井下空壓機(jī)智能遠(yuǎn)程集中地表控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

王多彥，張 俊

（云南馳宏鋅鍺股份有限公司會澤礦業(yè)分公司，云南 曲靖 655000）

關(guān)鍵字：空壓機(jī)；上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控；PLC控制系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)

在會澤礦業(yè)分公司的礦山井下生產(chǎn)中，使用的空壓機(jī)控制回路為繼電器控制，控制方式采用就地人工手動啟、停操作，運行一段時間需進(jìn)行檢查，記錄空壓機(jī)的運行情況。此外，空壓機(jī)組會消耗大量電能，在輕載下和空載情況下運行，空壓機(jī)組磨損嚴(yán)重、電能消耗增多、增加了設(shè)備使用成本。所以，全自動地表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)延長了空壓機(jī)組使用壽命。

1 系統(tǒng)概述

空壓機(jī)組遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)是集能源生產(chǎn)、消耗過程監(jiān)控、能源管理為一體的自動化信息管理系統(tǒng)，保障能源介質(zhì)“安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)”運行，對生產(chǎn)能源消耗實時匯總分析，節(jié)約企業(yè)能源消耗，提高企業(yè)生產(chǎn)效益。

圖1為空壓機(jī)組遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)的構(gòu)成圖，該系統(tǒng)主要由檢測傳感器、上位工控機(jī)系統(tǒng)、觸摸屏、空壓機(jī)監(jiān)控分站控制柜等部分組成?？諌簷C(jī)組的各參數(shù)設(shè)置、監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、數(shù)據(jù)處理等功能需要在計算機(jī)輔助下由上位工控機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行操作完成。在西門子PLC編程軟件支持下空壓機(jī)組遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對信號、溫度、電流的監(jiān)控，同時具備預(yù)警和控制功能。

本系統(tǒng)上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控構(gòu)建于當(dāng)前先進(jìn)成熟的Microsoft.NET XML/Web Services和Microsoft Windows Server技術(shù)之上，能源集中監(jiān)控SCADA軟件平臺，采用西門子WINCC系統(tǒng)軟件架構(gòu)模式，應(yīng)用S7-300PLC完成對現(xiàn)有的所有空壓機(jī)采集處理電機(jī)電流、溫度、壓力信號，并上傳至中央控制室遠(yuǎn)程計算機(jī)，最終實現(xiàn)將多臺運行的空壓機(jī)集中監(jiān)控、在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、能源管理、報警顯示、報警記錄、數(shù)據(jù)存儲等功能。

因此本遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)也同樣可以拓展到井下所有的空壓機(jī)分站，充分發(fā)揮出各臺空壓機(jī)的性能，實現(xiàn)最大限度的節(jié)能運行，保證各種保護(hù)有效可靠，延長空壓機(jī)的使用壽命，有利于提高企業(yè)生產(chǎn)效益。

2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成

（1）監(jiān)控對象。各空壓機(jī)分站的低壓控制柜的斷路器開、合閘狀態(tài)及其它電力狀態(tài)；每一臺供氣管道壓力的變化情況；螺桿式空壓機(jī)啟動、停止以及機(jī)組的運行狀態(tài)。

（2）硬件及網(wǎng)絡(luò)配置。在ModbusRTU協(xié)議下，智能控制器、變頻器、軟啟動器同時接入RS-485接口，有利于空壓機(jī)組正常運行。各個硬件配置通過串口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，為空壓機(jī)組的監(jiān)控提供了必備的條件。PLC控制和觸摸屏構(gòu)成了現(xiàn)場控制分站，不同分壓機(jī)組可由空壓機(jī)房集中控制、就地控制柜、中央控制室遠(yuǎn)程監(jiān)控，在設(shè)備出現(xiàn)故障不能正常運行時可調(diào)成手動模式，使操作更加方便。

（3）本系統(tǒng)可分四部分構(gòu)成。①上位機(jī)系統(tǒng)。用于完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和存儲、工藝流程畫面顯示、生產(chǎn)過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫接口和查詢、生產(chǎn)報表的生成。上位機(jī)系統(tǒng)主要由計算機(jī)及組態(tài)軟件構(gòu)成。②PLC控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)選用基于西門子S7-300的PLC控制系統(tǒng)及其I/O，用于對現(xiàn)場傳感器、變送器、電力參數(shù)信號的采集、運算以及生產(chǎn)過程的自動化控制。系統(tǒng)同時具有極好的擴(kuò)展性，方便將來對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容。③通訊系統(tǒng)。上位計算機(jī)對現(xiàn)場所有信號進(jìn)行管理和控制，PLC及空壓機(jī)設(shè)備的通訊采用標(biāo)準(zhǔn)化的MOUDBUS協(xié)議。電力參數(shù)通過R485總線通訊方式傳輸，其他參數(shù)通過4mA～20mA信號傳輸。現(xiàn)場儀表則包括：壓力、差壓、溫度、流量、電流等。④數(shù)據(jù)安全?？諌簷C(jī)組為生產(chǎn)配套關(guān)鍵設(shè)備，是生產(chǎn)的保障性資源，空壓機(jī)本身帶有就地控制功能，由于機(jī)組數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計有安全網(wǎng)關(guān)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)異常時自動切斷與遠(yuǎn)程計算機(jī)的通訊并給出相應(yīng)報警提示，同時確保機(jī)組可就地正常啟動。

圖1 空壓機(jī)組遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)的構(gòu)成圖

3 軟件設(shè)計及其功能

（1）自動輪換運行。控制系統(tǒng)依照總線所收集到的信號信息，給出一個綜合評估結(jié)果，發(fā)出控制命令。對空壓機(jī)組的運行狀態(tài)進(jìn)行自動監(jiān)測，將總管壓力控制在壓力上限和壓力下限之間。

（2）空壓機(jī)組在持續(xù)工作多個小時后，機(jī)身溫度升高，關(guān)停機(jī)器有利于其散發(fā)出熱量，避免空壓機(jī)組受到損傷。所以，為了增加空壓機(jī)組的使用壽命，需要進(jìn)行設(shè)備輪換使用。PLC控制系統(tǒng)可以對空壓機(jī)的運行及停機(jī)進(jìn)行排序。

（3）延時啟動和延時停機(jī)。PLC控制系統(tǒng)本身擁有一定的抗干擾能力，但在不同外界因素影響下，在總管壓力的作用下，空壓機(jī)的壓力值接近限制值，系統(tǒng)會對機(jī)器發(fā)出的指令進(jìn)行延時處理，避免操作失誤。

（4）智能保護(hù)?？諌簷C(jī)運行智能保護(hù)功能可以根據(jù)用情況作出判斷，礦山井下用風(fēng)高頻繁時段，可控制空壓機(jī)的啟動次數(shù)。當(dāng)兩次啟動時間間隔小于預(yù)先設(shè)定的值時，將保持空壓機(jī)持續(xù)運轉(zhuǎn)而不停機(jī)，當(dāng)連續(xù)兩次加載間隔時間較長時，可認(rèn)為用風(fēng)高峰期已過，空壓機(jī)投入間斷運行狀態(tài)。

4 組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)

（1）組態(tài)軟件設(shè)計功能?？刂葡到y(tǒng)上位機(jī)的組態(tài)軟件符合空壓機(jī)組測控要求，真實的模擬了壓機(jī)站的工藝流程，工作人員可以在中央控制室內(nèi)的屏幕上掌握空壓機(jī)站的所有狀態(tài)，包括故障報警。有操作權(quán)限的工作人員可以對壓縮機(jī)進(jìn)行控制操作。

（2）遠(yuǎn)程集中監(jiān)控上位機(jī)設(shè)計功能。遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)主要集中監(jiān)控空壓機(jī)的工藝流程、測量值、設(shè)備運行、操作模式、報警記錄、系統(tǒng)調(diào)試等。操作者可在中央控制室通過操作屏操作設(shè)備的啟動和停止、設(shè)定設(shè)備的運行參數(shù)，觀察設(shè)備的運行狀態(tài)。能實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)自動/半自動/手動操作模式間的無擾切換；操作員可實時觀察空壓機(jī)的運行狀態(tài)、送風(fēng)口的出風(fēng)溫度和風(fēng)壓。所有檢測的溫度、壓力等數(shù)據(jù)，通過曲線或表格形式顯示。并對各類報表的生成及能源計量管理報表生成，將系統(tǒng)采集、存儲的數(shù)據(jù)，通過MS SQL Server數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)將實時采集到的能源數(shù)據(jù)按指定存儲方式不間斷地采集存儲，完成實時及離線的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備故障、報警信息、操作記錄等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、歸檔存儲。

5 系統(tǒng)特點

該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，安全可靠，提高了空壓機(jī)組的運行效率，實現(xiàn)了監(jiān)控和管理的自動化。該系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于礦井的空壓機(jī)組監(jiān)控，而且可以推廣到其他場合。

（1）自動化程度高。可實現(xiàn)全自動運行，達(dá)到無人值守的目的。

（2）操作方式靈活。系統(tǒng)具備單步操作、半自動一鍵啟停及全自動聯(lián)動運行三種運行方式,并具備現(xiàn)場手動操作，現(xiàn)場觸摸屏集中監(jiān)控及中央控制室遠(yuǎn)程監(jiān)控三種控制方式。