【摘要】針對煤礦井下空氣壓縮機(jī)工作效率低下而導(dǎo)致電能浪費(fèi)大的現(xiàn)狀，提出一種基于PLC控制的壓風(fēng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)有效減少了空氣壓縮機(jī)運(yùn)行中的空載運(yùn)行時間，注重電動機(jī)運(yùn)行過程的節(jié)能，提高了空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，同時確保了壓縮空氣動力源系統(tǒng)氣壓穩(wěn)定，供氣連續(xù)，做到安全生產(chǎn)和電氣節(jié)能兩不誤，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下空氣縮機(jī)節(jié)能控制自動化，達(dá)到節(jié)能的目的。

【關(guān)鍵詞】空氣壓縮機(jī)；自動運(yùn)行；節(jié)能技術(shù)

1、概述

煤礦空氣壓縮機(jī)是煤礦井下打眼放炮落煤、打眼放炮掘進(jìn)、錨噴支護(hù)、壓風(fēng)自救避難系統(tǒng)的動力氣源設(shè)備。煤礦壓縮空氣動力氣源系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、儲存風(fēng)包、管道、閘閥、排水裝置等組成。整個系統(tǒng)運(yùn)行年耗電能占李子埡南煤礦年耗總電能的25%左右。針對煤礦井下安全生產(chǎn)要求和空氣壓縮機(jī)動力氣源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，及對國際國內(nèi)空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速控制、DCS控制系統(tǒng)、PLC聯(lián)控幾種節(jié)能技術(shù)方案分析和研討，結(jié)合李子埡南煤礦井下移動空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，自行研制基于PLC技術(shù)控制的礦用螺桿移動空氣壓縮機(jī)自動節(jié)能運(yùn)行控制裝置。它實(shí)現(xiàn)了螺桿空氣壓機(jī)的自動起停運(yùn)行控制，避免了螺桿空氣壓縮機(jī)重載啟動、重載停機(jī)和運(yùn)行中的長時空載運(yùn)行狀態(tài)，注重了系統(tǒng)運(yùn)行過程的節(jié)能，還實(shí)現(xiàn)了軟起動，同時滿足安全生產(chǎn)對動力氣源系統(tǒng)生產(chǎn)工藝要求，做到安全生產(chǎn)和電氣節(jié)能兩不誤。

2、空氣壓縮機(jī)自動運(yùn)行節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究

空氣壓縮機(jī)自動運(yùn)行節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)電機(jī)運(yùn)行過程的節(jié)能，杜絕空氣壓縮機(jī)重載起停，降低空載運(yùn)行功率消耗。

為了實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)的自動節(jié)能運(yùn)行控制技術(shù)，當(dāng)負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，空氣壓縮機(jī)不停機(jī)，當(dāng)空載運(yùn)行狀態(tài)，此時空氣壓縮機(jī)應(yīng)停機(jī)，避免其長時空載運(yùn)行而耗能。負(fù)載、空載運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自動節(jié)能運(yùn)行控制，避免空氣壓縮機(jī)頻繁重載啟停，造成設(shè)備事故，以達(dá)到螺桿空氣壓縮機(jī)空載運(yùn)行就停機(jī)處理，動力氣源系統(tǒng)壓力不足而需加載時就自動啟機(jī)運(yùn)行增加動力氣源系統(tǒng)壓力而滿足安全生產(chǎn)工藝要求的效果，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能最大化。

2.1空氣壓風(fēng)機(jī)自動控制節(jié)能技術(shù)PLC控制裝置設(shè)計

目前在國際國內(nèi)空氣壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域方面有以下幾種解決方案：一是空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速控制；二是DCS控制系統(tǒng)；三是PLC聯(lián)控。變頻調(diào)速控制技術(shù)應(yīng)用于井下受客觀環(huán)境的限制，我礦自行研制了煤礦單臺移動螺桿空氣壓風(fēng)機(jī)PLC自動控制節(jié)能技術(shù)，主要由電控系統(tǒng)（見圖1）和氣控系統(tǒng)（見圖2）兩大部分組成。兩者組合控制避免空氣壓縮機(jī)的重載啟動和頻繁啟動，杜絕長時空載運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中節(jié)能，且投資少，回報快，僅需一年收回投資。

PLC自動控制節(jié)能技術(shù)以PLC作為核心控制單元，通過PLC采集動力氣源系統(tǒng)的壓力參數(shù)，決定動力氣源系統(tǒng)中的螺桿空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使動力氣源系統(tǒng)中的空氣壓風(fēng)機(jī)始終處于出力運(yùn)行狀態(tài)或停機(jī)狀態(tài)，杜絕空氣壓風(fēng)機(jī)空載運(yùn)行狀態(tài)的電能損耗。當(dāng)動力氣源系統(tǒng)壓力上升到螺桿空氣壓縮機(jī)的額定排氣壓力卸載后空載運(yùn)行時間超過一定值而動力氣源系統(tǒng)壓力沒降到螺桿空氣壓縮機(jī)的加載壓力時，螺桿空氣壓縮機(jī)自動停機(jī)。停機(jī)后動力氣源系統(tǒng)壓力繼續(xù)下降，當(dāng)下降到螺桿空氣壓縮機(jī)的加載壓力值時，螺桿空氣壓縮機(jī)自動起機(jī)運(yùn)行，向動力氣源系統(tǒng)輸送高壓氣體，使動力氣源系統(tǒng)壓力上升，確保動力氣源系統(tǒng)壓力值始終維持在風(fēng)動工具工作壓力值之上。如果當(dāng)動力氣源系統(tǒng)壓力上升到螺桿空氣壓縮機(jī)的額定排氣壓力卸載后空載運(yùn)行時間沒有超過一定值而動力氣源系統(tǒng)壓力又降到螺桿空氣壓縮機(jī)的加載壓力時，則螺桿空氣壓縮機(jī)又繼續(xù)加載運(yùn)行不停機(jī)。

2.2空氣壓風(fēng)機(jī)自動控制節(jié)能技術(shù)PLC控制裝置應(yīng)用注意的問題

⑴加卸載周期時間設(shè)定，是根據(jù)風(fēng)動工具使用頻率不斷變化的，當(dāng)風(fēng)動工具使用臺數(shù)多，使用頻率高時，壓風(fēng)機(jī)加卸周期短，因此卸載壓力到加載壓力過程的時間必須根據(jù)生產(chǎn)工藝不斷改變設(shè)定。為了不導(dǎo)致壓風(fēng)機(jī)頻繁啟停機(jī)，又能滿足風(fēng)動工具工作壓力和額定耗氣量，該時間一般設(shè)置5分鐘左右比較適宜。

⑵必須保證氣控回路中單向電磁閥在電機(jī)起動運(yùn)行時提前打開卸掉壓風(fēng)機(jī)四服氣缸中的壓力，避免壓風(fēng)機(jī)重載起動。同時，單向電磁閥通電時間不宜過長，否則電磁線圈易燒毀，導(dǎo)致壓風(fēng)機(jī)下次自動啟動時重載起動。電磁通電時間一般設(shè)置在10至15秒比較合適，既能滿足壓機(jī)空載起動，又能滿足壓風(fēng)機(jī)的加載工藝。

⑶空氣動力系統(tǒng)管道密封必須嚴(yán)密，杜絕漏氣損失，提高管道系統(tǒng)密封性。井下壓風(fēng)管道連接，法蘭盤螺栓必須上齊緊固。密封墊采用橡膠密封墊，并加密封膠給以防漏。

3、空氣壓風(fēng)機(jī)自動控制節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果分析

⑴杜絕了煤礦移動螺桿空氣壓縮機(jī)空載運(yùn)行過程，注重了電機(jī)運(yùn)行過程的節(jié)能，避免了空載運(yùn)行電能損耗，節(jié)電效果顯著。李子埡南煤礦井下共有4臺煤礦移動螺桿空氣壓縮機(jī)，單機(jī)額定功率55KW。從2014年1月到12月分別采用了PLC自動節(jié)能自停自開自動控制技術(shù)。從電度計量和運(yùn)行時間統(tǒng)計，與2013年相比，降低幅度較大，運(yùn)行時間同期減少45%以上，節(jié)約電能136萬Kw.h。

⑵降低螺桿空氣壓縮機(jī)維護(hù)費(fèi)用。根據(jù)螺桿空氣壓縮機(jī)油過濾器運(yùn)行更換周期為1000小時，油細(xì)分離器和潤滑油運(yùn)行更換周期為2000小時。由于空載運(yùn)行避免了空載運(yùn)行時間，使得每臺螺桿空氣壓縮機(jī)的油細(xì)分離器、潤滑油、油過濾器僅需更換維護(hù)一次，年節(jié)約維護(hù)費(fèi)用8000元左右。

4、結(jié)束語

空氣壓風(fēng)機(jī)自動控制節(jié)能技術(shù)研究及應(yīng)用效果表明：空氣壓風(fēng)機(jī)自動控制節(jié)能技術(shù)PLC控制裝置簡單、經(jīng)濟(jì)、適用，能夠?qū)崿F(xiàn)礦用井下單臺移動壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的節(jié)能，避免壓風(fēng)機(jī)空載運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)運(yùn)行過程的節(jié)能，極大提高了空氣壓縮機(jī)運(yùn)行效率。同時杜絕了壓風(fēng)機(jī)重載啟動和頻繁啟動，根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)自動開機(jī)、停機(jī)、加載以保持系統(tǒng)壓力，完全滿足井下安全生產(chǎn)工藝要求，在類似礦井具有較高的推廣價值。

作者簡介

趙健康（1974-），男，四川合江人，機(jī)電工程師，李子埡南煤礦機(jī)電副礦長，大學(xué)本科，主要從事煤礦機(jī)電運(yùn)輸管理工作.