螺桿式空壓機(jī)故障檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

薛金國

（潞安化工集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)，山西晉中 032600）

1 概述

由于潞安化工集團(tuán)某礦中的空壓機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不先進(jìn)，在有運(yùn)行故障出現(xiàn)在空壓機(jī)中時，空壓機(jī)無法馬上響應(yīng)，響應(yīng)的準(zhǔn)確度比較低與延遲性比較高存在于系統(tǒng)中，由于空壓機(jī)時常將維修時間錯過，就導(dǎo)致設(shè)備使用期限收到損害，所以，采用PLC 控制器來優(yōu)化潞安化工集團(tuán)某礦中空壓機(jī)的控制系統(tǒng)與故障監(jiān)測[1-3]。

2 設(shè)計(jì)監(jiān)測與控制系統(tǒng)

把空壓機(jī)使用到該礦中，且空壓機(jī)是螺桿式的，該空壓機(jī)所具有的特點(diǎn)就是所產(chǎn)生的噪聲比較小、較高的可靠性與安全性、不易將設(shè)備損壞。該空壓機(jī)詳細(xì)的工作步驟就是空氣由于轉(zhuǎn)子的不斷轉(zhuǎn)動而流進(jìn)空壓機(jī)中，密封空氣，并施加了一定的壓力，排出氣體，且該氣體的壓力值達(dá)到了設(shè)定值，那么空氣壓縮就實(shí)現(xiàn)了。動力系統(tǒng)、壓縮傳動、空壓機(jī)體等組成了空壓系統(tǒng)。

在本文中，主要研究的是布設(shè)到該礦所使用中的空氣壓縮機(jī)，且空氣壓縮機(jī)距離地面600m，采用PLC控制器來對該礦空壓機(jī)控制器系統(tǒng)與故障監(jiān)測需要符合下面幾項(xiàng)要求。

（1）將溫度傳感器設(shè)置到空壓機(jī)的輸出端，能夠?qū)ε欧诺臍怏w溫度的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與記錄，保證溫度比預(yù)警值高時，可以馬上報(bào)警并停機(jī)。

（2）壓力傳感器主要設(shè)計(jì)至空壓機(jī)的機(jī)腔內(nèi)，主要的作用就是監(jiān)測氣體壓力方面的有關(guān)數(shù)據(jù)，且氣體是所排出來的。若壓力高于預(yù)警值時，可以馬上報(bào)警并停機(jī)。

（3）分析與預(yù)警分離器與過濾器發(fā)生堵塞的狀況。

（4）若空氣壓縮機(jī)中所排出的氣流量比預(yù)警值高時，那么設(shè)備就是自動停機(jī)與關(guān)機(jī)，進(jìn)而來保證工作的安全性。

（5）在空壓機(jī)的電機(jī)正常運(yùn)行時，就會有振動產(chǎn)生，監(jiān)測所產(chǎn)生的振動，就能及時將出現(xiàn)在電機(jī)中的故障發(fā)現(xiàn)，然后在維修電機(jī)故障。

所以，振動、流量、溫度及壓力就組成了該礦空壓機(jī)控制器系統(tǒng)和故障監(jiān)測有關(guān)設(shè)計(jì)。按照新元礦真實(shí)狀況，得出了表1中詳細(xì)的預(yù)警值，若高于預(yù)警值時，就會停機(jī)，且停機(jī)是自動的。

表1 空壓機(jī)監(jiān)測參數(shù)預(yù)警數(shù)值

2.1 設(shè)計(jì)硬件組件

空壓機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括下位機(jī)現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)、控制室遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)。終端控制器在對數(shù)據(jù)進(jìn)行接收與傳輸之后，會由PLC 直接傳送到控制室。監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

監(jiān)控室遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過處理數(shù)據(jù)，工況有關(guān)數(shù)據(jù)的收集與整理可以由傳感器來實(shí)現(xiàn)，且傳感器是設(shè)置到終端空壓機(jī)中，交互機(jī)在將所收集與整理的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸之后，直接傳輸?shù)降孛嫔系纳衔粰C(jī)中，上位機(jī)會計(jì)算與處理PLC 數(shù)據(jù)。S7-200CPU226 是PLC 模塊微處理器的型號，該型號的微處理器能夠存儲計(jì)算系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通信模塊在選擇網(wǎng)絡(luò)拓展模塊時，會選擇西門子的，該模塊能夠有效抵抗輸入信號所帶來的干擾[4-6]。

在對傳感器進(jìn)行選擇時，井下潮濕、腐蝕的工作環(huán)境是需要考慮的，空壓機(jī)實(shí)際工況對工作環(huán)境的要求比較高，要求工作環(huán)境能夠符合傳感器耐高溫與沖擊能力方面的要求。與井下實(shí)際工作環(huán)境相結(jié)合來選擇傳感器的型號，表2就是其選型設(shè)計(jì)。

表2 空壓機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)傳感器選型設(shè)計(jì)

（1）空壓機(jī)溫度監(jiān)測就是收集與處理潤滑油及排氣口的溫度，所使用溫度變送器的型號是PT100-TA10/0-200，且是整體式的，該型號溫度傳感器的溫度變化區(qū)域是200℃，有比較大的測量范圍，能夠使?jié)櫥图芭艢饪诘臏囟鹊谋O(jiān)測更加精準(zhǔn)；電機(jī)溫度監(jiān)測在選擇變送器與電機(jī)軸承溫度探頭時，可以選擇的型號是CZ251，該型號的傳感器所監(jiān)測的溫度范圍是200℃～1600℃，并且，溫度信號能夠轉(zhuǎn)換成DC電信號來傳輸，且DC電信號是二線制的4～20mA，二線制是標(biāo)準(zhǔn)的，具有較好的應(yīng)用效果。

（2）設(shè)計(jì)壓力傳感的選型。在監(jiān)測空壓機(jī)出口與潤滑油壓力時，最主要的就是保證空壓機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性與高效性，就監(jiān)測母管與冷卻水泵壓力而言，最主要的就是對水泵運(yùn)行流程進(jìn)行保證。在測量壓力數(shù)據(jù)時，會選用的壓力變送器型號是OPEC2088，該型號是硅擴(kuò)散的，該型號壓力變送器所具有的特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)測量比較穩(wěn)定、體積比較小、測量精度比較高等，壓力傳感器的工作溫度一般是-196℃～450℃之間，耐溫范圍比較大，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)要求幾乎能夠滿足。

（3）在選擇流量傳感器型號時要選擇LCX號，該型號的流量傳感器能夠使監(jiān)測遠(yuǎn)程流量與報(bào)警預(yù)警的效果得以實(shí)現(xiàn)，在其冷卻管中安裝流量傳感器，當(dāng)水流流至冷卻管路的終端，報(bào)警信號就會被觸發(fā)或馬上停機(jī)。

（4）振動傳感器的選型設(shè)計(jì)。在空壓機(jī)正常運(yùn)行時，就會產(chǎn)生振動，經(jīng)過故障監(jiān)測所產(chǎn)生的振動，有故障發(fā)生在電機(jī)的前提條件就是機(jī)械振動發(fā)生異常，所以，通過振動監(jiān)測電機(jī)，就能及時將電機(jī)故障發(fā)現(xiàn)，繼而來處理與維修。在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)來收集其振動數(shù)據(jù)時，所選取的變送器型號是XZD-YB 一體化防爆振動變送器，所監(jiān)測的振幅是0～1000μm、0～500μm、0～200μm，其工作電壓是DC24V，同樣將標(biāo)準(zhǔn)電信號4～20mA用作了輸出電信號，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的有關(guān)要求基本上就能滿足了[7-9]。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程

在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中主要包括2部分，即下位機(jī)系統(tǒng)程序與上位機(jī)系統(tǒng)程序。上位機(jī)系統(tǒng)的作用是處理與顯示控制室的有關(guān)數(shù)據(jù)，所具有的功能是通信與查詢，能夠隨時將警報(bào)發(fā)出與將指令下達(dá)?？諌簷C(jī)工況界面、操作員系統(tǒng)運(yùn)行界面等構(gòu)成了軟件設(shè)計(jì)界面，該界面能夠隨時顯示空壓機(jī)的溫度、流量、壓力及運(yùn)行情況，能夠?qū)⒐と藙趧恿拷档停幌挛粰C(jī)程序主要由識別與傳輸空壓機(jī)工作狀況的有關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)成，可以判斷存儲的所有數(shù)據(jù)，當(dāng)有故障發(fā)生在設(shè)備中時，就要做出初步識別，然后將預(yù)警是否處理的對應(yīng)指令做出，若和故障識別指令相符，就可以執(zhí)行下面的階段，傳輸給上位機(jī)命令，否則按照通信系統(tǒng)所給予的反饋直接返回到最初狀態(tài)。圖2就是其詳細(xì)操作的流程圖。

圖2 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)流程

3 分析運(yùn)行效果

對該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際使用，在施工現(xiàn)場測試與分析了此礦井下的空壓機(jī)，且空壓機(jī)數(shù)量是3 臺，表3 就是其詳細(xì)測試參數(shù)。

表3 空壓機(jī)測試參數(shù)

從表3 能夠發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)在運(yùn)行時，各個參數(shù)均有較好的監(jiān)測效果，其中，排氣壓力與出氣口的溫度均沒有超過預(yù)警范圍，接近于監(jiān)測值，與真實(shí)運(yùn)行情況相符。由于遠(yuǎn)程監(jiān)控了空壓機(jī)，所以就將工作人員工作量降低了，將維修與保養(yǎng)設(shè)備的費(fèi)用降低了，使其自動化監(jiān)控故障監(jiān)測這一目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，提高了使用效果[9-11]。

4 結(jié)束語

就潞安化工集團(tuán)某礦的真實(shí)狀況來說，對空壓機(jī)故障監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過實(shí)踐得知，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠隨時監(jiān)控其運(yùn)行情況，具有較高的可靠性，設(shè)計(jì)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，使井下所有工作人員工作量降低，使維保費(fèi)用降低，具有較好的使用效果，提高了工作效率。