìn)行正式操作之前，需要對(duì)打開(kāi)的窗口是否對(duì)應(yīng)操作設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的確定。倘若是顯示的當(dāng)前用戶，那么這屬于當(dāng)前的工作方式、工作次序、工作輪換時(shí)間等。在報(bào)警到來(lái)的情況下，要關(guān)閉報(bào)警蜂鳴器聲，需點(diǎn)擊消音按鈕。

5.4 設(shè)計(jì)參數(shù)

①可以設(shè)置壓風(fēng)機(jī)的順序，僅僅可以在1～6 間設(shè)置次序數(shù)字，在相同次序中不可以重復(fù)一樣的主備機(jī)數(shù)字，不然次序的設(shè)定無(wú)效，并且將對(duì)話框彈出；②可以輪換次序，能夠根據(jù)切換次序的時(shí)間有效地設(shè)定輪換問(wèn)題，也能夠在切換中通過(guò)按鈕“切換至下一次序”進(jìn)行；③設(shè)定目標(biāo)壓力的下限以及上限值；④設(shè)定時(shí)間間隔問(wèn)題，在壓力高于上限或低于下限的情況下，聯(lián)控系統(tǒng)對(duì)下臺(tái)機(jī)器加載間隔時(shí)間；⑤輪換次序的時(shí)間，聯(lián)控系統(tǒng)需要對(duì)下個(gè)次序進(jìn)行間隔的時(shí)間予以執(zhí)行；⑥加載卸載的時(shí)間，控制系統(tǒng)由卸載至停機(jī)的延時(shí)以及由啟動(dòng)到加載間的延時(shí)；⑦在選擇開(kāi)關(guān)處，在非聯(lián)控狀態(tài)或壓風(fēng)機(jī)處在報(bào)警狀態(tài)情況下，自動(dòng)系統(tǒng)程序當(dāng)中處理此壓風(fēng)機(jī)的狀態(tài)為屏蔽狀態(tài)，也就是自動(dòng)啟停情況下繞過(guò)此壓風(fēng)機(jī)。

5.5 突入聯(lián)控1 臺(tái)壓風(fēng)機(jī)

①壓風(fēng)機(jī)具備完好的自動(dòng)停機(jī)功能；②壓風(fēng)機(jī)無(wú)故障；③壓風(fēng)機(jī)通訊表現(xiàn)無(wú)異常；④壓風(fēng)機(jī)保持為聯(lián)控的選擇開(kāi)關(guān)狀態(tài)；⑤壓風(fēng)機(jī)所對(duì)應(yīng)的次序狀態(tài)能夠?qū)μ?hào)；⑥設(shè)置了壓風(fēng)機(jī)管網(wǎng)壓力的下限值以及上限值；⑦設(shè)置了壓風(fēng)機(jī)的時(shí)間參數(shù)問(wèn)題。

5.6 壓力控制邏輯問(wèn)題

當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)化狀態(tài)的情況下，控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)壓力值以及設(shè)計(jì)的目標(biāo)值予以比較，在進(jìn)行準(zhǔn)確地比較之后，超過(guò)設(shè)計(jì)上限或設(shè)計(jì)下限情況下實(shí)施行動(dòng)。如果存在壓力下限，控制系統(tǒng)跟進(jìn)工作次序由左至右查詢，加載最近找到的未曾加載的壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行加載。如果計(jì)時(shí)到壓力未曾到達(dá)設(shè)計(jì)的范圍，下一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)被聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)卸載下。如果壓風(fēng)機(jī)能夠獲得加載的信號(hào)，那么能夠進(jìn)行復(fù)位，以及重新激活加載延時(shí)定時(shí)器（聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)）。此過(guò)程一直持續(xù)到壓力提升至設(shè)計(jì)的上下限范圍之內(nèi)。只要壓力處在下限值和上限值中，那么聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)就不會(huì)使壓風(fēng)機(jī)又一次地進(jìn)行加載。倘若壓力處在“壓力下限”之下，那么當(dāng)處在下個(gè)加載的間隔時(shí)間之后，CG10-8 會(huì)使另外一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)加載。在系統(tǒng)壓力提高至“壓力上限”的情況下，控制設(shè)備根據(jù)由右至左的順序快速卸載最近一臺(tái)加載的壓風(fēng)機(jī)。

5.7 查詢實(shí)時(shí)報(bào)警消息

用戶在進(jìn)行點(diǎn)擊和登錄之后可以到達(dá)所謂的“主畫(huà)面”，實(shí)時(shí)報(bào)警消息查看窗口顯示在“主畫(huà)面”的最右邊，形成報(bào)警信息以紅色體現(xiàn)，進(jìn)入消息的時(shí)間是對(duì)應(yīng)的時(shí)間。報(bào)警信息離去以綠色體現(xiàn)，消息離去時(shí)間是對(duì)應(yīng)時(shí)間。而形成警告以紫色體現(xiàn)，警告離去體現(xiàn)為藍(lán)色。在場(chǎng)地存在問(wèn)題的情況下，為對(duì)場(chǎng)地狀況予以確認(rèn)，應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)報(bào)警信息予以查重。

5.8 查詢運(yùn)行記錄

用戶點(diǎn)“數(shù)據(jù)查詢”之后可以將數(shù)據(jù)查詢界面打開(kāi)，在數(shù)據(jù)查詢界面當(dāng)中能夠查詢操作員的操作記錄以及設(shè)備運(yùn)行記錄。對(duì)設(shè)備運(yùn)行記錄的情況進(jìn)行查詢的情況下，先選擇有關(guān)的設(shè)備，然后對(duì)查詢的時(shí)間段予以設(shè)置，最后的時(shí)候，需要點(diǎn)擊“開(kāi)始查詢”，系統(tǒng)可以對(duì)此段時(shí)間中累計(jì)運(yùn)行的時(shí)間以及開(kāi)停設(shè)備的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

5.9 查詢操作記錄

對(duì)操作員的操作記錄進(jìn)行查詢情況下，僅僅需要設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)間和起始時(shí)間，完成設(shè)計(jì)后，對(duì)“開(kāi)始查詢”進(jìn)行點(diǎn)擊就行。

5.10 啟動(dòng)系統(tǒng)

啟動(dòng)操作系統(tǒng)之后，未曾啟動(dòng)監(jiān)控軟件，需要將此圖標(biāo)（在桌面上）找到，雙擊之后將便捷界面依次打開(kāi)，并且通過(guò)相應(yīng)的激活系統(tǒng)即可將監(jiān)控界面順利地打開(kāi)。

6 綜保電流電壓采集軟件

結(jié)合OPC 的方式進(jìn)行通信，倘若在未曾激活WINCC 的條件之下，那么WINCC 較難提供OPC 服務(wù)器，并且軟件也非常難以鏈接至服務(wù)器，這樣的情況下會(huì)報(bào)錯(cuò)。為此，先應(yīng)打開(kāi)以及激活WINCC 再進(jìn)行應(yīng)用。要么將WINCC 打開(kāi)后點(diǎn)擊OPC 連接按鈕。接收的信息被軟件上面呈現(xiàn)，在接收信息之后，閃爍的小燈是紅色的小燈。

7 結(jié)語(yǔ)

對(duì)壓風(fēng)機(jī)房進(jìn)行有效地自動(dòng)化改造及其應(yīng)用之后，增加檢測(cè)數(shù)據(jù)，風(fēng)機(jī)的安全性得以提升，能夠結(jié)合管網(wǎng)總壓力對(duì)空氣壓縮機(jī)的電機(jī)頻率予以有效地調(diào)整，結(jié)合培訓(xùn)人員和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，以及能夠在接入視頻圖像的前提條件之下，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)無(wú)人值守的監(jiān)控功能，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)整體礦井自動(dòng)化全面管理。