賀廣強(qiáng)　宋永灤　劉富光

【摘 要】我國(guó)煤礦多為井工開(kāi)采，巷道掘進(jìn)過(guò)程中使用大量的氣動(dòng)設(shè)備，壓風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)著礦井的壓縮空氣的生產(chǎn)任務(wù)，為風(fēng)鎬、風(fēng)鉆以及其它工具提供動(dòng)能[1]。傳統(tǒng)的單臺(tái)獨(dú)立控制、人工開(kāi)停機(jī)的操作工藝，已經(jīng)很難保證壓縮空氣的供氣質(zhì)量，也不利于對(duì)壓風(fēng)機(jī)的維護(hù)管理，為解決該問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了基于PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、光纖通訊技術(shù)的壓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)集中控制，通過(guò)采集處理電機(jī)電流、電壓信號(hào)，溫度、壓力信號(hào)，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)各種保護(hù)、報(bào)警、監(jiān)控功能、風(fēng)機(jī)的自動(dòng)投入與退出。經(jīng)過(guò)在貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司實(shí)施，提高了礦井壓風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，提高了壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全性、可靠性，提高了安全生產(chǎn)和管理水平，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制、實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了該礦壓風(fēng)機(jī)工效及生產(chǎn)管理水平。

【關(guān)鍵詞】壓風(fēng)機(jī);PLC;遠(yuǎn)程集控;煤礦;無(wú)人值守

中圖分類(lèi)號(hào)： TD635;TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）31-0077-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.31.035

Research and Application of Remote Automation Control System for Pressure Fan in Coal Mine

HE Guang-qiang1 SONG Yong-luan2 LIU Fu-guang3

（1.Huayang Communications Technology Co.，Ltd.，Xuzhou Jiangsu 221116，China;

2.Guizhou Yuneng Investment Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 551519，China;

3.Guizhou Nengfa Alpine Mining Co.，Ltd.，Bijie Guizhou 551512，China）

【Abstract】Coal mines in our country are mostly mined by miners.A large number of pneumatic equipments are used in the roadway excavation process.Pressure fans are responsible for the production of mine compressed air， providing kinetic energy for air pick，pneumatic drill and other tools.The traditional single independent control and manual start-stop operation technology has been difficult to ensure the quality of compressed air supply and is not conducive to the maintenance and management of compressor.To solve this problem， this paper designs a compressor based on PLC technology，computer control technology，network technology，optical fiber communication technology to achieve centralized control.By collecting and processing motor current and voltage signals，temperature and pressure signals，the functions of protection，alarm，monitoring and automatic input and exit of pressure fan are realized.Through the implementation in Guizhou Nengfa Gaoshan Mining Co.，Ltd.，the automation degree of mine pressure air system has been improved，the safety and reliability of mine pressure air fan operation has been improved，the level of safety production and management has been improved，remote centralized control has been realized，nobody on duty has been realized， the labor intensity of workers has been reduced，and the mine pressure air has been greatly improved.Machinery efficiency and production management level.

【Key words】Pressure fan;PLC;Remote centralized control;Coal mine;Unattended

1 系統(tǒng)改造目標(biāo)

為響應(yīng)機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人，科技強(qiáng)安戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，貴州豫能擬在貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司實(shí)施壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)化改造，預(yù)期達(dá)到下述目標(biāo)：

1）對(duì)壓風(fēng)機(jī)實(shí)施科學(xué)管理;

2）提高壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)安全性、準(zhǔn)確性、可靠性;

3）提高高山煤礦壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度;

4）協(xié)調(diào)生產(chǎn)系統(tǒng)中各系統(tǒng)之間的關(guān)系，提高機(jī)械和電氣設(shè)備的利用率，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，提高安全生產(chǎn)和管理水平。

2 系統(tǒng)改造前現(xiàn)狀

貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司壓風(fēng)機(jī)房有3臺(tái)空壓機(jī)，3個(gè)風(fēng)包，兩趟入井管路，壓風(fēng)機(jī)電機(jī)額定電壓等級(jí)0.66kV。目前壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)安裝有簡(jiǎn)易在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)面板能夠簡(jiǎn)單查詢(xún)風(fēng)機(jī)狀態(tài)，但是采集傳感器安全不全面，無(wú)法對(duì)電機(jī)溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，當(dāng)前系統(tǒng)的啟停主要靠人工的操作。迫切需要進(jìn)行自動(dòng)化改造，提高壓風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)化程度，提高系統(tǒng)效率。

3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)主要由以下兩部分組成。

1）上位機(jī)

上位機(jī)設(shè)置在集中控制中心，主要包括控制計(jì)算機(jī)、顯示器、語(yǔ)音報(bào)警裝置及控制軟件等。

2）壓風(fēng)機(jī)房監(jiān)控單元

主要由PLC控制柜、電動(dòng)閥門(mén)、傳感器等組成，為了實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)房的無(wú)人值守及遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。經(jīng)過(guò)充分的分析，本次PLC控制柜內(nèi)的主站控制器選用西門(mén)子s7-1200系列PLC來(lái)保證系統(tǒng)可靠性，風(fēng)機(jī)及管路上的閥門(mén)全部更換為電動(dòng)閥門(mén)，現(xiàn)場(chǎng)加配傳感器實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)物理量信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)傳送給CPU。本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)使用的傳感器較多，如壓力、溫度等等。為減少傳輸誤差，提高檢測(cè)精度，均選用帶變送器，性能可靠，壽命長(zhǎng)，輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)4—20mA的傳感器，直接采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，以進(jìn)一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)安裝?？禂z像儀實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)采集。

具體如下：

1）現(xiàn)場(chǎng)PLC控制系統(tǒng)選用西門(mén)子S7-系列可編程序控制器作為監(jiān)控核心?？删幊绦蚩刂破髂苓m應(yīng)各種惡劣現(xiàn)場(chǎng)條件，現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，且安裝維護(hù)方便，其模塊化結(jié)構(gòu)，配置相應(yīng)的通訊接口與各壓風(fēng)機(jī)控制器通訊;與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊可以采用Profibus或工業(yè)以太網(wǎng);系統(tǒng)配置合理，技術(shù)可行，完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

2）在儲(chǔ)氣罐上加裝壓力變送器、溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)包壓力、風(fēng)包溫度的實(shí)時(shí)采集。

3）在輸氣管道上安裝流量傳感器、溫度傳感器、壓力變送器實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)排氣管路流量、溫度、壓力監(jiān)測(cè)。

4）在電機(jī)配電設(shè)施上加裝電流變送器、電壓變送器實(shí)現(xiàn)電機(jī)電流、電壓等參數(shù)監(jiān)測(cè)。

5）現(xiàn)場(chǎng)增加2臺(tái)500萬(wàn)像素高速球型攝像儀，具備定點(diǎn)巡航、巡航軌跡設(shè)定等功能，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)外的視頻實(shí)時(shí)采集，保證在無(wú)人值守時(shí)，防止人員惡意破壞系統(tǒng)，索采集的圖像通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸及錄像存儲(chǔ)，存儲(chǔ)時(shí)間不少于二個(gè)月，滿足事故追溯要求。

6）壓風(fēng)機(jī)及管道的閥門(mén)改成電動(dòng)閥門(mén)，遠(yuǎn)程控制時(shí)通過(guò)上位機(jī)或系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)、關(guān)閉閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)恒壓供風(fēng)。

7）現(xiàn)場(chǎng)配置的PLC控制柜，還配置有觸摸屏顯示屏，用于現(xiàn)場(chǎng)顯示工況等，滿足現(xiàn)場(chǎng)檢修需求，PLC的I/O接口預(yù)留20%以上的備用量，滿足系統(tǒng)擴(kuò)容及維修需求。

8）儲(chǔ)氣罐（風(fēng)包）放水閥門(mén)改為自動(dòng)閥門(mén)，確保系統(tǒng)能夠根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)定時(shí)排污。

4 系統(tǒng)功能

1）能夠自動(dòng)采集、顯示壓風(fēng)機(jī)的各種運(yùn)行參數(shù)，控制壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

2）能夠根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)判斷壓風(fēng)機(jī)的工作情況，故障時(shí)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并根據(jù)故障類(lèi)型停止壓風(fēng)機(jī)。

3）有啟動(dòng)功能、停止功能、正常停車(chē)功能、故障停車(chē)功能、緊急停車(chē)功能、預(yù)告功能、保護(hù)及故障報(bào)警功能。

4）系統(tǒng)通過(guò)PLC及控制網(wǎng)絡(luò)可方便地采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開(kāi)/停及故障狀態(tài)、電機(jī)電流等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

5）具有多種控制方式

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下集中方式下：

PLC自動(dòng)集控方式：在該模式下PLC根據(jù)設(shè)定的工作時(shí)間和工作壓力值、總管當(dāng)前實(shí)時(shí)壓力值，自動(dòng)判斷當(dāng)前投入/切除系統(tǒng)中的壓風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)，經(jīng)特定的運(yùn)算處理，以便對(duì)運(yùn)行中的壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行加載或者卸荷或切除系統(tǒng)、投入系統(tǒng)工作。

遠(yuǎn)程控制方式：在該模式下，通過(guò)上位計(jì)算機(jī)的操作來(lái)在控制各壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。系統(tǒng)對(duì)操作員有權(quán)限管理，有一定的權(quán)限的操作員才可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

6）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供風(fēng)

當(dāng)系統(tǒng)在自動(dòng)集控工作方式時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的供氣壓力值，自動(dòng)控制卸荷或加載。當(dāng)壓力值當(dāng)風(fēng)壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)停機(jī)（卸荷）;風(fēng)壓降到低值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉卸荷閥。

7）安全可靠地報(bào)警保護(hù)

每臺(tái)壓風(fēng)機(jī)均可具有：出氣壓力超限保護(hù)、出氣超溫保護(hù)、吸氣阻力過(guò)大保護(hù)、潤(rùn)滑油超溫保護(hù)、潤(rùn)滑油量不足保護(hù)、主電機(jī)超載保護(hù)等功能。

8）無(wú)人值守

實(shí)現(xiàn)多臺(tái)壓風(fēng)機(jī)按程序執(zhí)行啟動(dòng)/停止壓風(fēng)機(jī)操作，并控制相關(guān)的水泵閥門(mén)等，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化運(yùn)行，無(wú)人值守[2]。全自動(dòng)運(yùn)行方式下，系統(tǒng)可以按現(xiàn)場(chǎng)需要自動(dòng)啟停一臺(tái)或多臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，完成壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)加卸載控制，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)及冷卻水泵自動(dòng)輪轉(zhuǎn)功能。

9）存檔功能

能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以便于隨時(shí)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)。

10）曲線功能

可繪制各種模擬量參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線及歷史曲線。

11）管理功能

監(jiān)控軟件具有設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行、檢修和維護(hù)的管理功能。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司壓風(fēng)機(jī)房的自動(dòng)化改造，改變了原來(lái)系統(tǒng)單臺(tái)獨(dú)立控制、人工開(kāi)停機(jī)的現(xiàn)狀，通過(guò)PLC控制器實(shí)時(shí)采集、傳輸系統(tǒng)運(yùn)行工況并在上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)警與報(bào)警，提高了壓風(fēng)機(jī)組的運(yùn)行效率，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度[3]，通過(guò)恒壓供風(fēng)策略保證了壓縮空氣的供氣質(zhì)量，對(duì)壓風(fēng)機(jī)的維護(hù)管理有了更科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，保證了開(kāi)拓進(jìn)度，達(dá)到系統(tǒng)改造預(yù)期目標(biāo)。

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