礦用空壓機智能聯(lián)控分析

張 杰

（山西焦煤西山煤電杜兒坪煤礦， 山西 太原 030022）

0 引言

礦用空壓機是指礦井生產(chǎn)作業(yè)中的動力設備，能夠?qū)⒖諝鈮嚎s至一定壓力后，為風鉆等裝置提供動力。通常來說，依照冷卻方式的不同可將空壓機細分為空冷空壓機以及水冷空壓機，但由于空冷空壓機對現(xiàn)場通風量的要求較高，因此將以水冷空壓機作為主要研究對象，對智能聯(lián)控進行分析，具有十分重要的意義。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

礦用空壓機智能聯(lián)動控制系統(tǒng)，如圖1 所示，是以PLC 作為控制中心，主要結(jié)構(gòu)框架為三層集散，上位機則采用組態(tài)軟件來實現(xiàn)動態(tài)畫面的遠程控制，而搭載的結(jié)構(gòu)變量能實現(xiàn)上位機對空壓機的智能把控，也可借助故障診斷數(shù)據(jù)庫完成設備的故障推理。同時系統(tǒng)采用了RS485 總線，促進組態(tài)軟件與PLC 之間的通信以及數(shù)據(jù)傳輸，若上位機與控制及設備相隔距離較大，則通過光纖完成信號的遠距離傳輸，借助兩端的光端機，確保信號及時轉(zhuǎn)換。并且PLC 能夠?qū)鞲衅鳙@取到的空壓機參數(shù)以內(nèi)部編寫的形式完成計算，之后經(jīng)RS485 總線傳遞至上位機。

圖1 礦用空壓機智能聯(lián)控系統(tǒng)

2 礦用空壓機智能聯(lián)控系統(tǒng)探究

2.1 工作原理

水冷空壓機智能聯(lián)控系統(tǒng)的控制內(nèi)容主要包括以下兩點：第一，結(jié)合檢測到的空壓機母管壓力值以及設備運行狀態(tài)，完成空壓機的自動啟停切換以及變頻調(diào)速，確保母管壓力值保持在安全范圍內(nèi)，實現(xiàn)對氣動裝置的供氣；第二，在進行空壓機的啟停處理中，需要實現(xiàn)冷卻水泵的智能控制，結(jié)合實際需求確?？諌簷C啟動前預先完成冷卻水泵的啟動，使冷卻水能夠流入空壓機冷卻系統(tǒng)，之后再停機處理一段時間，才可停止冷卻水泵的運行。

通常來說空壓機以及冷卻水泵的聯(lián)動控制能夠?qū)崿F(xiàn)空壓機的自動啟停以及加載與卸載，保證空壓機母管的供氣穩(wěn)定，借助聯(lián)動控制系統(tǒng)能夠使設備在可用風量較少時減少負載運行，達到降低電能消耗的目的，延長空壓機使用壽命?？諌簷C聯(lián)動控制系統(tǒng)的工作原理主要是借助壓力傳感器完成母管壓力值的檢測，之后將其與系統(tǒng)的期望壓力值進行比對，找出二者的偏差，若偏差為正，則證明母管壓力值高于期望壓力值，需要通過變頻調(diào)速減少空壓機輸出。若偏差為負，則證明母管壓力值低于期望壓力值，此時需要借助變頻調(diào)速來提高風壓輸送量。

空壓機的變頻調(diào)速控制大多只適用于母管壓力值在一定波動范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，而采用的變頻調(diào)速方法實現(xiàn)風壓輸出的控制也同樣存在一個上限值與下限值，在此區(qū)間能夠?qū)崿F(xiàn)風量的調(diào)節(jié)，一旦壓力值高于或低于調(diào)節(jié)范圍，只能啟動或停止另一臺空壓機來實現(xiàn)控制[1]。

2.2 運行模式

空壓機與冷卻水泵循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括：過濾器、進水閥、出水閥、溫度傳感器、循環(huán)冷卻水站、水泵，不同的空壓機需要由不同的冷卻水泵完成冷卻水的供給。通常來說，每兩臺空壓機便需要共用一個循環(huán)冷卻水站，而外來冷卻水源要經(jīng)過過濾器過濾處理后，才可流入循環(huán)冷卻水站。當空壓機處于正常運行階段，以某地方1 號空壓機作為分析對象，其工作順序為：開啟冷卻水泵，進水閥與出水閥在完全開啟后反饋至控制系統(tǒng)一個限位反饋之后，啟動1 號冷卻水泵電機，待冷卻水流入冷卻循環(huán)系統(tǒng)形成回路后，再啟動1 號空壓機并進入延時階段，直至潤滑油溫度達到適宜標準后，才可開始加載。當停止空壓機時，首先要確?？諌簷C準確執(zhí)行卸載程序，并在卸載后不可立即完成停機操作，這是因為空壓機在剛卸載時，內(nèi)部仍存在大量高壓氣體，此類氣體并未排入母管中，一旦出現(xiàn)停機操作，則高壓氣體會滯留在設備當中。在二次啟動空壓機時，實質(zhì)上屬于帶載荷啟動，容易導致系統(tǒng)掉電，影響空壓機性能與使用壽命，在完成空壓機卸載后，要等待壓力降至安全標準內(nèi)才可執(zhí)行停機操作，并在空壓機停機1 min 后停止冷卻水泵電機，直至電機完全停止后，關(guān)閉進水閥與出水閥，從而完成整個停機過程。

水冷空壓智能聯(lián)控系統(tǒng)的整個控制過程為：空壓機智能聯(lián)控系統(tǒng)設備上電，利用安裝在母管上的壓力傳感器完成母管壓力的檢測，并將其與系統(tǒng)設定的壓力值進行比對，若檢測壓力值高于系統(tǒng)設定值，則利用變頻調(diào)速降低空壓機螺桿轉(zhuǎn)速，降低風壓輸出，若達到調(diào)節(jié)下限，此時母管壓力值仍高于設定值，則需要關(guān)閉一臺空壓機，再利用變頻調(diào)速，實現(xiàn)壓力恒定。當母管壓力檢測值小于系統(tǒng)設定值，則要利用變頻調(diào)速，提高空壓機螺桿轉(zhuǎn)速，提升風壓輸出，若在變頻調(diào)速范圍內(nèi)仍難以達到設定壓力值，則要利用系統(tǒng)啟動一臺空壓機，確保母管壓力恒定。同時要注意在實現(xiàn)連續(xù)控制時，為了確保空壓機能夠得到平衡使用，防止出現(xiàn)單臺空壓機運行時間過長，需要對空壓機起停順序進行把控，確保設備總運行時間相近，以此達到延長空壓機使用壽命的目的。具體方法可分為以下兩點：

1）控制啟停順序，在空壓機聯(lián)動控制過程中，至少保證一臺變頻改造后的空壓機，時刻處于運行狀態(tài)，借助變頻調(diào)速完成母管壓力的調(diào)節(jié)，而空壓機的啟停順序控制大多采用指針方法，該方法是指當空壓機啟動后，其標志位置為1，證明空壓機已經(jīng)啟動，在停機過程中，要優(yōu)先完成該空壓機的停止，若空壓機未啟動，則標志位置為0，下次啟動時則要將啟動標志為0 的空壓機作為優(yōu)先啟動對象，至于未完成變頻改造的空壓機，其啟動優(yōu)先級應高于變頻改造后的空壓機，比如當1 號空壓機與4 號空壓機同時運行時，但母管壓力卻低于系統(tǒng)設定值，則要再次啟動一臺空壓機，并將2 號空壓機作為優(yōu)先啟動對象。

2）運行時間控制，空壓機在處于運行狀態(tài)時應當做好單臺空壓機連續(xù)時間的把控，確保不同空壓機之間能夠?qū)崿F(xiàn)啟停切換，防止單臺空壓機出現(xiàn)過長運行時間的情況，避免零部件出現(xiàn)破損，影響空壓機性能以及使用壽命。當出現(xiàn)因空壓機母管壓力值變化，導致設備啟停切換時，每臺空壓機的運行時間大約在兩小時，若每運行0.5 h 則時間計數(shù)應當加1，直至2 h后時間計數(shù)將為4，此時系統(tǒng)需要控制該空壓機停機，并將時間計數(shù)溢出清零，具體的運行順序則應置于最底層，直至下一次啟動。

2.3 PID 控制器

水冷空壓機智能聯(lián)控系統(tǒng)采用了模糊PID 控制器，能夠借助擴展的模擬量采集模塊實現(xiàn)壓力傳感器以及溫度傳感器的數(shù)據(jù)收集，之后通過內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)信號的A/D 處理，并與上位機設定的標準值進行比對，從而找出實際偏差，再借助A/D 轉(zhuǎn)換完成控制信號的輸出，傳遞至變頻器，以此完成電機轉(zhuǎn)速以及空壓機風量的調(diào)節(jié)，保證母管管道恒壓供氣，冷卻水出水恒溫控制[2]。

3 結(jié)論

通過對礦用空壓機智能聯(lián)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進行分析討論，闡述該系統(tǒng)的運行原理以及運行方式，確?？諌簷C智能聯(lián)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多臺空壓機組的集中控制與聯(lián)動控制，進一步提高設備的工作質(zhì)量與效率，減少電能消耗，切實保障礦山的安全生產(chǎn)。