礦井壓風(fēng)系統(tǒng)無(wú)人值守自動(dòng)控制改造

崔晉鋒

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048000）

引言

壓風(fēng)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中重要的系統(tǒng)之一。傳統(tǒng)的礦用壓風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)化水平低，存在著過(guò)于依賴手動(dòng)操作、操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、設(shè)備空載率大、系統(tǒng)故障維護(hù)困難、生產(chǎn)效率低等現(xiàn)象。隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和PLC 技術(shù)的不斷普及，礦井壓風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)正在逐步投入使用。這種現(xiàn)代化控制和監(jiān)測(cè)裝置，除完成壓風(fēng)機(jī)的單機(jī)控制外，還可以通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸接口與設(shè)置在壓風(fēng)機(jī)房的PLC 控制柜連接，由調(diào)度監(jiān)控指揮中心監(jiān)控壓風(fēng)機(jī)等相關(guān)設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)房的“無(wú)人化值守”[1]，實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化控制，提高工作效率和可靠性。

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

岳城煤礦空壓機(jī)房共安裝四臺(tái)壽力牌螺桿式空壓機(jī)（LS20-150H 和LS25S-300H 型各兩臺(tái)），通過(guò)操作顯示屏進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的顯示和控制?？諌簷C(jī)運(yùn)行只能實(shí)現(xiàn)就地控制（可以自動(dòng)加載、卸載），不能按照需求自動(dòng)輪換運(yùn)行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)，不具備數(shù)據(jù)信息共享，不利于安全運(yùn)行管理。因此非常有必要對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制改造，以提升系統(tǒng)可靠性。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 研究目標(biāo)

對(duì)空壓機(jī)房進(jìn)行自動(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)作業(yè)的自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)采集、信息傳輸、故障報(bào)警、信息歸檔、報(bào)表生成等功能，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)房的就地自動(dòng)化啟停壓風(fēng)機(jī)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制壓風(fēng)機(jī)無(wú)人值守的目的。

2.2 方案確定

根據(jù)方案設(shè)計(jì)思路，確定泵房自動(dòng)化排水系統(tǒng)總體架構(gòu)，具體如圖1 所示。

由圖1 可知，系統(tǒng)總體劃分為三層結(jié)構(gòu)，具體如下：

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

1）管理層。即以工控機(jī)為主要設(shè)備的遠(yuǎn)程控制中心，通過(guò)局域辦公網(wǎng)對(duì)工控機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并做好各類數(shù)據(jù)參數(shù)及指令的發(fā)送和終端反饋。

2）傳輸層。該層主要通過(guò)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、光纖等部件構(gòu)建以太環(huán)網(wǎng)，將控制箱部分與壓風(fēng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的各類控制器、傳感器開關(guān)等裝置有效連接，保證各類指令數(shù)據(jù)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(dòng)球閥和電動(dòng)閘閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)主站+分站模式，即通過(guò)主站控制各個(gè)分站，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓風(fēng)機(jī)房壓風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程/就地自動(dòng)啟停、自動(dòng)輪換、故障智能切換、自動(dòng)診斷功能[2]。

3 壓風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于壓風(fēng)機(jī)現(xiàn)由微型電子計(jì)算機(jī)控制器進(jìn)行控制，且預(yù)留有RS485 通信接口，設(shè)計(jì)通過(guò)其485 接口統(tǒng)一接入新配置的PLC 控制器，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)，新PLC 控制器配置有以太網(wǎng)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)PLC 控制器與觸摸屏和上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)和控制，保證數(shù)據(jù)信息的正常傳輸。

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 壓風(fēng)機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

由圖2 可知，本視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置一定數(shù)量的攝像儀，可把整個(gè)壓風(fēng)機(jī)房及壓風(fēng)機(jī)配電室的圖像實(shí)時(shí)傳輸至調(diào)度中心，并能夠存儲(chǔ)錄像。在壓風(fēng)機(jī)房和壓風(fēng)機(jī)房運(yùn)行室和配電室各增加一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)高清攝像儀，攝像儀通過(guò)網(wǎng)線就近接入PLC 柜內(nèi)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控；同時(shí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件中嵌入視頻圖像，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)告警，上位機(jī)監(jiān)控畫面可自動(dòng)彈出現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像。實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)和視頻圖像的聯(lián)動(dòng)控制。

3.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

地面控制中心的作用是遠(yuǎn)程監(jiān)控壓風(fēng)機(jī)房設(shè)備，系統(tǒng)已開放通信協(xié)議，地面監(jiān)控中心上的監(jiān)控主機(jī)能夠通過(guò)接入全礦井安全生產(chǎn)自動(dòng)化控制網(wǎng)，在調(diào)度中心即可掌握壓風(fēng)機(jī)房壓風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測(cè)數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)。上位機(jī)系統(tǒng)配置具有OPC 服務(wù)功能的加密鎖，在上位機(jī)軟件內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的OPC 驅(qū)動(dòng)設(shè)置[3]，并對(duì)上位機(jī)進(jìn)行必要的DECOM 設(shè)置，從而使得系統(tǒng)可以和其他具備OPC 通信功能的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，豐富系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸途徑，為礦井后期的信息化建設(shè)打下基礎(chǔ)。

3.4 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主界面中，操作人員可以看到壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如排氣壓力、排氣溫度、電壓電流和壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、四臺(tái)壓風(fēng)機(jī)控制方式顯示、攝像頭布置情況、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、485 網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)等。同時(shí)在該畫面點(diǎn)擊兩個(gè)攝像頭，就會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到攝像頭控制畫面，操作人員可以通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)放大或縮小以查看壓風(fēng)機(jī)及周圍情況，還可以監(jiān)聽壓風(fēng)機(jī)房聲音，同時(shí)可以和壓風(fēng)機(jī)房工作人員進(jìn)行對(duì)講。在畫面上點(diǎn)擊任何一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，就會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到該壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行界面，可以查看傳感器報(bào)警情況、設(shè)備啟停故障、運(yùn)行時(shí)間及次數(shù)、電壓電流參數(shù)、控制方式選擇等。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及結(jié)論

對(duì)壓風(fēng)機(jī)房進(jìn)行有效的自動(dòng)化改造并對(duì)其應(yīng)用之后增加檢測(cè)數(shù)據(jù)，壓風(fēng)機(jī)的安全性得以提升，能夠結(jié)合管網(wǎng)總壓力對(duì)空壓機(jī)的電機(jī)頻率予以有效調(diào)整，以及能夠在接入視頻圖像的前提條件下，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。