基于PLC的煤礦壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用

徐東 王明濤 吳琦

兗煤菏澤能化有限公司 山東菏澤 274000

礦井壓風(fēng)機(jī)是通過壓縮空氣后給煤礦井下供風(fēng)的重要機(jī)械設(shè)備，其運(yùn)行時(shí)間、排氣溫度、排氣壓力等參數(shù)的控制直接關(guān)系著礦井供風(fēng)質(zhì)量。通過控制壓風(fēng)機(jī)的壓力、排氣量、噴油溫度、加載卸載等參數(shù)的精度，實(shí)現(xiàn)井下用風(fēng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證生產(chǎn)安全，，通過研究發(fā)現(xiàn)，采用西門子S7-200PLCSMART壓風(fēng)機(jī)集中控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測、監(jiān)視、自動(dòng)化控制、故障報(bào)警及保護(hù)等功能，提高礦井供風(fēng)能力，確保礦井安全通風(fēng)。

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1h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[1]。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 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

（1）現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)選用西門子S7-系列可編程序控制器作為監(jiān)控核心。可編程序控制器能適應(yīng)各種惡劣現(xiàn)場條件，現(xiàn)場抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，且安裝維護(hù)方便，其模塊化結(jié)構(gòu)，配置相應(yīng)的通訊接口與各壓風(fēng)機(jī)控制器通訊；與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊可以采用Profibus或工業(yè)以太網(wǎng)；系統(tǒng)配置合理，技術(shù)可行，完全可以滿足現(xiàn)場使用要求[2]。（2）在儲(chǔ)氣罐上加裝壓力變送器、溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)包壓力、風(fēng)包溫度的實(shí)時(shí)采集。（3）在輸氣管道上安裝流量傳感器、溫度傳感器、壓力變送器實(shí)現(xiàn)排氣管路流量、溫度、壓力監(jiān)測。（4）在電機(jī)配電設(shè)施上加裝電流變送器、電壓變送器實(shí)現(xiàn)電機(jī)電流、電壓等參數(shù)監(jiān)測。（5）現(xiàn)場增加2臺(tái)500萬像素高速球型攝像儀，具備定點(diǎn)巡航、巡航軌跡設(shè)定等功能，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)房內(nèi)外的視頻實(shí)時(shí)采集，保證在無人值守時(shí)，防止人員惡意破壞系統(tǒng)，索采集的圖像通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸及錄像存儲(chǔ)，存儲(chǔ)時(shí)間不少于二個(gè)月，滿足事故追溯要求。（6）壓風(fēng)機(jī)及管道的閥門改成電動(dòng)閥門，遠(yuǎn)程控制時(shí)通過上位機(jī)或系統(tǒng)自動(dòng)打開、關(guān)閉閥門，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)恒壓供風(fēng)。（7）現(xiàn)場配置的PLC控制柜，還配置有觸摸屏顯示屏，用于現(xiàn)場顯示工況等，滿足現(xiàn)場檢修需求，PLC的I/O接口預(yù)留20%以上的備用量，滿足系統(tǒng)擴(kuò)容及維修需求。（8）儲(chǔ)氣罐（風(fēng)包）放水閥門改為自動(dòng)閥門，確保系統(tǒng)能夠根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)定時(shí)排污。

3 操作自動(dòng)化控制系統(tǒng)

3.1 監(jiān)測功能

系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、環(huán)境溢水、環(huán)境煙霧情況等環(huán)境參數(shù)?？梢詫?duì)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)曲線以圖形形式顯示，便于監(jiān)視一小時(shí)內(nèi)各種不同參數(shù)的變換趨勢(shì)?？梢詫?duì)壓風(fēng)機(jī)現(xiàn)有參數(shù)設(shè)定功能各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定，可以完成對(duì)壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)壓力、空氣儲(chǔ)氣罐壓力、空氣分氣缸壓力、空氣儲(chǔ)氣罐溫度的連續(xù)在線監(jiān)測功能。

3.2 故障報(bào)警及保護(hù)功能

集中控制系統(tǒng)具有故障顯示、故障報(bào)警和保護(hù)功能，實(shí)時(shí)顯示壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。集控系統(tǒng)能夠識(shí)別故障類型和自動(dòng)診斷故障程度，一旦出現(xiàn)故障，集控中心立即發(fā)出報(bào)警指令，執(zhí)行元件執(zhí)行安全保護(hù)動(dòng)作，報(bào)警燈閃爍提示，并實(shí)現(xiàn)停機(jī)保護(hù)，自動(dòng)開啟備用壓風(fēng)機(jī)。待故障消除后，集控中心命令設(shè)備安全復(fù)位，繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 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)定輪換問題，也能夠在切換中通過按鈕“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)啟停情況下繞過此壓風(fēng)機(jī)[3]。

4 結(jié)語

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。